黑山水電站取消調壓室的設計與研究

王德成，王 蛟，石立恒

（1.樺川縣新河宮排灌站，黑龍江樺川 154300;2.樺川縣新城灌區管理站，黑龍江樺川 154300;3.樺川縣悅來灌區管理站，黑龍江樺川 154300）

黑山水電站位于黑龍江省東寧縣境內綏芬河流域的大綏芬河下游，屬東寧縣老黑山鎮管轄，距東寧縣77 km，壩址以上流域面積3 511 km2，占全流域面積的20.3%。多年平均流量15.7 m3/s，多年平均徑流量495.24×106m3。綏芬河水系特點是支流多、水系發育、河道坡降較陡、高差較大，大綏芬河發源于長白山老爺嶺，海拔800 m。

1 原調壓室工程概況

原設計引水工程由進水塔、引水隧洞、調壓室、鋼筋混凝土分叉管壓力管組成。引水隧洞布置在大壩上游右岸山體內，引水道軸線位于泄洪閘進水口上游25 m處。引水隧洞設計流量30.2 m3/s，洞徑D為3.8 m的圓形隧洞，隧洞底坡坡比為0.01，進水口底板高程為251.50 m。洞身從樁號0+20.9～0+55.56為圍巖Ⅱ類，0+55.56～0+112圍巖為Ⅲ類，襯砌厚度0.4 m，采用鋼筋混凝土。

在隧洞的0+102.10處設調壓井。調壓井頂高程為263.06 m，圓形斷面，井直徑9.60 m，調壓容積417.0 m3。

2 取消調壓室的合理性

2.1 初步判斷是否設置調壓室

《水電站調壓室設計規范》DL/T5058-1996中規定，設置調壓室的必要性應在機組調節保證計算和運行條件分析的基礎上，考慮水電站在電力系統中的作用、地形、地質、壓力水道布置等因素，進行技術經濟比較后確定。

設置上游調壓室的條件，按下式作初步判別：

式中：TW為壓力水道中水流慣性時間常數，s;LJ為壓力水道及蝸殼和尾水管各分段的長度，m;Vi為各分段內相應的流速，m/s;g為重力加速度，m/s2;HP為設計水頭，m;[Ts]為 Ts的運行值，一般取2～4s。

[Ts]的取值，電站機組容量在電力系統中的比重小于10% ～20%時可取大值，黑山電站裝機容量2 060 kW，占東寧電網目前容量26 525kW的7.77%。按照《水電站調壓室設計規范》DL/T5058-1996規定，[Ts]可以取上限4 s。經過計算：洞徑為3.8 m時，計算得到的實際TW=4.16 s＞4 s，初步判斷需要設置調壓室。

根據實際情況，由于黑山水電站隧洞已經對洞徑D為4.2 m施工開挖，根據施工現場開挖的情況，對洞徑進行計算，對應的TW=3.44 s＜4 s，初步判斷可以取消調壓室。

2.2 調節保證計算

2.2.1 基本參數

基本參數見表1。

表1 水輪機和發電機特性參數

2.2.2 調節保證結論

調節保證計算的目的就是為了計算出轉速變化率最大值βmax及合理關閉時間Ts以及發生最大水錘時管道末端的水錘壓力相對值ζ。

機組轉速變化最大升高值βmax由《長江流域規劃辦公室》公式計算：

式中：βmax為機組轉速變化最大升高值;N0為單臺機組出力，N0為700 kW;n0為水輪機的同步轉速，n0為300 r/min;GD2為飛輪轉速慣性力矩;TC為調節遲滯時間;TA為導葉不動時間;δ為調速器的殘留不均衡度;Ta為即組時間常數;Tn為升速時間;H0為設計水頭;ns為比轉速;f為水錘影響系數;σ為管道特征系數。

通過調節保證計算可以看出，要取消調壓井，洞徑由原來3.8 m放大到4.2 m，機組關閉時間5.4 s時，機組轉速上升值為54.6%，轉速上升滿足規范要求55%;壓力上升值23.2%，壓力上升值滿足規范要求70%。

3 經濟比較

洞徑放大到4.2 m時，洞挖石方增加253 m3，襯砌混凝土增加43 m3，鋼筋增加2.5 t，投資增加8.43萬元，壓力管道直徑與原設計一致，壓力管道投資沒有變化，原調壓井投資為34.26萬元，變更后可減少投資25.83萬元。此外，洞徑從3.8 m增加到4.2 m，水頭損失減少0.24 m，多發電17萬kW·h/a，可見取消調壓井是經濟上合理。

4 結論

經過調節保證計算，當洞徑為4.2 m，機組關閉時間為3.8 s時，取消調壓室在技術上可行，經濟上合理。

[1]劉啟釗.水電站（第三版）[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[2]祁慶和.水工建筑物[M].北京：中國水利電力出版社，2003.

[3]袁光裕.水利工程施工[M].北京：中國水利電力出版社，2003.