气垫式调压室及其在大干沟水电站的应用
2008-01-22 13:47:09 来源:
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电力18讯: 青海省大干沟水电站位于柴达木盆地的格尔木市境内,电站装有2台单机容量为10 MW水轮发电机组,设计水头70 m,单机引用流量16.5 m3/s,为坝后引水混合式电站,是格尔木河梯级规划中的第二级水电站,距格尔木市67 km,大坝坝顶高程为3342.8 m.为提高电站水头和满足冬季正常运行需要,引水系统采用有压引水道,其组成比较复杂,主要由长4418 m、内径4.2 m钢筋混凝土低压输水管,内径6.6 m、高19.94 m双室溢流式调压室,长725 m、内径3.2 m高压钢管,气垫式调压室及叉管等水工建筑物组成.电站于2000年7月建成投入运行发电.
1 电站采用气垫式调压室由来
电站在进行可行性研究及初设中,厂房选址较为困难,若厂房选在靠近山体的溢流式调压室下方,则距河道很远,尾水渠开挖量很大,故厂房只能通过有压钢管选在河道旁.由于本电站水头较高,其带压的引水管道很长,为了保证供电质量及机组在甩负荷时,压力管道的压力上升率及机组最大转速上升率同时受到限制,电站设置上调压室是不够的,需设置双调压室,或采用调压阀、安全爆破膜等措施,但通过论证,采用在厂房设置调压阀、安全爆破膜等措施不可行,故只能设置下调压室.为使电站调节保证得到满足,下调压室应尽量接近厂房布置,而电站厂房附近设下调压室处的地势比较平坦,没有可利用山体和岩体,若将下调压室做成一般塔式结构则不经济,因此负责该项目的水利专家张江甫创意提出采用气垫式调压室布置方案,得到水利部及河海大学等单位专家的大力支持.所以电站分别在压力钢管始端设置溢流式调压室,在距终端(厂房)140 m处设置气垫式调压室(以下简称气压室),两室之间长585 m,如图1所示.
2 电站气压室基本结构和特点
调压室是水电站中一个具有水击波反射功能的装置,是利用调压室扩大的底面积和自由水面使压力管道中传来的水锤波发生异号反射,从而减少压力管道和传入有压引水道的水锤压强,有利于提高机组的运行稳定性和供电质量.常规调压室都是开敞式的,具有与大气相通的自由水面,气压室也有自由水面,但水面压力大于大气压,可利用封闭气室中的压缩空气约制水位高度及其变幅,在我国还是首次采用.大干沟电站气压室竖立于地面,为顶端封闭的圆筒式结构,内径10 m,净高14 m,底部设有直径2.5 m的阻抗孔口与高压钢管相接,其结构如图2所示.该气压室的特点是:
a.气压室上部为压缩空气,在气压室水位波动过程中,气室内外无空气交换,气压随水位的升降面增减,因而能抑制水位波动的振幅.
b.气压室布置在接近厂房的位置,且有较大的稳定断面,所以对水锤波有良好的反射性能.
c.与常规调压室相比,气压室可以压低调压室的稳定水位,降低调压室的高度,所以造价较低.
d.气压室为钢衬钢筋混凝土结构,无漏水漏气现象发生.
e.气压室采用钢衬厚度18 mm的16Mn钢,外包厚50cm,200号钢筋混凝土,能承受最大的内压力作用而不变形,并留有较大的安全裕度.
f.气压室竖立于地面,便于设置监测设备,能及时反应并准确控制室内气压、水压、水位变化.
g.气压室的不足之处是需有监测水位和气压的设备及补气设备,初始运行和放空检修后需要较长充气时间,机组不能及时投入运行发电,运行管理比较复杂.
3 电站气压室监控方式
考虑到气压室的特殊性及重要性,在我国尚无采用气压室的实践经验情况下,为确保气压室的运行安全可靠,格尔木河水电开发公司委托河海大学对该电站气压室及压力管道结构进行分析并对引水系统过渡过程进行计算和试验研究①.根据设计要求,在机组负荷(或机组引用流量)的变化过程中,系统的限制条件为:①蜗壳进口最大内水压力上升率ξmax≤50%;②机组最大转速上升率βmax≤45%;③气压室最小水深要求在2.5 m以上.
通过以上限制条件的试验研究,对气压室的运行控制方式可采用等水位法或等PV值法(P为室内绝对气压值,V为气压室体积).但采用等水位法在实际运行时较难实现,因为对各种稳定运行状态,在不同的库水位和不同机组引用流量的组合下,若要控制气压室内的水位(或压力)相等,必须频繁地操作空气压缩机和排气阀.采用等PV值法,则因综合考虑了室内气压和水位的变化,在等温条件下,只要气压室内气体无泄漏,室内的压力、水位会按照一定规律自动适应任一正常稳定发电运行状态,无需操作空气压缩机和排气阀等外部设备.因本电站气压室水平截面积不随高程变化,故等PV值法也就是等PL值法(L为从气压室底部算起的水位高度).除大坝最高库水位3 341.4 m,2台机组满出力发电时,PL值应控制在下限值275 m2和上限值300 m2之内外,其余运行工况PL值上下控制值可根据实际情况作适当调整,当气压室内水位高程在3 304.5~3310.5 m时,就能满足各种工况过渡过程的限制条件要求.
