喀麥隆曼維萊水電站大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程分析

在水電站過(guò)渡過(guò)程計(jì)算分析中,首要也最難確定的是計(jì)算工況,特別是控制工況。依據(jù)水電站過(guò)渡過(guò)程基本理論與多年來(lái)相關(guān)課題實(shí)際經(jīng)驗(yàn),系統(tǒng)地闡述計(jì)算分析中的目標(biāo)參數(shù)、約束條件、相關(guān)資料和擬定計(jì)算工況的基本原則,以滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究的需要。

超長(zhǎng)引水隧洞水電站設(shè)置氣墊式調(diào)壓室可以有效抑制過(guò)渡過(guò)程中調(diào)壓室涌浪振幅，但蝸殼壓力的變化規(guī)律也因氣墊式調(diào)壓室的影響變得更為復(fù)雜。本文通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法，分析了設(shè)氣墊式調(diào)壓室超長(zhǎng)引水隧洞水電站大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程中，導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間、引水隧洞水流慣性、壓力管道水流慣性及調(diào)壓室參數(shù)∥等因素對(duì)蝸殼最大動(dòng)水壓力的影響；并與常規(guī)調(diào)壓室進(jìn)行對(duì)比，討論了氣墊式調(diào)壓室對(duì)超長(zhǎng)引水隧洞水電站甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程中反射水擊波特性的作用。結(jié)果表明：氣墊式調(diào)壓室對(duì)水擊波的反射效果不如常規(guī)調(diào)壓室，且氣墊和涌浪壓力之和最大值大于常規(guī)凋壓室最大水壓力，更容易發(fā)生蝸殼最大動(dòng)水壓力，此壓力由調(diào)壓室壓力極值決定、不受導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律控制的影響。

針對(duì)單噴嘴沖擊式水輪機(jī),在已成熟的混流式水輪機(jī)水電站過(guò)渡過(guò)程計(jì)算理論的基礎(chǔ)上,引入折向器的調(diào)節(jié)因素,提出了依據(jù)出力求解大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程求解的方法,并以一個(gè)工程實(shí)例為依托,通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證了折向器方程及兩種大波動(dòng)計(jì)算方法的合理可靠性。

在對(duì)水力瞬變過(guò)渡過(guò)程歷史背景簡(jiǎn)要回顧的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)介紹了水電站大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程問(wèn)題的研究現(xiàn)狀,對(duì)其基礎(chǔ)理論、計(jì)算方法、實(shí)驗(yàn)研究、模擬計(jì)算機(jī)方法等做了較為詳細(xì)的介紹.特征線方法以其計(jì)算方便、能適應(yīng)不同的邊界條件等優(yōu)點(diǎn)在水電站過(guò)渡過(guò)程計(jì)算中應(yīng)用最為廣泛.最后簡(jiǎn)要介紹了目前瞬變流問(wèn)題研究的發(fā)展趨勢(shì),包括非棱柱體管道中的水擊、二維或三維管流場(chǎng)的數(shù)值模擬方法、一維有限元模擬管道瞬變流、lb方法在模擬水電站水擊中的應(yīng)用等.

該文介紹了具有長(zhǎng)引水隧洞電站調(diào)壓室組合涌波計(jì)算方法,并以白瀨電站為例,介紹如何選擇最不利的組合涌波疊加工況

對(duì)南告水電廠擴(kuò)機(jī)前、后大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行計(jì)算、分析和對(duì)比,明確電廠鋼管開(kāi)口擴(kuò)機(jī)后對(duì)原有引水系統(tǒng)的影響程度,為南告水電廠的鋼管開(kāi)口引水?dāng)U機(jī)的方案提供必要的理論依據(jù)。

本文介紹了涔天河水電站大波動(dòng)水力過(guò)渡過(guò)程電算的工況選擇及計(jì)算成果,分析并確定水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算控制值和設(shè)計(jì)值。工況選擇時(shí)涵蓋全水頭范圍運(yùn)行,并需要與實(shí)際運(yùn)行工況相近,了解典型工況規(guī)律,以便利用典型工況快速進(jìn)行洞徑比選、機(jī)組飛輪力矩敏感性分析及導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化等。

