自动调节隧洞在铜山二级水电站的应用

电力18讯：    摘　要：介绍了铜山二级水电站自动调节隧洞的布置、设计特点及其效益。
　　关键词：引水隧洞；布置；水量；调节；铜山二级水电站；浙江
1　问题的提出
　　浙江淳安县铜山二级水电站为引水式径流电站，其可行性研究阶段枢纽布置为（见图1）：在铜山村下游1．5km处建滚水堰，堰顶高程293m，设计洪水位297．2m；堰后接长122．3m、断面为3m×3m的明渠，渠后为长1 063m的Ⅰ号无压隧洞。Ⅰ号洞出口为长25m明渠，后接长1 129m的Ⅱ号无压城门洞形隧洞。Ⅱ号隧洞出口接压力前池。前池挡土墙右端布置宽5m的溢水堰，泄水陡槽长180m，压力钢管长132．2m。厂房地坪高程240m。电站平均水头47．7m，设计流量2×3．9m3／s，装机2×1 600kW，年利用小时2 650h，年发电量848×104k W・h。


　　
　　在初步设计阶段，将堰坝上移了160m，堰坝基岩高程由288m升至291m，并取消了Ⅰ号隧洞进口明渠段，将隧洞进口设在堰坝轴线上游13．5m处，利用堰顶与隧洞进口底槛2m高差冲淤沙，堰坝设闸抬高水位。电站平均水头58．8m，设计流量2×4．3m3／s，装机2×2 000kW，年利用小时2 588h，年发电量1 035×104kW・h。
　　在布置压力前池及前池以下建筑物时，为使弃荷时多余流量有一去路，必须设置压力前池溢水堰，但受地形限制不仅布置前池困难，而且前池区也无天然山岙可以布置泄水陡槽，因此只好在半山陡坡上布置长愈180m的泄水陡槽。这种布置对厂区的安全是一种威胁，同时泄水陡槽施工时，还对前池以下的各个建筑物的施工产生干扰，从而影响工期。另外，泄水陡槽的造价也较高。为此，采用自动调节隧洞型式，取消长180m的泄水陡槽，解决了以上问题。
2　自动调节隧洞的设计和运行
　　为取消压力前池挡土墙右端限制水位升高的溢水堰和省去前池后长180m的泄水陡槽，将Ⅱ号隧洞改为自动调节隧洞型式。在Ⅱ号隧洞进口即铜帮坞的天然山凹处设一溢水堰，取代压力前池溢水堰。Ⅱ号隧洞全长1 158m，洞底坡降0．1％，洞顶坡降为零，洞宽3m，侧墙高由2．93m渐增至4．088m，拱顶为1．73m半径的圆弧，拱顶中心角120°，矢高0．87m，全洞只有进、出口段衬砌9m并作绕渗处理，其余均不作衬砌。
　　在电站开机时，利用压力前池和自动调节隧洞中最高水位和最低水位之间增加的水量来满足机组瞬间流量的需要，使压力前池的水位始终保持在允许水位以上。当电站弃荷时，因隧洞末端水面上升形成的涌波向隧洞进口方向传递，并被限制在铜帮坞的溢水堰处。
    当电站正常运转时，由于压力前池可保持较高的运行水位，从而增加了发电水头。　　  电站自1998年1月建成发电以来，运行情况一直正常。
3　自动调节隧洞产生的效益
　　为说明自动调节隧洞产生的综合效益，现将可行性研究阶段非自动调节隧洞情况和初步设计阶段自动调节隧洞情况的厂区布置示于图2、3。从图上可以看出，改用自动调节隧洞后，虽然隧洞增加了开挖量2 010m3，但却省掉了长180m的泄水陡槽的开挖和建筑费用，隧洞开挖增加的造价反而比设泄水陡槽的造价省60余万元；且隧洞增加的容积也可使前池尺寸适当缩小，从而便于在陡坡上布置前池。更主要的是省掉泄水陡槽后，便于厂区建筑物布置，也增加了厂区建筑物的安全度，消除了厂区建筑物间的施工干扰，施工进度加快，同时电站也可以利用自动调节壅高水位，增加发电水头，年增发电量20×104kW・h以上，效益显著。