三峡地下电站变顶高尾水洞水动力特性

 在国内首次应用模型水轮发电机组对三峡地下电站变顶高尾水洞方案进行水力过渡过程试验研究。对水轮机导叶实行分段关闭,并求出了二段关闭的最佳拐点,试验证实了二段关闭对减小尾水管进口的负压和机组转速上升有明显的作用。通过有关水力参数的测试,认为变顶高尾水洞可以满足各项技术要求,是一个减少山体开挖、节省投资的新型设计方案。在地下电站中具有广泛的应用前景。     

三峡电站变顶高尾水洞水力过渡过程试验研究

为了逼真复演三峡地下电站变顶高尾水洞内水击波动流态过程和较精确测试大波动调保参数与小波动机组性能的稳定性,应用模型水轮发电机组对电站设阻尼井的变顶高尾水洞进行了水力过渡过程试验研究。结果表明,大波动时,水击波在变顶高尾水洞内传播一个来回过程,1 min即可衰减,各项调保参数均可满足设计要求;小波动时,机组的稳定性能较好;设置阻尼井对提高变顶高尾水洞运行的安全度是必要的。三峡地下电站已安全稳定运行了3 a,实测数据表明,模型试验成果与原型观测较一致。     

电站变顶高尾水洞水力过渡过程现场监测分析

阻尼井+变顶高尾水洞是一种新型的水电站尾水压力管道体型,国内尚无单机容量700 MW巨型机组的运行实践经验。为进一步了解大型机组变顶高尾水系统的水力特性,验证工程设计和水工模型试验成果,确保工程安全稳定运行,结合启动试运行和正常蓄水位机组调试安排,对三峡地下电站进行了2个特征库水位(152.3 m,175.0 m)和4个负荷量级(25%,50%,75%,100%)的机组甩负荷水力过渡过程进行现场监测。重点监测了蜗壳和尾水管进口部位水锤压力、阻尼井涌浪、变顶高尾水洞明满流交替和机组转速升高值等内容。监测成果表明:三峡地下电站变顶高尾水洞各项水力参数指标均满足设计要求,并有一定安全裕度,监测成果可为今后变顶高尾水洞工程设计和运行提供参考。     

带阻尼井的变顶高尾水系统水力过渡过程数值预测及其特性研究

机组及输水系统在暂态过程中性能参数的控制对电站的安全稳定运行具有重要影响。基于瞬变流数学模型和Priessmann假设,对三峡地下电站采用的带阻尼井的变顶高尾水隧洞进行了过渡过程数值预测,并将计算结果与电站现场试验值进行了对比验证,总结了带阻尼井的明满交替流等复杂水力过程的数值预测模型。基于计算结果分析了在大小波动等暂态过程中变顶高尾水系统明满交替流及阻尼井的水力特性,并从水力学和系统稳定性的角度解释了三峡地下电站采用变顶高尾水洞并设置阻尼井能够代替调压室的原因。     

向家坝水电站地下厂房变顶高尾水系统研究

为了满足电站的调节保证要求，减小地下洞室群的规模，向家坝水电站地下厂房采用了特殊的尾水系统布置方案，即变顶高尾水洞方案，取消了尾水调压室。在研究水电站变顶高尾水洞基本工作原理的基础上，提出了向家坝水电站右岸地下厂房变顶高尾水洞布置方案研究的基本思路和具体步骤，论证了采用变顶高尾水洞方案的可行性和合理性。     

三峡地下电站变顶高尾水洞技术研究与应用

在三峡地下电站可行性研究和初步设计中,针对尾水系统设计进行了不设调压室、设调压室方案和变顶高尾水洞方案的比较,其中又分别进行了一机一洞和两机一洞方案布置型式的研究。首次在三峡地下电站进行了带模型机组的引水发电系统整体模型试验,通过大量的计算分析和模型试验,不断优化尾水系统的布置,最终采用了一机一洞变顶高尾水洞方案,并已付诸实施。对变顶高尾水洞系统的深入研究,开拓了创新思路并取得了设计经验,可为类似电站工程设计借鉴。     

向家坝水电站右岸变顶高尾水洞的水力计算

向家坝水电站尾水下接金沙江，江水位变幅大，尾水隧洞选用变顶高尾水洞方案时可不建尾水调压室，但洞内压力和明满交界面会随水流过渡过程变化。经建立包含引水系统、机组和调速器在内的计算机仿真程序的水力过渡过程计算表明，变顶高尾水隧洞方案在明满交替流工况下，未产生气囊，洞顶内水压力变幅不大，对机组没有产生不利影响，电站调节系统能满足大、小波动稳定的要求。     

