木格措抽水蓄能电站的设计优化

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1、木格措抽水蓄能电站的设计优化谷兆祺王琳钟建文清华大学水利水电工程系前言木格措抽水蓄能电站系华能集团公司康定分公司将要开发的特高水头抽水蓄能电站。电站位于大渡河右岸支流瓦斯河上，属甘孜藏族自治州康定县。瓦斯河规划分五级开发，总落差高达2400m，2木格措属龙头水库。水库利用天然湖泊在出口处筑坝而成，水库湖面面积约为2.5km，总库容1.273亿m。电站工作水头为1066m，设计装机容量21万kW。电站下库在雅拉河上（瓦斯河上游两支流之一），水源丰富。电站的距高比仅4.87，是一个极好的抽水蓄能电站站址。电站设计由国电公司成都勘测设计研究院承担，目前已做了详细的地勘、水文、

2、设计工作，2001[1]年3月完成了可行性研究报告，同月经中国水电顾问公司评审通过。2001年中又完成该电站有关环境、机组选择、经济评价等的专题报告，已通过审查，下一阶段将进行初步设计。1目前设计的方案2目前的设计为在木格措湖出口处建一座土石坝，坝高60m，坝址以上流域面积83.3km，多年平3均径流量0.829亿m。因此上库有极好的调节性能，可以实现年调节。上库工程由大坝、溢洪道及泄洪导流洞等建筑物组成。引水隧洞布置在大坝右岸，隧洞内径3.2×4.0m，纵坡为8.4‰，长度为3.44km，然后建一座双室式调压井，调压井竖井断面为圆形，内径4.0m，高86.3m。上室断

3、面长宽高为100×4×5m，下室断面为60×5×3.8m。最高涌浪水位为3830.5m，比水库正常水位3825m高出5.5m，最低涌浪水位为3747.2m。调压井之后即为高压管道斜井，斜井内径为2.3m，总高差为973.3m，由于高差太大，常规施工方法无法一次从下往上完成开挖，因此斜井分成五段，每二段之间设一个水平段，布置有一条施工支洞。在厂房后山坡上建造上山公路，总长20余km，通向各施工支洞口，这对环境的破坏比较严重，而且造价很高，工期较长，运行也不安全。高压管道离山坡表面较近，覆盖厚度较小，因而全长均用钢板衬砌，钢板厚度为8至28mm。高压管道斜井以下为下平段，长

4、约528m。下平段末端做分岔管，一分为二联接二台机组。电站厂房为地面式，内装二台三机式抽水蓄能机组。上部为立轴电机，中部为五喷咀水斗式水轮机，下部为五级水泵，由于五级水泵要求淹没水深达32m，为此水泵安装高程不能太低，水泵吸水管必须连接人工调压池，即在下库金盖水电站进水闸处建一座扬程为34～48m的二级泵站，把水抽入调压池内，以满足水泵要求的淹没水深。枢纽总平面布置如图1所示，纵剖面如图2所示，厂房布置如图3所示。厂房布置主要根据目前机组生产制造情况而定。因为混流式二级导叶可调机组最高水头只到950m，且尚未投入运行。如果采用混流式可逆机组，一定是四级、五级，没有调节导

5、叶，虽然在抽水工况时问题不大，但调节发电工况性能较差。因此不得不采用水斗式水轮机，而水斗式要求转轮中心高出下游水位，为了不使厂房高度增高很多，并满足多级泵淹没深度的要求，故设计二级泵站，人工生成较高的尾水位。上述设计是可行的，但也有不合理之处，需对设计方案进行优化。1822探讨的优化方案优化方案平面布置图如图4，纵剖面图如5，厂房剖面图如图6所示。2.1机组选用的考虑（1）成都院研究过采用可逆机组方案，共选三台容量均为70MW的可逆机，上部为电机，下部为四级不可调的水泵水轮机，造价较为经济。发电时最高效率为90.3%，抽水时为89.2%，因发电时无法调节出力而被否定。但

6、是因瓦斯河梯级电站所在的电力系统有许多大中型水电站，其中有瓦斯河流域的金盖水电站、木格措电站、小天都电站、冷竹关电站，全部水电装机总容量达到70万kW，它们都有很好的调节性能，加上附近许多水电站，完全可以承担几十至上百万kW的负荷变化，故无需木格措电站参与负荷调节，因此可重新考虑采用可逆机组方案。且目前国外不少电力系统都采用[2][3]这类方式。（2）另一种可能考虑的优化方案为在低高程安装二台70MW多级水泵水轮机的可逆式抽水蓄能机组，而另装一台70MW水斗式水轮机，专门作为负荷调节之用。虽然，在造价和运行上都增加了一些问题，但在负荷调节上可以与目前采用的方案基本上一样

7、。2.2引水隧洞的优化2.2.1目前隧洞设计的方案目前成都院设计的隧洞长为3.4416km，纵坡为0.0084，Ⅱ、Ⅲ类围岩占绝大部份，Ⅳ、Ⅴ类围岩只占很小一部份。绝大部份洞段的内尺寸如图7，为城门洞型，上圆下方，宽为3.0m，高为3.4m。Ⅱ、Ⅲ类及Ⅳ、Ⅴ类围岩中钢筋混凝土的衬砌厚度依次为0.3、0.4、0.5m。在桩号1+400～1+600这一段内，有地区性的断裂——七色海断裂与隧洞长轴接近正交，这200m长之内用钢板衬砌，内径2.8m，混凝土厚度0.6m。因此开挖直径为4.0m。在这一段钢衬中安装波纹补偿器，以适应少量错动。,511