新型引水式水电站开发方案探讨

'第3l卷第9期华电技术Vo1．31No．92009年9月HuadianTechnologySep．2009新型引水式水电站开发方案探讨罗义松，罗文波，杨艺军(1．福建省永安市水利局，福建永安366000；2．恒源水电开发有限公司，四川越西616651)摘要：以某待建电站为例，简述了新型引水式水电站开发方案。该方案的核心是通过降低长有压水道设计流速来限制水击压强，创造取消调压井(或气垫式调压室)的条件；以及设计(有压隧洞)洞线深埋，创造山岩地场应力承载内外荷载的条件，取消隧洞衬砌。介绍了长有压水道水电站采用新型方案的理论依据，分析了该方案的优缺点。关键词：6-压水道；流速；水击；调压井；气垫式调压室；隧洞埋深中图分类号：TV732文献标志码：B文章编号：1674—1951(2009)09—0037—021引水式水电站开发方案的类型2新型引水式水电站方案框架引水式水电站开发方案大致有4种类型。下面以待建的宝珠拉达电站为例，简要描述新(1)上游河道低坝(闸)取水一无压水道引水型引水式水电站开发方案框架。压力前池一压力管一分岔管一发电厂房一尾水渠2．1水电站概况下游河道。该方案的设计思路在于降低有压水道长该电站建于宝珠拉达河上，利用集水面积度，以达到降低水击之目的。248km，其中包括波洛沟引水12km，于来溪引水(2)上游河道坝(闸)取水一有压隧洞引水一调21km。水电站利用自然落差400m，利用落差河段压井(池)一分岔管一发电厂房一尾水渠一下游河长11km。取水流域多年平均流量为7．71m。／s，设道。该方案的设计思路在于设置调压井(池)来吸计装机容量为40MW(2×20MW)，多年平均发电收和释放压力水道内的水击能量，抑制水击压强。量为16600万kW·h，装机年利用小时数为4150h。(3)上游河道坝(闸)取水一有压隧洞引水(力2．2水电站可行性研究方案求深埋、一坡到底)一气垫式调压室一分岔管一地宝珠拉达水电站工程的取水坝坝址海拔高程为下式发电厂房一尾水隧洞一下游河道。尾水隧洞是2545m，最大坝高(坝闸)20m，死水位2555m，正常否要设置调压井，视具体情况而定。该方案的设计水位2565m，调节库容120万ITI。思路在于：利用有压隧洞深埋获得较大的山岩地场采用有压隧洞引水，洞长9500m。经计算，控应力，以此来承载隧洞内外荷载，从而免除隧洞衬制最大水击压强值于安全范围内时，隧洞设计流速砌；iS．t置气垫式调压室取代调压井，用于吸收或释放为0．6m／s，设计流量为13m／s，拟洞径为5．3m的压力水道内的水击能量，抑制水击强度。圆形隧洞。洞线力求最大的垂直深埋和水平深埋并(4)上游河道坝(闸)取水一有压隧洞引水(力兼顾施工支洞布置。其纵坡基本按i=400／9500=求深埋、一坡到底)一分岔管一地下式发电厂房一4．2％一坡到底布置；局部纵坡为了方便于来溪引尾水隧洞一下游河道。该方案枢纽布置是将方案水隧洞布置，做了适当调整。(3)中的气垫式调压室及其附属设施取消后的剩余发电厂房采用地下式厂房，从而创造了2个极部分。其设计思路在于：利用有压隧洞深埋获得较为重要的条件：为有压隧洞末端取得最大的垂直和大的山岩地场应力，以此来承载隧洞内水压力，减少水平深埋条件；为缩短机组进水分岔管长度创造条隧洞衬砌；采用合理的流速(较低的流速)，有效限件，使分岔管值最小。制水击压强的数值，从而实现取消气垫式调压室的分岔管的设计为该方案的重点之一，其原则为：目的。分岔管值在确保发电厂房与隧洞末端之间岩体为表述方便，本文把方案(1)、方案(2)称为一承载洞末断面水压力(静水压力+水击压力)安全类方案，把方案(3)、方案(4)称为二类方案，把本文的前提下，力求最小。为此，分岔管设计为圆形变径重点介绍的方案称为新型方案。管，其末端管径与机前阀门口径相同，前端管径以力求最小的值并综合其他因素而定。