基于Hopf分岔的变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统稳定性研究

运用Hopf分岔理论对变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的稳定性进行研究。首先建立水轮机调节系统非线性数学模型,其中改进的引水系统动力方程可更准确描述变顶高尾水洞明满流分界面运动特性,据此模型进行非线性动力系统Hopf分岔的存在性、分岔方向等的分析,推导得到系统发生Hopf分岔的代数判据;然后利用代数判据绘制了系统的稳定域,并分析了系统在不同状态参数下的稳定特性;最后利用稳定域分析了变顶高尾水洞在机组负荷调整下的稳定性工作原理。结果表明:变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的Hopf分岔是超临界的;明满流引起的水流惯性变化在机组减负荷时对系统的稳定性有利、增负荷时对系统的稳定性不利,明流段水位波动的作用对于系统的稳定性在增、减负荷下都是有利的。     

变顶高尾水洞的顶坡及体形设计方法

基于机组甩负荷工况下变顶高尾水系统尾水管进口处真空度的计算公式,推导出保证尾水管进口满足真空度要求的顶坡计算分析公式。在机组甩负荷后明渠最大负涌浪以及安全顶坡分析公式的基础上,提出了变顶高尾水洞体形设计的程序性定量化方法,从而可对变顶高尾水洞的体形进行定量化的分析设计。由顶坡坡度分析公式所获得的计算结果与物理模型实验结果进行了比较,表明该公式是合理的。这些结果和方法可以方便地应用于工程初步设计。     

向家坝电站大断面变顶高尾水洞开挖及支护施工的质量控制

介绍向家坝水电站大断面变顶高尾水洞第Ⅰ层开挖、支护施工质量控制。由于尾水隧洞的地质条件差、断面大、地质情况极为复杂,尾水洞第Ⅰ层开挖支护为整个尾水洞开挖的重中之重。在工序施工中,对开挖施工、锚杆施工、喷混凝土施工,均采取了严密有效的质量控制措施,最终保证了大断面变顶高尾水洞开挖、支护的施工质量。     

深埋水工隧洞衬砌渗透压力控制措施研究

我国西部高山峡谷地区水电站工程地下水位高, 深埋水工隧洞衬砌外水压力大, 防渗排水措施要求高。为减小作用于衬砌上的外水压力, 提高衬砌结构的安全性和经济性, 同时减小排水对地下环境的影响, 需要采取合理的围岩防渗排水措施。结合某在建水电站工程, 拟采用固结灌浆、排水孔等防渗排水措施, 建立泄洪洞的三维有限元模型, 精细模拟固结灌浆和排水孔作用, 研究不同方案下隧洞围岩浸润面变化和衬砌所受渗透压力分布规律。结果表明:泄洪洞深部固结灌浆可大幅减少围岩地下水内渗, 有效降低对地下水位的影响, 有利于生态环境保护;排水孔的排水降压作用显著, 可有效减小衬砌所受外水压力。若需兼顾考虑地下水环境影响及有效减小衬砌所受外水压力时, 可采用深固结灌浆联合浅排水孔的处理方案, 且建议固结灌浆范围为5~8 m, 排水孔深度1~2 m。     

黄家寨水电站坝线比选及枢纽布置研究

针对黄家寨水电站上下两条较为合适的坝线方案,考虑到地形地貌、地层岩性、枢纽布置、投资、施工等诸多因素,优选推荐拱坝下坝线方案。通过对大坝、溢洪道、冲沙兼放空底孔、取水口、引水隧洞等建筑物自身布置以及相互协调关系进行全面研究,提出适合坝址区自然条件的下坝线枢纽布置方案,使电站枢纽布置更加紧凑、合理,达到改善枢纽建筑物施工条件、加快施工进度和节省工程投资的目的,符合电站环保、节能优化设计要求。     

