水利工程論文-抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)管徑比較研究.doc

水利工程論文-抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)管徑比較研究摘要：在抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)管徑比選中，應(yīng)保證擬定參與比較方案的可行性，即各方案輸水系統(tǒng)具有較好的調(diào)節(jié)性能，才能保證管徑比較結(jié)果的合理性。本文結(jié)合工程實(shí)例說(shuō)明在經(jīng)濟(jì)管徑比選時(shí)，如何判斷方案的可行性，并分析了在輸水系統(tǒng)管徑選擇時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)管徑經(jīng)濟(jì)比較隨著抽水蓄能電站向大規(guī)模大容量的發(fā)展，輸水系統(tǒng)也趨于大PD化，輸水系統(tǒng)管徑的確定對(duì)電站投資有較大的影響。管徑選擇主要受電量?jī)r(jià)格、土建費(fèi)用、水頭損失、水擊壓力以及電網(wǎng)對(duì)輸水系統(tǒng)運(yùn)行方式要求等因素的影響。如果管徑選擇過(guò)小雖然可減小土建費(fèi)用，但卻使輸水系統(tǒng)水頭損失增大，同時(shí)也使輸水系統(tǒng)對(duì)過(guò)渡過(guò)程適應(yīng)能力下降，降低了電站運(yùn)行的靈活性；如果管徑選擇過(guò)大，雖可減少電能損失但增加了土建投資，造成不必要的浪費(fèi)。這就存在一個(gè)經(jīng)濟(jì)比較問(wèn)題。經(jīng)濟(jì)管徑比較結(jié)論是否合理，關(guān)鍵是擬定參加比選方案的可行性，由于抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的復(fù)雜性，計(jì)算工作量比較大，在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)管徑比選時(shí)往往難以做到對(duì)每一個(gè)擬定方案進(jìn)行分析，這就需要結(jié)合工程實(shí)際根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析與判斷。1輸水系統(tǒng)管徑比較方案的擬定原則抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)水頭一般比較高，特別是對(duì)鋼板襯砌的輸水系統(tǒng)，為達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的，高壓管道應(yīng)采用不同管徑組合。管徑的變化次數(shù)及變化位置應(yīng)根據(jù)輸水系統(tǒng)的布置、地質(zhì)條件、長(zhǎng)度、施工條件以及輸水系統(tǒng)對(duì)過(guò)渡過(guò)程的適應(yīng)性等因素綜合考慮。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)變徑次數(shù)以24次為宜。經(jīng)濟(jì)管徑比較方案擬定應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初擬管徑，并控制輸水系統(tǒng)水頭損失為電站設(shè)計(jì)水頭的2%5%，然后以此管徑為基礎(chǔ)，在其左右確定幾組管徑方案。目前計(jì)算經(jīng)濟(jì)管徑的經(jīng)驗(yàn)公式比較多，在選用時(shí)應(yīng)注意其適用條件與范圍，尤其是管道的襯砌型式對(duì)經(jīng)濟(jì)管徑的影響。輸水系統(tǒng)管徑擬定后，應(yīng)保證每一組方案輸水系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)性能，即保證方案的可行性。2輸水系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能的判斷抽水蓄能電站主要是在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事備用等任務(wù)，電站的經(jīng)濟(jì)性取決于電站的投資和其在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行能力。電站的運(yùn)行能力是指電站對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷變化的迅速響應(yīng)能力。水泵水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性主要受到輸水系統(tǒng)的布置、流速、機(jī)組特性等的影響。由于經(jīng)濟(jì)性的要求，抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)的引用流速通常比較大，從而降低了電站的響應(yīng)能力。高流速與電站良好調(diào)節(jié)性能和運(yùn)行靈活性之間構(gòu)成一對(duì)矛盾，流速高，則調(diào)解時(shí)間長(zhǎng)，必要時(shí)需布置調(diào)壓井。在初步判斷輸水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能時(shí)，可以根據(jù)導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間Ts和高壓管道中水擊壓力允許值來(lái)近似判斷的。對(duì)常規(guī)電站水頭一般低于200m，高壓管道水擊類型一般是未相水擊，其簡(jiǎn)化公式為：式中：hm未項(xiàng)水擊壓力通過(guò)上式可確定貫性時(shí)間常數(shù)W：對(duì)于抽水蓄能電站，最高水擊壓力一般是由水輪機(jī)甩負(fù)荷工況控制，過(guò)渡過(guò)程計(jì)算與常規(guī)電站沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。