為了減小水電站輸水系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程中產(chǎn)生的水錘壓力,常常會(huì)在輸水系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)壓室。通過(guò)基于不考慮水體彈性的理論推導(dǎo)以及考慮水體彈性的數(shù)值模擬,對(duì)無(wú)調(diào)壓室及有調(diào)壓室兩種方案下輸水系統(tǒng)小波動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行比較分析,以便較為全面地對(duì)設(shè)置調(diào)壓室或不設(shè)置調(diào)壓室是否會(huì)對(duì)水電站輸水系統(tǒng)小波動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程產(chǎn)生影響展開(kāi)研究。研究結(jié)果表明:在相同布置條件下,無(wú)調(diào)壓室及有調(diào)壓室兩種方案的輸水系統(tǒng)的小波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程均是穩(wěn)定的；設(shè)置有調(diào)壓室的輸水系統(tǒng)小波動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程要優(yōu)于未設(shè)置調(diào)壓室的輸水系統(tǒng)小波動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程。從研究結(jié)果來(lái)看,設(shè)置調(diào)壓室對(duì)水電站輸水系統(tǒng)的小波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程具有改善作用。

結(jié)合錦屏二級(jí)水電站工程實(shí)例,通過(guò)數(shù)值計(jì)算分析長(zhǎng)引水隧洞水電站小波動(dòng)穩(wěn)定性影響因素。研究了機(jī)組空載時(shí)的小波動(dòng)穩(wěn)定性,以及阻抗式調(diào)壓室阻抗孔面積、阻抗孔損失系數(shù)和引水系統(tǒng)糙率對(duì)于小波動(dòng)穩(wěn)定的影響。研究結(jié)果表明:空載時(shí)小波動(dòng)穩(wěn)定性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;減小阻抗孔面積對(duì)于提高小波動(dòng)穩(wěn)定性十分有效:小波動(dòng)穩(wěn)定性對(duì)于阻抗損失系數(shù)敏感性較低;引水隧洞糙率對(duì)于小波動(dòng)穩(wěn)定性有較明顯影響,需慎重選擇引水管線方案。

為確定對(duì)小波動(dòng)穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)品質(zhì)最不利的工況,通過(guò)穩(wěn)定域和數(shù)值計(jì)算分析小波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程最不利工況即控制工況的選取,研究了工況點(diǎn)的兩個(gè)主要信息即工況點(diǎn)的負(fù)荷擾動(dòng)以及工作水頭對(duì)小波動(dòng)穩(wěn)定性的影響。實(shí)例應(yīng)用結(jié)果表明,減負(fù)荷擾動(dòng)越小,衰減度越小,調(diào)節(jié)品質(zhì)越差;最小水頭至額定水頭之間的工況點(diǎn)的穩(wěn)定性較額定水頭至最大水頭之間工況點(diǎn)的穩(wěn)定性差,因而控制工況應(yīng)該在最小水頭至額定水頭之間選擇,對(duì)于低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī),最小水頭工況往往成為控制工況。

文中通過(guò)對(duì)宏發(fā)水電站進(jìn)行水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算,為突破調(diào)壓井托馬斷面提供了依據(jù),在降低施工難度,節(jié)約工程投資的同時(shí),保證電站的安全運(yùn)行。

介紹了曼維萊水電站樞紐布置設(shè)計(jì)及優(yōu)化過(guò)程,在合同方案基礎(chǔ)上,根據(jù)最新的補(bǔ)充勘測(cè)資料及多方案研究對(duì)比,對(duì)壩線選擇、引水發(fā)電系統(tǒng)方案選擇和廠區(qū)樞紐布置及優(yōu)化設(shè)計(jì)工作做了詳細(xì)的介紹,可供同類(lèi)工程參考。

反濾料的設(shè)計(jì)在心墻壩的設(shè)計(jì)中占有很重要的位置,是心墻壩設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,反濾準(zhǔn)則在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用.以喀麥隆曼維萊水電站工程為例,采用美國(guó)陸軍工程師團(tuán)的設(shè)計(jì)規(guī)范,敘述了反濾料的設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)步驟,為其他工程的反濾設(shè)計(jì)提供參考.

曼維萊水電站工程的擋水建筑物為黏土心墻堆石壩、均質(zhì)土壩與混凝土重力壩連接的混合壩型,主要介紹了工程的安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì),監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)以擋水建筑物的變形監(jiān)測(cè)和滲流監(jiān)測(cè)為重點(diǎn),并兼顧全面,形成覆蓋整個(gè)工程的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò).

喀麥隆曼維萊水電站位于非洲熱帶雨林地區(qū),洪水標(biāo)準(zhǔn)高.本工程設(shè)置了主溢洪道、泄洪沖沙閘和輔助溢洪道聯(lián)合泄洪,有效保證了工程的泄洪能力,也使得工程面對(duì)一般洪水情況下有較靈活的泄洪方式.

