張 波，劉洪霞，曹春頂

(1.樺川縣水務(wù)局，黑龍江樺川154300;2.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況

關(guān)門嘴子水電站位于梧桐河上游，壩址距下游細(xì)鱗河入口700 m，距下游原梧桐鎮(zhèn)水文站6 km。在黑龍江省鶴崗市行政區(qū)劃管轄范圍內(nèi)，壩址距鶴崗市30 km，距下游寶泉嶺農(nóng)場(chǎng)所在地18 km，東隔嘟嚕河與蘿北縣地相距36 km，水庫(kù)是一座以供水、灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、旅游等綜合利用的大(2)型水庫(kù)。關(guān)門嘴子水庫(kù)總庫(kù)容為8.82億m3，為大(2)型，屬Ⅱ等工程。主要建筑物攔河壩、溢洪道、輸水及發(fā)電引水隧洞為2級(jí)，其相應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)采用500 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，校核采用5000 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，消能防沖采用50 a一遇洪水設(shè)計(jì)。電站為壩式，岸邊式廠房，總裝機(jī)8.32 MW，廠房為小(2)型，4級(jí)建筑物，相應(yīng)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用30 a一遇洪水設(shè)計(jì)，50 a一遇洪水校核，根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖(GB18306－2001)》，工程區(qū)的地震動(dòng)峰值加速度跨3個(gè)區(qū)，分別為＜0.05 g區(qū)、0.05 g區(qū)和0.1 g區(qū)，相應(yīng)的地震基本烈度為小于Ⅵ度區(qū)、Ⅵ度區(qū)和Ⅶ度區(qū)。壩址區(qū)處于地震動(dòng)峰值加速度0.05 g與0.1 g分區(qū)界線處，建議地震動(dòng)峰值加速度按0.1 g考慮，設(shè)防地震基本烈度Ⅶ度。

2 不設(shè)調(diào)壓井的計(jì)算分析

2.1 規(guī)范公式初步判斷不設(shè)調(diào)壓井

隧洞從樁號(hào)0+000～0+314，圓形斷面，隧洞在樁號(hào)0+314位置分岔出發(fā)電支洞，發(fā)電支洞長(zhǎng)度104 m，《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》要求調(diào)壓井的必要性應(yīng)在機(jī)組調(diào)節(jié)保證計(jì)算和運(yùn)行條件分析的基礎(chǔ)上，考慮水電站在電力系統(tǒng)中的作用、地形、地質(zhì)、壓力水道布置等因素，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

設(shè)置上游調(diào)壓井的條件，按下式作初步判別:

式中:TW為壓力水道中水流慣性時(shí)間常數(shù)，s;LJ為壓力水道及蝸殼和尾水管各分段的長(zhǎng)度，m;Vi為各分段內(nèi)相應(yīng)的流速，m/s;g為重力加速度，m/s2;HP為設(shè)計(jì)水頭，m;［Ts］為Ts的運(yùn)行值，一般取2～4 s。

［Ts］的取值，電站機(jī)組容量在電力系統(tǒng)中的比重＜10%時(shí)可取大值，關(guān)門嘴子水電站裝機(jī)容量總裝機(jī)8.32 MW，占黑龍江省鶴崗市總體電網(wǎng)目前容量的3%，按照《水電站調(diào)壓井設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5058－1996規(guī)定，［Ts］可以取上限4 s。

根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合導(dǎo)流要求對(duì)洞徑D=4.0 m與5.0 m進(jìn)行初步計(jì)算:

D=4.0 m時(shí)候，對(duì)應(yīng)的TW=4.3 s＞4 s，初步判斷不可以取消調(diào)壓井;

D=5.0 m時(shí)候，對(duì)應(yīng)的TW=3.8 s＜4 s，初步判斷可以取消調(diào)壓井。

經(jīng)過(guò)計(jì)算:洞D=5.0 m時(shí)，計(jì)算得到的實(shí)際TW=3.8 s＜4 s，初步判斷不設(shè)置調(diào)壓井是可行的。

2.2 從調(diào)節(jié)保證計(jì)算進(jìn)一步判斷不設(shè)置調(diào)壓井的合理性

調(diào)節(jié)保證計(jì)算的目的就是為了計(jì)算出轉(zhuǎn)速變化率最大值βmax及合理關(guān)閉時(shí)間Ts以及發(fā)生最大水錘時(shí)管道末端的水錘壓力相對(duì)值ξ。機(jī)組轉(zhuǎn)速變化最大升高值βmax由《長(zhǎng)江流域規(guī)劃辦公室》公式計(jì)算:

式中:βmax為機(jī)組轉(zhuǎn)速變化最大升高值;N0為單臺(tái)機(jī)組出力，N0=800 kW;n0為水輪機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，n0=300 r/min;GD2為飛輪轉(zhuǎn)速慣性力矩;TC為調(diào)節(jié)遲滯時(shí)間，TC=TA+0.5δTa;TA為導(dǎo)葉不動(dòng)時(shí)間;δ為調(diào)速器的殘留不均衡度;Ta為即組時(shí)間常數(shù);Tn為升速時(shí)間;H0為設(shè)計(jì)水頭;ns為比轉(zhuǎn)速;f為水錘影響系數(shù);σ為管道特征系數(shù)。

通過(guò)調(diào)節(jié)保證計(jì)算可以看出 ，要取消調(diào)壓井，洞徑由原來(lái)D=4.0 m放大到直徑D=5.0 m，機(jī)組關(guān)閉時(shí)間為6.0 s時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值為52%，轉(zhuǎn)速上升滿足規(guī)范要求55%;壓力上升值28% ，壓力上升值滿足規(guī)范要求70%。

3 經(jīng)濟(jì)比較

洞徑在D=4.0 m時(shí)候，隧洞投資為800萬(wàn)，調(diào)壓井投資為500萬(wàn)，經(jīng)濟(jì)效益總投資合計(jì)1 300萬(wàn);洞徑在D=5.0 m時(shí)候，隧洞投資為1 100萬(wàn)，發(fā)電期間因流速減小增加電能200萬(wàn)，經(jīng)濟(jì)效益總投資合計(jì)900萬(wàn)，可見(jiàn)取消調(diào)壓井是經(jīng)濟(jì)上合理。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)保證計(jì)算 ，當(dāng)洞徑為5.0 m，機(jī)組關(guān)閉時(shí)間為6.0 s時(shí)，取消調(diào)壓井在技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理。

［1］劉啟釗.水電站(第三版)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2003.

［2］祁慶和.水工建筑物［M］.北京:中國(guó)水利電力出版社，2003.

［3］袁光裕.水利工程施工［M］.北京:中國(guó)水利電力出版社，2003.