三峡电站变顶高尾水洞水力过渡过程试验研究.pdf

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1、第45卷第11期人民长江Vo1．45，No．112014年6月YangtzeRiverJune，2014文章编号：1001—4179(2014)11—0082—04三峡电站变顶高尾水洞水力过渡过程试验研究薛阿强，黄国兵，侯冬梅(长江科学院水力学研究所，湖北武汉430010)摘要：为了逼真复演三峡地下电站变顶高尾水洞内水击波动流态过程和较精确测试大波动调保参数与小波动机组性能的稳定性，应用模型水轮发电机组对电站设阻尼井的变顸高尾水洞进行了水力过渡过程试验研究。结果表明，大波动时，水击波在变顶高尾水洞内传播一个来回过程，1min

2、即可衰减，各项调保参数均可满足设计要求；小波动时，机组的稳定性能较好；设置阻尼井对提高变顶高尾水洞运行的安全度是必要的。三峡地下电站已安全稳定运行了3a，实测数据表明，模型试验成果与原型观测较一致。关键词：变顶高尾水洞；水力过渡过程；阻尼井；模型水轮发电机组；三峡地下电站中图法分类号：TV734．21文献标志码：A变顶高尾水洞布置的特点为：在尾水管的末端将l问题的提出洞顶高程适当抬高，然后以一定的坡比使洞顶高程逐三峡右岸地下电站装机容量为6×700MW。渐升高，以适应下游水位的变化，而沿程断面面积基本1995～2004年，可

3、行性研究和初设阶段，曾经对一机不变。其工作原理是：由于尾水洞顶高程沿水流方向一洞调压室、两机一洞调压室、一机一洞变顶高尾水洞是逐渐升高的，因此，当下游水位处于低水位时，尾水和两机一洞变顶高尾水洞，进行了调节保证计算，结果洞有压段长度，J有较短，而水击压力与有)成正表明上述4个布置方案调保参数均能满足规范要求。比，即当有较小时，水击压力也较小；当下游水位由于前期施工场地平整时对白岩尖山体进行了开挖，升高时，虽然￡有段会加长，但下游水位升高产生的静水压力会抵消尾水管进口处的负压幅值。因此，无洞室的岩体覆盖厚度变薄。而调压室方案要

4、求洞室规模尺寸巨大，地下洞室群纵横交错，围岩稳定问题突论下游水位怎样变化，尾水管进口处的负压始终处于较小的幅值，以达到减小尾水管进口真空度的目的。出。如果采用特殊支护处理措施，将会付出昂贵的支变顶高尾水洞是一种新型尾水管道，国内还没有护代价，且施工难度大。因此，从洞室稳定条件、水力700MW级单机容量机组的工程实例运行经验。以往干扰、施工条件和投资等方面考虑，最终采用了一机一对电站水力过渡过程的试验研究，导叶对流量的控制洞变顶高尾水洞方案，见图1。过程是用针阀来代替的，这种方法不仅流量变化过程难以相似，而且蜗壳内和尾水管进口

5、的流态是极不相似的。长江科学院在国内首次应用模型水轮发电机、调速器、励磁装置、接力器等，组合成一个小型水电站，对水力过渡过程进行仿真模拟。通过观测变顶高尾水洞内水击波是否很快收敛，测试尾水管进口真空度、机组转速上升率和涡壳进口压力上升值等调保参数是否图1三峡地下电站6号机输水系统中心线纵剖面满足设计要求，为设计方案的确定和机组的运行提供(高程m，尺寸cm)科学依据。收稿日期：2014—01—07作者简介：薛阿强，男，高级工程师，主要从事水电站水力学研究工作。E—mail：xueaqiang@163．com第11期薛阿强，等：

6、三峡电站变顶高尾水洞水力过渡过程试验研究83闭时间为11S，拐点开度为55％，先快后慢速率比为2相似准则2．33：1，见图2。根据电站的实际运用情况，导叶关闭采用模型水轮发电机组进行水力过渡过程的模拟折线的拐点(2．9s，55％)为固定方式，即拐点不随导试验，除满足几何相似、重力相似外，还应满足水击叶起始开度和导叶关闭时间变化。波速及机组的相似。由水击基本方程可推导出水击波速比尺cr与流速比尺相等¨，可使水击波速相似。模型水轮机与原型水轮机在相同工况下，应满足单位转速n、单位流量q．和单位出力Ⅳ。相等。模型水轮机与发电机的转

7、动惯量GD应与原型相似。3模型设计与试验方法图2二段折线关闭示意模型水轮机转轮直径D．选用标准尺寸250mm，每种工况按有阻尼井和无阻尼井两种情况进行对根据原、模型的转轮直径确定模型比尺，即DI原／D。模比试验，每种工况至少重复进行3次试验。=10．248／0．25=40．992。这样可使模型水轮机的单5．1变顶高段流态位流量Q、单位转速n．与原型相等，以满足相似性。工况1。下游为最低水位63．0m，过机流量最大选用该比尺，模型的水流雷诺数可达2×10以上，雷为1008m／s。当开始甩负荷时，水面先下沉至门洞诺数e对阻力系数

8、影响较小。半园处，已进入1／3过渡段，在过渡段顶部拍击数下，在进行大波动和小波动试验前，首先要进行模型水击波向下游传播至出口，然后折回至过渡段，在顶部水轮机的能量试验，以测定其主要工作特性及比较与再次拍击数下，随即很快衰减，这一来回过程原型约需同一轮系水轮机的相似程度。然后根据有关规范1m