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长引水隧洞工程水电站导叶关闭规律探讨

廖昌建(金华市水利水电勘测设计院有限公司浙江金华321017)

潘益斌(中国水电顾问集团华东勘测设计研究院浙江杭州310014)

冉荣庆(浙江省电力设计院浙江杭州310012)

【摘要】随着国内环保要求的不断提高，对陆上景观影响相对较小的长引水隧洞越来越多地被应用于工程实践中。这类工程具有的共同特点是隧洞相对较长且均设置上游调压室，水力过渡过程中隧洞和调压室占据的份量较大，甚至可能影响其他调保计算成果。从长引水隧洞的水力过渡过程分析实践中总结出相应的规律，可从另一个角度选择合理的导叶关闭规律和时间。图2幅，表3个。

【关键词】水电站长引水隧洞水力过渡过程导叶关闭蜗壳压力

1概述

目前国内应用较为普遍的长引水隧洞水电站工程一般由拦河闸坝、进水口、引水隧洞、上游调压室、地下厂房(地面厂房)和尾水出口等建筑物构成。这类工程最显著的特点是引水隧洞相对较长，需设置上游调压室，水力过渡过程问题相对突出。

近年来，笔者从若干座长引水隧洞电站工程过渡过程的计算中，总结出一些与常规经验不同的认识，如导叶关闭时间与蜗壳压力上升的关系等。

一般来说，蜗壳压力上升(即管道中的水锤)与导叶关闭规律，尤其是关闭时间最为密切，作为一种弹性波，在导叶关闭过程中水锤迅速升高，控制管道和蜗壳的内水荷载极值。而调压室涌浪作为一种质量波，随后才缓缓上升至较高的水位(这个时间取决于引水隧洞长度和调压室面积等),由于后者能量有限，基本不可能控制管道压力极值。这个现象在一般水电工程中具有普遍性的规律，但在长引水隧洞，尤其是大规模电站中可能正好相反，这为进一步选择导叶关闭规律提供了新的视角。

收稿日期：2012-09-26

作者简介：廖昌建(1982-),男，工程师，主要从事水利工程规划设计工作。Email:joskey@

2水力过渡过程分析

2.1工程实例1

云南某在建水电站位于金沙江一级支流——格基河干流上，是1座以发电为主的径流式电站。电站总装机容量40MW(2×20MW),为小(1)型IV等工程；主要建筑物由拦河闸坝、右岸引水系统和地面厂房等构成，引水隧洞仅1条，长约9km,洞径3.2m,部分地质优良洞段不支护或喷锚支护。调压室位于引水隧洞末端的山坡内，高约50m,主体部分直径7.0m。高压管道明管布置，最大静水压力约300m。该水电站属于典型的具有长引水隧洞的小型水电站工程。

水力过渡过程分析表明，设计工况下其蜗壳压力极值发生在上游校核洪水位的双机突甩负荷工况，蜗壳压力由导叶关闭时间控制。但更加广泛的敏感性数值分析表明，当延长导叶关闭时间至足够长，降低弹性水击波所产生的压力升高时，调压室涌浪可逐渐取代其成为控制蜗壳压力的关键性因素(见表1)。

由于调压室涌浪水平主要和引水隧洞及调压室特性有关，对导叶关闭时间极其不敏感，而水击波导致的水锤压力对导叶关闭时间较为敏感，在长引水隧洞电站中，引水隧洞在水力学中的权重得到了

小水电2013年第1期(总第169期)技术交流

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提高，上游调压室涌浪一般较为剧烈；尤其是调压室内上室位置较高的电站，有可能超越由水击波导致的水锤压力升高而成为控制性的因素。

表1格基河某水电站蜗壳压力极值敏感性分析

导叶关闭恒定流

由水击波导致的蜗壳压力极值

由调压室涌浪导致的蜗壳压力极值

工况

时间(s)

状态蜗壳压力

时间(s)压力(m)时间(s)压力(m)

基准时间

354

2.0

460.9

168.0

411.3

2

+20

354

2.0

420.5

176.8

412.3

3

+40

354

2.0

413.3

206.8

411.7

4

+60

354

2.0

410.3

192.8

410.0

5

+70

354

2.0

409.3

214.8

411.4

6

+90

354

2.0

408.0

214.0

409.3

注：导叶关闭规律均为一段直线关闭。

而且，从调压室涌浪计算的解析公式来看[1隧洞越长、流量越大，相对于最小稳定面积比越小、调压室上室位置越高的电站，这种情况出现的可能性更大。该水电站引水隧洞仅9km,引用流量较小，这种情况尚不明显，在导叶关闭时间超过基准工况70s后才发生(这种关闭时间实际上并不