含氣墊調(diào)壓室的水電站輸水系統(tǒng)小波動(dòng)穩(wěn)定分析

福堂水電站調(diào)壓室施工期圍穩(wěn)定分析——福堂水電站調(diào)壓室的特點(diǎn)是開(kāi)挖斷面大．巖石較為破碎，裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性差本文采用邊界元法和有限元法對(duì)井筒圍巖進(jìn)行了穩(wěn)定分析，分析表明，施工前必須對(duì)圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿．并提出了灌漿范圍和錨噴支護(hù)的參數(shù)．以及加強(qiáng)施...

國(guó)內(nèi)外已建的氣墊調(diào)壓室都是利用經(jīng)過(guò)處理的圍巖自身或再輔以在其周邊設(shè)置的水幕來(lái)防止氣室漏氣。但據(jù)國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)踐,即使對(duì)巖體采取了復(fù)雜而昂貴的工程處理措施,也難以確保氣室的氣密性。金康電站的地質(zhì)條件較差,氣墊室采用鋼板防止氣室漏氣,克服了氣室閉氣難的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了工期省、投資省、調(diào)壓室運(yùn)行可靠的目標(biāo)。鋼罩式氣墊調(diào)壓室在金康電站的成功應(yīng)用,將對(duì)引水式電站具有較大的推廣價(jià)值。

本文利用ｌｉａｐｕｎｏｆ運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行的水電站調(diào)壓室大波動(dòng)所需的穩(wěn)定斷面進(jìn)行了探討，給出了確定調(diào)壓室穩(wěn)定斷面的一般方法，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)．

地下水電站的氣墊式調(diào)壓室 [挪威]d．c．戈達(dá)爾h．葛霍特t．特克爾e．布羅赫 [提要]在挪威，自7o年代開(kāi)始采用氣墊式調(diào)壓室以來(lái)t目前已有9處投入運(yùn)行，其中有6址質(zhì)量奇人浦意．右 2址為醯步空氣扳失曾進(jìn)行垃修補(bǔ)處理．車文舟紹了這類謂壓室的幾何形狀、動(dòng)力特性、運(yùn)行情況等t并對(duì)硐室 中的空氣撮失計(jì)算．氣處理方法及設(shè)計(jì)打案等作了簡(jiǎn)要探討． 一 、 一般特性和布置 表l列出了挪威現(xiàn)有帶氣墊式謂壓室水電站的 特性數(shù)據(jù)和投入運(yùn)行的年份，其中托爾帕電站正在施 據(jù)弓f水隧嗣通過(guò)區(qū)域的地質(zhì)條件確定．奧薩電站由 于緊靠廠房的巖石滲透性強(qiáng)．故只能在距廠房上游 1100m處布置謂壓室。這樣，弓f水道的值與水輪 機(jī)制造廠要求的限制值十分接近。從表2可以看出， 工中。除2十電站外．其余電站從水輪機(jī)到謂壓室的距離都 氣墊式謂壓室可更靠近廠房上游側(cè)

概述了國(guó)內(nèi)外水電站氣墊式調(diào)壓室的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀,對(duì)氣墊式調(diào)壓室的工程地質(zhì)、氣體動(dòng)態(tài)特性、模型試驗(yàn)、安全水深和運(yùn)行控制等方面的研究成果進(jìn)行綜述,指出了需進(jìn)一步研究的方向和應(yīng)用前景。

目前水電站明鋼管可靠度評(píng)估主要結(jié)合跨中管壁部位進(jìn)行計(jì)算,但并未充分反映其他部位對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的影響。為此需考慮鋼材強(qiáng)度參數(shù)、靜水壓力、水錘和焊縫系數(shù)的隨機(jī)特性,建立水電站明鋼管跨中管壁、支承環(huán)近旁管壁邊緣、加勁環(huán)及其近旁管壁、支承環(huán)及其近旁管壁4個(gè)基本部位的強(qiáng)度安全功能函數(shù),給出了基于jc法的管道結(jié)構(gòu)可靠度評(píng)估方法。按當(dāng)前設(shè)計(jì)方法確定的明鋼管結(jié)構(gòu),加勁環(huán)及其近旁管壁和支承環(huán)及其近旁管壁的可靠指標(biāo)低于目標(biāo)可靠指標(biāo),不能充分保障結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全,存在局部失效的風(fēng)險(xiǎn)。

