抽水蓄能电站尾水事故闸门设计探讨 浙江省水利水电勘测设计院

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1、抽水蓄能电站尾水事故闸门设计探讨浙江省水利水电勘测设计院阙剑生浙江杭州310004摘要：尾水事故检修闸门的设计是大型抽水蓄能电站金属结构设计中一个至关重要的环节，由于抽水蓄能电站布置上的特殊性，尾水事故检修闸门处于下水库正常蓄水位以下数十米乃至上百米的深度，对门叶、门槽的设计及液压启闭机与球阀的联锁提出了极高的要求，如何合理地设计尾水事故闸门（门槽），使其成为厂房名副其实的挡水墙，同时确保尾闸室的安全？本文根据笔者在某抽水蓄能电站技术设计过程中考虑的一些问题并结合某水库放空洞高压事故闸门及某抽水蓄能电站尾水事故检

2、修闸门的设计，就抽水蓄能电站尾水事故检修闸门的设计与同行探讨。关键词：抽水蓄能、尾水事故闸门、设计水头、门槽。一、绪言由于抽水蓄能电站布置上的特殊性，机组安装高程很低，Hs负值较大，其尾水位远远高于厂房，尾水事故闸门的主要功能就是及时阻断下水库及尾水隧洞的水流，以便于机组的检修，在紧急情况下可动水关闭，防止下库水流淹没厂房。如何合理地设计尾水事故闸门（门槽），使其成为厂房名副其实的挡水墙，同时确保尾闸室的安全，是抽水蓄能电站金属结构设计成功与否的关键所在，而全封闭高压事故门槽的设计又是整个尾闸项目设计的关键；以下

3、结合某水库放空洞高压事故闸门及某抽水蓄能电站尾水事故检修闸门的设计，对抽水蓄能电站尾水事故闸门（门槽）的设计谈一此个人认识。二、关于设计水头及整体门槽的设计设计中应考虑机组事故工况时产生的水击压力与净水头叠加形成的最大水头做为尾水事故闸门及门槽的设计水头。以二机合一洞的Y型布置为例，尾水事故闸门的设计水头，存在以下两种事故工况：1、尾水洞布置为Y形布置；（见图1）的布置形式，在尾闸处产生的最大水头为两台机同时甩负荷所产生的水击压力与净水头叠加形成的水头；因闸门受水击作用时间极短，在门体下降过程中，水击已消失，因此

4、，此叠加水头不宜作为闸门及启闭机设计的控制水头。但腰箱盖将直接承受此叠加水头的作用。2、当一台机处于停机检修，相应尾水事故闸门处于下门过程、并接近全关位置时，另一台正常发电的机组突然甩全部负荷，此时产生的水击压力与净水头叠加形成的水头压力，将全部作用在处于下降中的门体及启闭机上；可以认为，此叠加水头即为尾水事故闸门设计及确定启闭机容量的控制水头。尽管发生这种工况的机率不大，但作为一种最不利工况，客观上是存在的。6图1某抽水蓄能电站引水系统布置示意图图2某抽水蓄能电站尾水事故闸门布置示意图在常规门槽的设计中，除支承

5、件外，其余部件按结构需要进行布置，一般不作计算；但对抽水蓄能电站尾闸洞的钢衬，则不然，门槽钢衬承受内、外水压力的作用，其设计荷载如何取值才合理可行,是尾水事故闸门设计中必须涉及的一个问题。由于钢衬除面板外，其余部分都埋设在砼中，如取尾闸处的最大叠加水头HS=净水头+水击作为其设计水头，则整体门槽将会设计得十分庞大，钢材耗费也将大幅增加，这明显是不经济的（见图2）。在设计中，可根据门叶、门槽、启闭机的不同特征，综合考虑以下几种可能发生的工况及其组合：1、尾闸地质情况：如尾闸地质情况较差，地下水位较高，需考虑渗透压对

6、钢衬的作用；61、施工期间砼的浇（振）及灌浆工况：由于门槽为整体门槽，因此，必需考虑施工期间砼的浇（振）及灌浆产生的荷载对门槽产生的影响；2、当一台机处于停机检修，相应尾水事故闸门处于下门过程、并接近全关位置，另一台正常发电的机组突然甩负荷，此时产生的水击压力与净水头叠加形成的水压力，将直接作用在闸门及启闭机上；3、当发生二台机同时甩负荷，此时产生的水击压力与净水头叠加形成的水压力，将直接作用在门槽上。综上所述，尾水事故闸门设计中，各部份的设计荷载应区别对待：1、整体门槽设计荷载应按地下水的渗透压及施工期间砼的浇

7、（振）捣及灌浆产生的荷载二者中的较大值取值。某抽水蓄能电站按闸门设计水头的30%作为整体门槽的设计水头，尽管此值与施工期砼的浇（振）捣及灌浆产生的荷载较为接近，但如按施工期砼的浇（振）、灌浆产生的荷载以及地下水的渗透压二者中的较大值进行考虑，相对会更为合理。2、腰箱盖是尾水闸门投运后的关键部件，腰箱盖一但失事，将导致水淹尾闸洞，并通过交通洞危及地下主变洞及厂房的灾难性后果，因此其设计水头应按两台机同时甩负荷所产生的水击压力与最大净水头叠加形成的水头进行设计。3、闸门及启闭机的设计水头按以下工况考虑：一台机处于停机

8、检修，相应尾水事故闸门处于下门过程、并接近全关位置，另一台正常发电的机组突然甩负荷，此时产生的水击压力与净水头叠加形成的水头压力作为闸门及启闭机的设计荷载。三、关于尾水事故闸门腰箱盖的设计由于尾水事故检修闸门腰箱盖的重要性，腰箱盖除应满足机组事故工况下的承载要求外，还必需满足液压启闭机的承载要求以及门叶、门槽、启闭机的检修维护要求。1、腰箱盖按承受可能最高叠加水头均布荷载