大型水利水电工程施工水力控制及灾害预测关键技术

针对我国西部山区大型梯级水利水电工程施工面临复杂环境下的导截流标准及风险控制、陡坡隧洞导流安全水力控制、深厚覆盖层河床安全经济截流水力控制、导截流过程灾害预测控制等新问题,经过长达28 a的系统研究,解决了大型梯级水利水电工程施工导截流水力控制和灾害减免的相关技术难题。包括:①构建了多梯级同建条件下施工导流系统风险评估模型和基于水文实时监测预报的截流标准决策模型,提出了满足安全性、经济性要求的标准优选方法,修订了施工导流设计规范;②揭示了陡坡隧洞易发生明满交替流等不良水力特性的成因及机制,提出了进口隔流浮堤消涡、锐缘进口减免明满交替流、出口压坡增压等复合式水力控制技术,保障了隧洞运行安全,提出的钢筋笼柔性毯和过水围堰分级整流防护新技术,解决了大流量、深厚覆盖层条件下度汛安全难题;③提出了考虑水深、流速分布、河床糙度、绕流系数影响的天然截流块体稳定实用计算公式以及六面体钢筋石笼人工截流块体稳定计算公式,计算精度更接近实际;④发明了内附透水反滤土工膜的四面体钢筋笼和圆柱线体新型截流材料;⑤提出了“水下宽戗堤” 新技术,减轻了截流难度;⑥首次提出了高陡岸坡滑坡涌浪过程中第二次涌浪为首浪的论点,建立了首浪高度实用计算公式、涌浪产生与传播预测模型;⑦提出了土石围堰溃决过程与洪水演进高分辨率模拟技术。这些关键技术对于推动相关学科发展、加快水利水电行业科技进步起到了巨大作用。     

深部岩体隧洞岩爆灾害影响因素分析

深部岩体隧洞施工过程中频发的岩爆灾害时常会造成大量的人员伤亡以及巨大的财产损失。基于某水电站4条引水隧洞开挖过程中的大量的岩爆实例,以数值运算为主要研究手段,从能量的角度出发对影响岩爆灾害发生的关键性因素进行了研究,结果表明:相同长度的隧洞开挖过程中随着单循环开挖步长的增大,微震能量释放值不断增大,岩爆的发生频次具有增加的趋势;当开挖速度控制在合理范围内时,围岩稳定性可以得到有效控制,当其突破到临界状态以上时,岩爆的发生频次具有显著增加的特征;在一定埋深范围内随着埋深的增加,岩爆发生的频率、强度具有明显增加的趋势;上述研究结果可以为高地应力条件下地下隧洞开挖过程中岩爆的预测与防治提供合理的科学依据。     

雅鲁藏布江街需水电站施工截流模型试验研究

雅鲁藏布江街需水电站施工截流为典型的大比降山区河道截流,天然河道状态下截流难度极大。本工程截流主要利用下游电站水库回水效应创造的截流条件。模型试验研究分析了下游库水位变化对截流难度的影响;验证了单导流洞和双导流洞过流条件下的截流水力学指标;提出了在导流洞进口岩坎设置缺口的截流优化措施并分析了缺口参数与分流效应的关系。试验对比了不同工况下的截流龙口水力学指标,优选了安全可靠的截流方案,为工程截流施工组织提供了重要指导作用。     

溢洪隧洞底板混凝土施工技术剖析

溢洪隧洞最早运用于水利工程,其主要功能是及时输水或泄洪,保持水电站在安全稳定的环境下完成电力生产活动。底板混凝土施工是项目建设的一个难点,施工单位需灵活运用各项技术改善水工建筑的结构性能。近年来,小型溢洪隧洞在净水厂工程建设中的运用逐渐普及,充分发挥了排水、泄水的功能作用。文章以苏州市相城水厂为案例,分析了溢洪隧洞底板混凝土施工的相关问题,对水工建筑施工技术的优化改进总结其经验。     

基于对流-导热耦合模型的寒区水工隧洞围岩温度场分布规律研究

在高海拔寒冷地区,温度场是影响水工隧洞围岩稳定的重要因素。为了研究不同环境条件下水工隧洞温度场的特性及其变化规律,以新疆某寒区水工隧洞为依托,基于现场监测数据,采用有限元仿真计算,对不同自然通风温度和不同风速下的水工隧洞围岩温度场及其演化规律进行系统分析。结果表明:自然通风温度对隧洞轴向和径向围岩温度都有明显的影响,但随着时间的增加,通风温度对轴向和径向围岩温度的影响逐渐减小,自然通风150 d影响径向围岩深度在10 m左右,在围岩径向0～2 m温度变化最大。通风风速从1 m/s增加到4 m/s,隧洞轴向和径向围岩温度逐渐下降,并且随着轴向和径向距离的增加围岩的温度变化幅度在减小。     

二滩水电站地下厂房尾水管设计研究

本文论述了二滩水电站地下厂房窄、高型尾水管的设计特点。试验研究成果表明,所设计的12M型尾水管不但有优良的综合水力性能,而且有经济的外形尺寸,适合于工程成洞的需要。     

瀑布沟水电站工程截流模型试验

通过水力学模型试验,研究确定了大渡河瀑布沟水电站截流戗堤的布置、龙口位置的选择、龙口段和非龙口段的划分、截流水力学参数和施工进占抛投方式,尤其对降低截流难度的工程措施进行了详尽细致的比较研究,为截流施工方案的决策和实施提供了科学的依据。