抽水蓄能电站侧式进/出水口分流特性研究

顾 莉，曾少岳，张苾萃，曾明军

(中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，长沙410014)

0 前 言

抽水蓄能电站进/出水口主要有竖式和竖井式两种布置形式，我国抽水蓄能电站多采用侧式进/出水口［1］。

侧式进/出水口基本布置成在平面和垂向均有扩散的体型，并且多布置成三隔墩四流道或者两隔墩三流道的形式，设计体型相对比较复杂。

另外，不同于常规水电站，抽水蓄能电站的进/出水口需适应发电和抽水两种工况下的双向水流运动，以及水位升降变化频繁和由此而产生的边界条件的变化，水力条件复杂。

根据前人的研究成果并结合工程试验研究表明:侧式进/出水口在出流工况下，水流在平面和立面上都处于扩散状态，容易发生偏流，以致于各流道流量分配不均匀，造成个别流道过栅流速偏大，影响拦污栅的安全运行。

作者结合相关的抽水蓄能电站进/出水口水力学模型试验的研究成果，认为进/出水口内分流隔墩的布置对出流状态下的分流影响甚大［2］。

本文以琼中抽水蓄能电站上水库进/出水口为例，重点介绍其在出流工况下各流道分流特性的相关研究。

1 进/出水口分流特性的试验研究

琼中抽水蓄能电站上水库共布置侧式进/出水口1个，采用三隔墩四流道的布置形式，由防涡梁段、扩散段、闸门井段和渐变段组成。分流墩在扩散段起始断面的间距配置采用常规的设计［7］，即墩头间距分配分别为0.28B、0.22B、0.22B、0.28B(B 为扩散段起始断面的总宽度)。设计方案平面和立面布置见图1 所示。

将大流量抽水工况(3 台机同时开启运行)作为研究的控制工况。

3 台机同时开启死水位和正常蓄水位运行条件下的分流特性见表1。

试验成果表明:上水库进/出水口的原设计体型在出流条件下，各流道分流不均匀，出现了较为明显的偏流现象。

分析其原因，两边隔墩墩头距离扩散段起始断面留有一定的距离，来流进入扩散段后则具备一定的自由空间，加之来流经上弯段后不同于平直的压力隧洞水流特性，导致扩散段内水流不稳定，流道中出现偏流［3－4］。

图1 上水库进/出水口平面和立面布置示意图

表1 抽水工况下各流道分流成果统计

可见在具体工程中，由于压力隧洞、闸门井以及水库等外部设计条件的不同，分流墩墩头采用常规的间距配置不一定能获得良好的水力特性。

2 不同隔墩布置形式对分流特性的影响

修改方案首先将边墩后移至起始扩散断面，由于原设计方案边流道偏流明显，且①流道分流较多，故同时调整边隔墩的轴线，减小边隔墩轴线与进/出水口中心线之间的角度，从而增大起始扩散断面处边隔墩与中隔墩之间的间距，意在增大中间两流道的分流量［5］。

调整后，墩头间距分配分别为0.26B、0.24B、0.24B、0.26B。修改方案平面布置见图2。

图2 修改方案隔墩平面布置图

仍以3 台机同时开启抽水工况作为控制工况，正常蓄水位和死水位下的分流成果见表2。试验成果表明:将边隔墩后移至起始扩散断面，并调整起始扩散断面边墩和中墩的间距分配比，对各流道的分流起了明显的改善作用。

表2 边墩后移方案各流道分流成果统计表

《水电站进水口设计规范》(DL/T5398—2007)中指出:

对于有3个分流隔墩的侧式进/出水口，中间隔墩缩短长度与隧洞直径之比约0.5。修改方案中中隔墩缩短的长度为5.5 m，相当于起始扩散断面长度的0.68 倍。

为研究中隔墩不同的缩短长度对流道分流是否产生影响，试验在修改方案的基础上进一步对比研究了将中墩墩头距起始扩散断面的距离调整至4 m(0.5 倍)和1.6 m(0.2 倍)两个方案。

抽水工况下，3 台机同时开启正常蓄水位和死水位运行条件下，各流道的分流成果分别见表3 和表4。

试验成果表明:在试验范围内，中隔墩墩头距起始断面的距离越远，对流道分流均匀性的改善效果越佳。

同样说明:针对具体的工程，由于不同的来流条件，中隔墩后移的距离并不千篇一律，应根据具体的试验成果决定［6］。

表3 正常蓄水位运行条件下各流道的分流比

表4 死水位运行条件下各流道的分流比

3 结 论

结论主要有以下2 点:

1)琼中抽水蓄能电站上水库侧式进/出水口各流道的分流均匀性可通过调整分流隔墩的布置形式来实现。

对于三隔墩四流道的布置形式，宜将边隔墩顶头布置，且宜适当调整起始扩散断面处边隔墩与中隔墩之间的间距分配比。

2)三隔墩四流道布置形式的进/出水口，中隔墩的布置对流道的分流同样产生影响。在试验范围内，墩头距离起始扩散断面的长度越长，改善效果越明显。

［1］中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5208—2005 抽水蓄能电站设计导则［S］. 北京:中国电力出版社，2006.

［2］孙双科，柳海涛，李振中，孙春芸. 抽水蓄能电站侧式进/出水口拦污栅断面的流速分布研究［J］. 水利学报，2007，38(11):1329－1335.

［3］张兰丁. 响水涧抽水蓄能电站上、下库进(出)水口分流特性研究［J］. 水利水电科技进展，2010，30(06):48－52.

［4］中国水电顾问集团中南勘测设计研究院. 江苏省溧阳抽水蓄能电站下水库出(进)水口水力学模型试验报告［R］.长沙:中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，2005.

［5］中国水电顾问集团中南勘测设计研究院. 河南省天池抽水蓄能电站下水库进/出水口水力学模型试验报告［R］.长沙:中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，2010.

［6］中华人民共和国国家能源局.DL/T5398—2007，水电站进水口设计规范［S］. 北京:中国电力出版社，2008.