抽水蓄能電站較經(jīng)濟(jì)水頭一般為400600m，蓄能電站的水頭一般是比較高的，對(duì)于高水頭電站，輸水系統(tǒng)水擊類型往往是第一相水擊，其簡(jiǎn)化公式為：式中：h1第一相水擊壓力相對(duì)值；0導(dǎo)葉的起始相對(duì)開(kāi)度；a水擊波波速。通過(guò)上式可確定貫性時(shí)間常數(shù)W：當(dāng)01時(shí)，水擊壓力為第一相水擊；當(dāng)01時(shí)，水擊壓力為未相水擊。當(dāng)0時(shí)第一相水擊壓力與未相水擊壓力相等。在相同導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間，產(chǎn)生相同水擊壓力，不同水擊類型所要求的輸水系統(tǒng)貫性時(shí)間常數(shù)TW并不相同，第一相水擊要求的W要比未相水擊要求的小。也就是說(shuō)，蓄能電站輸水系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能比常規(guī)電站要求嚴(yán)格，即設(shè)置調(diào)壓井的條件要比常規(guī)電站嚴(yán)格。抽水蓄能電站對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷變化的迅速響應(yīng)能力通過(guò)合理選擇輸水系統(tǒng)、機(jī)組和控制設(shè)備參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。主要通過(guò)調(diào)整輸水系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)TW和機(jī)組加速時(shí)間常數(shù)Ta來(lái)解決這一問(wèn)題。通過(guò)圖對(duì)國(guó)內(nèi)外大型抽水蓄能電站的統(tǒng)計(jì)可以看出，各蓄能電站基本全部位于水電站調(diào)壓井規(guī)范推薦的調(diào)速性能好的區(qū)域內(nèi)，再一次說(shuō)明抽水蓄能電站對(duì)電站調(diào)節(jié)性能要求要比常規(guī)電站嚴(yán)格。所以在確定輸水系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，應(yīng)使輸水系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能處于良好區(qū)域內(nèi)。經(jīng)濟(jì)管徑初擬方案調(diào)節(jié)性能好壞，可根據(jù)機(jī)組技術(shù)咨詢資料和工程類比確定機(jī)組加速時(shí)間常數(shù)Ta，并使輸水系統(tǒng)處于水電站調(diào)壓井規(guī)范規(guī)定的調(diào)速性能好的區(qū)域，確定調(diào)壓井間的Tw，再計(jì)算各初擬管徑方案的Tw，如果TwTw，即認(rèn)為此方案滿足要求，否則應(yīng)重新擬定。3經(jīng)濟(jì)管徑比較經(jīng)濟(jì)管徑的比較是在機(jī)組額定水頭和上、下水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容相同的情況下進(jìn)行的。由于管徑比較方案不同，使各方案的水頭損失不同，發(fā)電量和抽水用電量不同，土建費(fèi)用也不同。在進(jìn)行管徑比較時(shí)，對(duì)不同方案的發(fā)電量和抽水用電量以替代火電予以補(bǔ)充后，計(jì)算各方案費(fèi)用現(xiàn)值，費(fèi)用現(xiàn)值最小方案為最優(yōu)，即費(fèi)用現(xiàn)值最小法。西龍池抽水蓄能電站裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量為300MW豎軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)組，機(jī)組額定水頭為640m。輸水系統(tǒng)由上水庫(kù)進(jìn)/出水口、引水事故閘門井、高壓管道、尾水隧洞、尾水閘門井、下水庫(kù)進(jìn)/出水口等組成。輸水系統(tǒng)總長(zhǎng)度1850m左右，引水系統(tǒng)采用一管兩機(jī)的供水方式，共2根主管，在距廠房54m左右布置高壓岔管。尾水隧洞采用一機(jī)一洞的布置方式。在立面上采用用斜井布置（見(jiàn)圖2），在952.5m高程布置中平段，將斜井分成上、下兩部分。上、下斜井與水平面夾角分別為56和60。高壓管道上平段、尾水隧洞上平及段斜井采用后張法無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼襯砌，其它部分采用鋼板襯砌。圖2西龍池抽水蓄能電站輸水系剖面示意圖根據(jù)輸水系統(tǒng)的具體情況，在可行性研究階段將整個(gè)輸水系統(tǒng)大至分為三段，即上平段及上斜井、下斜井和尾水隧洞。對(duì)上述各管段分別擬定三個(gè)管徑方案，并對(duì)其進(jìn)行組合，各方案比較結(jié)果詳見(jiàn)表1和圖3。從圖3可以看出，方案3費(fèi)用現(xiàn)值最小，看似是最經(jīng)濟(jì)的方案，如果加以分析可以看出：方案3水頭損失為38.19m，占電站設(shè)計(jì)水頭的6.1%，電站的綜合效率為0.71。從已建抽水蓄能電站的經(jīng)驗(yàn)可以看出，輸水系統(tǒng)的水頭損失一般為電站設(shè)計(jì)水頭的25%，方案3水頭損失過(guò)大，電站綜合效率偏低。根據(jù)工程類比及與機(jī)組制造廠商技術(shù)咨詢和交流成果確定西龍池抽水蓄能電站機(jī)組加速時(shí)間常數(shù)Ta=8.3s左右，如果使輸水系統(tǒng)處于水電站調(diào)壓井規(guī)范規(guī)定調(diào)速性能良好區(qū)域（見(jiàn)圖1），輸水系統(tǒng)Tw應(yīng)不大于2.5s，而方案3輸水系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)Tw=2.7s，輸水系統(tǒng)位于水電站調(diào)壓井規(guī)范規(guī)定的調(diào)速性能良好區(qū)域外，本方案可行性較差，不應(yīng)作為比較方案。根據(jù)上述分析，方案1、方案2、方案3、方案10、方案11、方案19可行均較差，不應(yīng)列入比較方案。這樣以來(lái)，費(fèi)用現(xiàn)值最小的方案應(yīng)為方案6。方案6輸水系