以清遠(yuǎn)水電站為例,基于水電站管道系統(tǒng)布置特點(diǎn),構(gòu)建了水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型,利用matlab求解微分方程,采用現(xiàn)代控制理論的狀態(tài)空間法對(duì)一管四機(jī)、帶上下游調(diào)壓室的水電站進(jìn)行小波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程計(jì)算,并與topsys非線性模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明,該方法具有較好的計(jì)算精度、有效可行。

調(diào)壓室的幾何形狀與斷面尺寸是和水頭損失是密切相關(guān)的,減少尾水調(diào)壓室的水頭損失是優(yōu)化調(diào)壓室系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。對(duì)待建及已建電站的調(diào)壓室的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。文章討論了\"理想\"調(diào)速器情況下,忽略壓力管道水流、機(jī)組和負(fù)載頻率的調(diào)節(jié)過(guò)程中,調(diào)壓室所需滿足的斷面要求。最后,重點(diǎn)探討了不同水位波動(dòng)情況對(duì)調(diào)壓室的穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果對(duì)調(diào)壓室斷面的確定具有重要的指導(dǎo)意義。

本文通過(guò)電力系統(tǒng)對(duì)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面的影響分析認(rèn)為,只有在電力系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰和調(diào)頻或事故備用以及孤立運(yùn)行的水電站調(diào)壓室斷面應(yīng)滿足穩(wěn)定斷面面積的要求,其余大多數(shù)水電站調(diào)壓室斷面可以不受托馬臨界穩(wěn)定斷面面積的限制.本文提出的觀點(diǎn)供調(diào)壓室設(shè)計(jì)人員參考.

簡(jiǎn)要介紹氣墊調(diào)壓室原理、地質(zhì)地形條件、優(yōu)缺點(diǎn)及自一里工程氣墊式調(diào)壓室概況,對(duì)自一里氣墊調(diào)壓室施工技術(shù)要求、施工方法等作了簡(jiǎn)要介紹。

超長(zhǎng)引水隧洞水電站設(shè)置氣墊式調(diào)壓室可以有效抑制過(guò)渡過(guò)程中調(diào)壓室涌浪振幅，但蝸殼壓力的變化規(guī)律也因氣墊式調(diào)壓室的影響變得更為復(fù)雜。本文通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法，分析了設(shè)氣墊式調(diào)壓室超長(zhǎng)引水隧洞水電站大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程中，導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間、引水隧洞水流慣性、壓力管道水流慣性及調(diào)壓室參數(shù)∥等因素對(duì)蝸殼最大動(dòng)水壓力的影響；并與常規(guī)調(diào)壓室進(jìn)行對(duì)比，討論了氣墊式調(diào)壓室對(duì)超長(zhǎng)引水隧洞水電站甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程中反射水擊波特性的作用。結(jié)果表明：氣墊式調(diào)壓室對(duì)水擊波的反射效果不如常規(guī)調(diào)壓室，且氣墊和涌浪壓力之和最大值大于常規(guī)凋壓室最大水壓力，更容易發(fā)生蝸殼最大動(dòng)水壓力，此壓力由調(diào)壓室壓力極值決定、不受導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律控制的影響。

龍灘水電站尾水系統(tǒng)設(shè)置敞開(kāi)式尾水調(diào)壓井。本文對(duì)改用氣勢(shì)式調(diào)壓室的穩(wěn)定斷面、漏氣充氣、沿群布置、洞群布置、運(yùn)行安全等問(wèn)題做了探討，認(rèn)為：由于水頭、流量、地質(zhì)、安全等因素所限，龍灘尾水調(diào)壓井不宜改用氣墊調(diào)壓室。

與常規(guī)調(diào)壓室相比,氣墊式調(diào)壓室有其獨(dú)特的水力特性,其對(duì)過(guò)渡過(guò)程影響和常規(guī)調(diào)壓室也有所不同。本文分別從大波動(dòng)、小波動(dòng)以及水力干擾三方面入手,討論氣墊調(diào)壓室水力性能對(duì)水電站過(guò)渡過(guò)程的影響。

結(jié)合實(shí)際工程,筆者就水電站技改工程中輸水系統(tǒng)的設(shè)計(jì),進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,主要包括輸水系統(tǒng)方案、進(jìn)水口、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力鋼管的設(shè)計(jì).