收稿日期：2009—05—12初拟发电厂房内机组装机高程为2155m，加权 ·38·华电技术第31卷平均毛水头约为405m。(这2项工程均造价不菲)，减少了投资，优势十分显其布置模式为：上游河道闸坝取水一有压隧洞著。当然，一类方案地面厂房造价低于新型方案的地引水(4．2％、一坡到底)一分岔管一地下式发电下厂房，但数额不会很大，而新型方案减少的水头损厂房一尾水渠一下游河道。失(主要为常规方案压力管道水头损失)产生的效益，足以弥补厂房造价之差额。此外，工程施工对环境负3引水式水电站方案特征面影响小，相对一类方案也具有明显的优势。3．1二类方案的特征5宝珠拉达电站新型方案与二类方案比较二类方案为挪威率先采用，自1975年至2005年，已建成10座带气垫式调压室的引水式水电站，5．1有压隧洞比较总装机容量2560MW。国内应用成功的有自一里如前所述，新型方案设计流速为0．6m／s，开挖水电站、小天都水电站和金康水电站等。量为216400m，衬砌钢筋砼6920m。新型方案拟该方案的设计思路为：利用有压隧洞深埋(其设计流速为1．5m／s，衬砌长度同样为洞长的8％，深埋满足“挪威准则”或“雪山准则”)，获得较大的洞径为3．32m，衬砌钢筋砼为4560m，开挖方量为山岩地场应力，以此来承载有压隧洞的内外荷载；设86760m。。新型方案比二类方案增加开挖石方置尽量靠近机组的气垫式调压室，以此来取代常规129640m、衬砌钢筋砼2360m。方案的调压井，用以吸收和释放有压水道内的水击5．2新型方案与二类方案比较能量，达到抑制水击强度的目的。新型方案与二类方案相比，虽然在有压隧洞的相对于一类方案，该方案具有2大优势：工程施工程量方面要增加石方开挖量129640m，增加钢筋工对环境的负面影响显著降低；隧洞减少衬砌以及砼衬砌2360m，但新型方案取消的气垫式调压室及取消压力管道工程，缩短工期并在一定程度上节省其附属设施的造价远高于此。投资。在二类方案中，与气垫式调压室时刻相伴的空3．2新型引水式水电站方案特征压机群补气电费、运行维护以及因调压室及附属设新型引水式水电站的设计思路在于：利用有压施的占地，增加了地下式厂房布置困难等因素，更显隧洞深埋，获得较大的山岩地场应力，以此来承载有出了新型方案的明显优势。新型方案的另一优势是压隧洞的内外荷载；选择合理的设计流速(比常规有压隧洞的水头损失仅为新型方案的O．6／1．5=设计流速低许多)，有效控制(降低)水击强度，创造16％了取消“气垫式调压室”的条件，取消了施工难度6隧洞渗漏问题大，投资高的“气垫式调压室”。新型引水式水电站除了取消“气垫式调压室”在覆盖厚度足够的情况下，洞外没有十分不利及其附属设施；其余工程项目及布置与新型引水式的地质情况，如没有溶洞等漏水通道，隧洞渗水不会水电站方案相同。很大，一般可在10L／(s·km)之下。洞外没有平行于山坡的陡倾角的断层构造，一般不会发生渗水造4宝珠拉达电站新型方案与一类方案比较成滑坡的问题。从环保角度看，对脱水段河道应释该电站设计流量为13m。／s，洞长9500m。新型放生态水，因此，隧洞无衬砌产生的漏水并无害处。方案设计流速取0．6m／s时，可满足取消调压井及7新型方案及其优缺点压力管道的条件。按流速：0．6m／s，=3．0m／s计算，新型方案的洞径为5．3m，一类方案的洞径为7．1新型方案适用条件2．35m。一类方案需全部衬砌，新型方案8％衬砌，需具备与二类引水式水电站方案相同的地形、两者衬厚均按0．5m计算，新型方案开挖量和衬砌地质条件，即有压隧道的埋深满足“挪威准则”或量为2164001／1_。和6920m，一类方案开挖量和衬砌“雪山准则”。量为83690m和42510m。即新型方案增加开挖7．2新型方案的工程总体布置模式132710m，减少衬砌钢筋砼35590m。132710m上游河道坝(闸)取水一有压隧洞引水(力求埋石方开挖造价略低于35590m。