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(qū)管理站，黑龍江樺川 154300;3.樺川縣悅來灌區(qū)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(nèi)綏芬河流域的大綏芬河下游，屬東寧縣老黑山鎮(zhèn)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(diǎn)是支流多、水系發(fā)育、河道坡降較陡、高差較大，大綏芬河發(fā)源于長白山老爺嶺，海拔800 m。

1 原調(diào)壓室工程概況

原設(shè)計(jì)引水工程由進(jìn)水塔、引水隧洞、調(diào)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(nèi)，引水道軸線位于泄洪閘進(jìn)水口上游25 m處。引水隧洞設(shè)計(jì)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(jìn)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(shè)調(diào)壓井。調(diào)壓井頂高程為263.06 m，圓形斷面，井直徑9.60 m，調(diào)壓容積417.0 m3。

2 取消調(diào)壓室的合理性

2.1 初步判斷是否設(shè)置調(diào)壓室

《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5058-1996中規(guī)定，設(shè)置調(diào)壓室的必要性應(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(shí)間常數(shù)，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(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2～4s。

[Ts]的取值，電站機(jī)組容量在電力系統(tǒng)中的比重小于10% ～20%時(shí)可取大值，黑山電站裝機(jī)容量2 060 kW，占東寧電網(wǎng)目前容量26 525kW的7.77%。按照《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5058-1996規(guī)定，[Ts]可以取上限4 s。經(jīng)過計(jì)算：洞徑為3.8 m時(shí)，計(jì)算得到的實(shí)際TW=4.16 s＞4 s，初步判斷需要設(shè)置調(diào)壓室。

根據(jù)實(shí)際情況，由于黑山水電站隧洞已經(jīng)對洞徑D為4.2 m施工開挖，根據(jù)施工現(xiàn)場開挖的情況，對洞徑進(jìn)行計(jì)算，對應(yīng)的TW=3.44 s＜4 s，初步判斷可以取消調(diào)壓室。

2.2 調(diào)節(jié)保證計(jì)算

2.2.1 基本參數(shù)

基本參數(shù)見表1。

表1 水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)特性參數(shù)

2.2.2 調(diào)節(jié)保證結(jié)論

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值ζ。

機(jī)組轉(zhuǎn)速變化最大升高值βmax由《長江流域規(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為單臺機(jī)組出力，N0為700 kW;n0為水輪機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，n0為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;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3.8 m放大到4.2 m，機(jī)組關(guān)閉時(shí)間5.4 s時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值為54.6%，轉(zhuǎn)速上升滿足規(guī)范要求55%;壓力上升值23.2%，壓力上升值滿足規(guī)范要求70%。

3 經(jīng)濟(jì)比較

洞徑放大到4.2 m時(shí)，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(shè)計(jì)一致，壓力管道投資沒有變化，原調(diào)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(fā)電17萬kW·h/a，可見取消調(diào)壓井是經(jīng)濟(jì)上合理。

4 結(jié)論

經(jīng)過調(diào)節(jié)保證計(jì)算，當(dāng)洞徑為4.2 m，機(jī)組關(guān)閉時(shí)間為3.8 s時(shí)，取消調(diào)壓室在技術(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.