曼維萊水電站工程位于喀麥隆南部大區(qū)恩特姆流域原始森林地區(qū),工程總庫(kù)容為1.3億m3,電站總裝機(jī)容量為211mw.根據(jù)樞紐汛期泄洪排沙的要求及水庫(kù)運(yùn)行方式,本工程初步設(shè)置了兩個(gè)溢洪道:主溢洪道和輔助溢洪道.其中主溢洪道與沖沙閘結(jié)合在一起布置,位于左岸主河槽,輔助溢洪道布置在右岸主河槽.重點(diǎn)介紹了輔助溢洪道布置設(shè)計(jì),為其他水利樞紐工程提供參考.

冗各水電站在施工階段進(jìn)行水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算時(shí),通過(guò)對(duì)不同的運(yùn)行組合工況進(jìn)行分析,選取了適合該電站的工況進(jìn)行計(jì)算.通過(guò)計(jì)算,推薦采用導(dǎo)葉兩段關(guān)閉的關(guān)機(jī)規(guī)律,計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范要求.電站施工后,引水系統(tǒng)參數(shù)略有調(diào)整,根據(jù)調(diào)整后的數(shù)據(jù),按照電站運(yùn)行后的甩負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)及關(guān)閉規(guī)律,對(duì)水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)算,其結(jié)果基本與實(shí)際情況吻合.

角木塘水電站位于貴州省道真縣,電站裝機(jī)容量2×35mw。電站為低水頭河床式徑流電站,引水系統(tǒng)短,機(jī)組采用軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)。對(duì)于軸流式機(jī)組而言,由于機(jī)組水推力過(guò)大,電站甩負(fù)荷時(shí)往往容易造成\"抬機(jī)\"現(xiàn)象,對(duì)機(jī)組造成破壞,因此,水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算除了控制好蝸殼壓力升高、機(jī)組轉(zhuǎn)速上升、尾水管真空度以外,還要重點(diǎn)關(guān)注水推力的影響。

本文通過(guò)對(duì)樂(lè)昌峽水電站進(jìn)行過(guò)渡過(guò)程計(jì)算與分析,提出了一系列優(yōu)化方案,總結(jié)了常規(guī)電站尾水系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算經(jīng)驗(yàn),為同類(lèi)工程提供借鑒。

針對(duì)喀麥隆曼維萊水電站無(wú)壓引水系統(tǒng)明渠的過(guò)流能力及其水力瞬變流特性,基于明渠水流的基本方程,推導(dǎo)得到了相應(yīng)的特征隱式格式算法以及邊界條件,建立了長(zhǎng)明渠引水式水電站瞬變流分析的仿真模型,并進(jìn)一步結(jié)合工程實(shí)例揭示系統(tǒng)的瞬變流特性。與二維水力仿真分析成果進(jìn)行比較驗(yàn)證分析,可知該水電站水庫(kù)和壓力前池水位差為1.06m的情況下,引水明渠過(guò)流能力不足以通過(guò)4×112.5m~3/s的額定流量。融合明渠的水力特性和壓力前池的水位波動(dòng)特性,水電站水力—機(jī)械系統(tǒng)調(diào)節(jié)保證計(jì)算參數(shù)的控制值均滿(mǎn)足要求,其中明渠出口(壓力前池)最高水位為392.362m,低于相應(yīng)的渠道末端頂高程394.270m,滿(mǎn)足布置要求。水電站水力—機(jī)械系統(tǒng)的水力干擾和小波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程均滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求,且調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)良。研究成果可為工程設(shè)計(jì)和電站運(yùn)行提供可靠的技術(shù)支撐,在合理選擇前池容積的前提下,實(shí)現(xiàn)對(duì)渠道引水能力、渠堤沿線高度和前池最大水位波動(dòng)的有效控制。

根據(jù)東風(fēng)水電站的設(shè)計(jì)方案,對(duì)其水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了大小波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的數(shù)值分析,通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立、有關(guān)參數(shù)的確定及計(jì)算程序的編制,所得結(jié)論與模型試驗(yàn)結(jié)果一致。

曼維萊水電站位于非洲中部喀麥隆恩特姆河上,特殊的工程地質(zhì)環(huán)境,造就了場(chǎng)區(qū)含鐵質(zhì)結(jié)核殘積土、全風(fēng)化層深厚、基巖差異風(fēng)化和球狀風(fēng)化等典型的工程地質(zhì)特征.