钢筋砼造价。由此深、一坡到底)一分岔管一地下式发电厂房一尾水可见，仅引水隧洞的造价，新型方案已略优于一类隧洞一下游河道。方案。7．3新型方案有压引水隧洞的特征更重要的是，新型方案取消了调压井和压力管道利用山岩地场应力来承载隧洞(下转第4l页) 第9期张玉军，等：660MW机组再热器管间支撑焊缝泄漏原因分析·41·为角焊缝在焊接应力尤其是在上述交变热应力的作用下，焊缝过热粗晶区应力释放过程产生微细裂纹。在交变热应力的不断作用下，微细裂纹不断扩展直至管子开裂泄漏。发生泄漏的位置都不在管问固定支撑焊缝的两端，而是在图1所示的位置附近。从图6所示的管间固定支撑结构图可以看出，固定支撑的两端各有一个u形豁口，这是一个防止产生应力集中的结构图7改造前的管间固定支撑结构设计。当上、下方向的附加应力作用到焊缝上时，固支撑结构改造为图8所示的活定支撑两端不会出现应力集中现象，应力的最大值动支撑结构。由于检修工期特应出现在图1所示泄漏位置附近。别紧张，无法全部进行改造，计划在以后检修时对2台锅炉上述位置的管间支撑结构全部进行改造。改造实施后，可彻底解决上述管子泄漏的问题。4结论图8改造后的管间华能邯峰发电厂2机组再活动支撑结构图6管间固定支撑结构图热器管间支撑结构改造后，未再出现焊缝泄漏的情3解决方案况，达到了改造的预期目的。(编辑：刘芳)要解决这一问题，需要对发生泄漏处管子间的支撑结构进行改造，使之既能起到支撑管子的作用，作者简介：又不会产生应力集中的问题。2009年机组检修时，张玉军(1974一)，男，山东潍坊人，工程师，从事锅炉检华能邯峰发电厂将图7所示的部分焊接式管间固定修方面的工作。<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●0●<>●<>●<>●(>●<>●<>●<>●(>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>-<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●◇●(上接第38页)的内外荷载。整条隧洞除施工支洞水击压强与流速成正比的规律，因此，新型方案取消交叉处、进口处、末端分岔管等局部位置外，绝大部调压井(或调压室)，选择合理的设计流速(较低的分隧洞可取消衬砌。流速)。7．4新型方案的设计思路及理论依据7．5新型方案的优缺点7．4．1设计思路(1)优点。由于较低的设计流速，新型方案的新型方案设计思路的核心技术就是采用合理的水头损失比一类方案及二类方案都小，因此，新型方设计流速来控制有压水道的水击数值，限制可能发案的水能资源利用效率最高，安全可靠性高，对环境生的最不利工况下产生的水击，在隧洞及水机允许的负面影响小，投资较省、施工难度小。承载的安全数值内。(2)缺点。要求具备隧洞埋深的地形条件和必要的地质条件(洞线应避免与断层平行，若不可避7．4．2降低水击的理论依据免时，间距应满足隧洞水平埋深要求)，隧洞开挖工根据国内外水电专业的专家、学者总结的经验，程量大。作为系统中的骨干电站，以Lv／H为判据，其值小于15时，可考虑不设置调压井，其值大于15时，需考参考文献：虑设置调压井。式中：为有压水道等价长度，为[1]陈其伟，王西宏，谷兆祺，等．新型引水式水电站的理论水的加权平均流速，日为水头。直接水击压强最大与实践[M]．北京：中国水利水电出版社，2008．值为△p=PV，间接水击压强估算公式为(编辑：白银雷)卸=pVV·AIt。式中：p为水的密度；V为水击波的传播速度；为水击前的流速；A=2L／v为水作者简介：击波相长；t为阀门关闭时间。罗义松(1948一)，男，福建永安人，工程师，从事水力发无论判据的式子还是水击强度公式，都显示出电和电力电子技术方面的研究工作。'