主要討論引水系統(tǒng)中有調(diào)壓室的水電站,當(dāng)一根水管向多臺(tái)機(jī)組供水時(shí),水電站的水力-調(diào)速系統(tǒng)水力波動(dòng)的穩(wěn)定性,重點(diǎn)分析多臺(tái)相同型號(hào)的水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn),同時(shí)考慮到各機(jī)組之間的相互影響,建立整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的基本微分方程組,通過(guò)簡(jiǎn)化,利用羅斯-霍爾維茨判據(jù)理論,推導(dǎo)出精確的穩(wěn)定計(jì)算公式,并通過(guò)工程計(jì)算實(shí)例加以說(shuō)明。

應(yīng)用有限元分析軟件abaqus對(duì)某水電站暗河堵頭進(jìn)行模擬和計(jì)算分析,結(jié)果表明,10m長(zhǎng)度堵頭部分可以滿足初期封堵需要,16m長(zhǎng)度可以滿足后期暗河蓄水和封堵需要,分段封堵分期擋水方案是可行的.

利用方程式的根的判別方程,得出不同調(diào)壓室斷面的調(diào)速器穩(wěn)定域

討論了設(shè)置上下游調(diào)壓室多機(jī)組水電站水力調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性,基于系統(tǒng)動(dòng)力平衡原理與線性方程組穩(wěn)定性條件系數(shù)矩陣特征值實(shí)部皆為負(fù)值求取水力調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定域。通過(guò)實(shí)例分別計(jì)算了不同比例的支管管道參數(shù)穩(wěn)定域及一臺(tái)機(jī)組參數(shù)選定下另一臺(tái)機(jī)組的穩(wěn)定域。結(jié)果表明,多機(jī)組電站的各支管管道慣性時(shí)間常數(shù)越接近,其合并機(jī)組與未合并機(jī)組方法的計(jì)算結(jié)果越接近;多臺(tái)機(jī)組采用不同調(diào)速器參數(shù)同樣可確保系統(tǒng)的穩(wěn)定,為實(shí)際工程提供了可靠的理論依據(jù)。

　自一里水電站采用氣墊式調(diào)壓室,通過(guò)對(duì)該工程基本條件的分析,計(jì)算了氣墊式調(diào)壓室的水力參數(shù),包括水和空氣壓力、最小水墊深度、管道滲水、漏氣等,對(duì)水力控制方法進(jìn)行了分析,確定了空氣壓力和水位檢測(cè)系統(tǒng).

金康水電站氣墊式調(diào)壓室鋼包方案,是依靠鋼筋砼夾一層薄鋼板封閉氣體。同時(shí),采用平壓系統(tǒng)平衡氣室鋼筋砼外側(cè)水壓力和氣室氣體壓力。通過(guò)對(duì)金康水電站鋼包氣墊式調(diào)壓室的施工后,著重把有關(guān)施工技術(shù)作一介紹。

世界上已建的10座地下氣墊式調(diào)壓室的水電站均位于挪威。近年來(lái),為解決環(huán)保問(wèn)題和節(jié)約工程投資,我國(guó)已在四川自一里、小天都兩座水電站設(shè)計(jì)中采用了氣墊式調(diào)壓室方案。氣墊式調(diào)壓室的主要設(shè)計(jì)問(wèn)題包括設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、布置設(shè)計(jì)、氣體體積及尺寸的估算、水幕設(shè)計(jì)、防滲處理等方面內(nèi)容。

2009年8月31日～9月1日,中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司在成都主持召開(kāi)了《水電站氣墊式調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》(送審稿)審查會(huì)。會(huì)議聽(tīng)取了中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院修編組關(guān)于《水電站氣墊式調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》編制工作情況的匯