对气压室检测监控采用2套自动,2套手动方式.由2套可编程控制器(PLC)分别<
1 电站采用气垫式调压室由来
电站在进行可行性研究及初设中,厂房选址较为困难,若厂房选在靠近山体的溢流式调压室下方,则距河道很远,尾水渠开挖量很大,故厂房只能通过有压钢管选在河道旁.由于本电站水头较高,其带压的引水管道很长,为了保证供电质量及机组在甩负荷时,压力管道的压力上升率及机组最大转速上升率同时受到限制,电站设置上调压室是不够的,需设置双调压室,或采用调压阀、安全爆破膜等措施,但通过论证,采用在厂房设置调压阀、安全爆破膜等措施不可行,故只能设置下调压室.为使电站调节保证得到满足,下调压室应尽量接近厂房布置,而电站厂房附近设下调压室处的地势比较平坦,没有可利用山体和岩体,若将下调压室做成一般塔式结构则不经济,因此负责该项目的水利专家张江甫创意提出采用气垫式调压室布置方案,得到水利部及河海大学等单位专家的大力支持.所以电站分别在压力钢管始端设置溢流式调压室,在距终端(厂房)140 m处设置气垫式调压室(以下简称气压室),两室之间长585 m,如图1所示.
2 电站气压室基本结构和特点
调压室是水电站中一个具有水击波反射功能的装置,是利用调压室扩大的底面积和自由水面使压力管道中传来的水锤波发生异号反射,从而减少压力管道和传入有压引水道的水锤压强,有利于提高机组的运行稳定性和供电质量.常规调压室都是开敞式的,具有与大气相通的自由水面,气压室也有自由水面,但水面压力大于大气压,可利用封闭气室中的压缩空气约制水位高度及其变幅,在我国还是首次采用.大干沟电站气压室竖立于地面,为顶端封闭的圆筒式结构,内径10 m,净高14 m,底部设有直径2.5 m的阻抗孔口与高压钢管相接,其结构如图2所示.该气压室的特点是:
a.气压室上部为压缩空气,在气压室水位波动过程中,气室内外无空气交换,气压随水位的升降面增减,因而能抑制水位波动的振幅.
b.气压室布置在接近厂房的位置,且有较大的稳定断面,所以对水锤波有良好的反射性能.
c.与常规调压室相比,气压室可以压低调压室的稳定水位,降低调压室的高度,所以造价较低.
d.气压室为钢衬钢筋混凝土结构,无漏水漏气现象发生.
e.气压室采用钢衬厚度18 mm的16Mn钢,外包厚50cm,200号钢筋混凝土,能承受最大的内压力作用而不变形,并留有较大的安全裕度.
f.气压室竖立于地面,便于设置监测设备,能及时反应并准确控制室内气压、水压、水位变化.
g.气压室的不足之处是需有监测水位和气压的设备及补气设备,初始运行和放空检修后需要较长充气时间,机组不能及时投入运行发电,运行管理比较复杂.
3 电站气压室监控方式
考虑到气压室的特殊性及重要性,在我国尚无采用气压室的实践经验情况下,为确保气压室的运行安全可靠,格尔木河水电开发公司委托河海大学对该电站气压室及压力管道结构进行分析并对引水系统过渡过程进行计算和试验研究①.根据设计要求,在机组负荷(或机组引用流量)的变化过程中,系统的限制条件为:①蜗壳进口最大内水压力上升率ξmax≤50%;②机组最大转速上升率βmax≤45%;③气压室最小水深要求在2.5 m以上.
通过以上限制条件的试验研究,对气压室的运行控制方式可采用等水位法或等PV值法(P为室内绝对气压值,V为气压室体积).但采用等水位法在实际运行时较难实现,因为对各种稳定运行状态,在不同的库水位和不同机组引用流量的组合下,若要控制气压室内的水位(或压力)相等,必须频繁地操作空气压缩机和排气阀.采用等PV值法,则因综合考虑了室内气压和水位的变化,在等温条件下,只要气压室内气体无泄漏,室内的压力、水位会按照一定规律自动适应任一正常稳定发电运行状态,无需操作空气压缩机和排气阀等外部设备.因本电站气压室水平截面积不随高程变化,故等PV值法也就是等PL值法(L为从气压室底部算起的水位高度).除大坝最高库水位3 341.4 m,2台机组满出力发电时,PL值应控制在下限值275 m2和上限值300 m2之内外,其余运行工况PL值上下控制值可根据实际情况作适当调整,当气压室内水位高程在3 304.5~3310.5 m时,就能满足各种工况过渡过程的限制条件要求.
对气压室检测监控采用2套自动,2套手动方式.由2套可编程控制器(PLC)分别<
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