【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)計(jì)值P%510509095桓仁14422272051398978回龍山1782280254172110太平哨1872295266181116101沙尖子2442353319216138121東北歷年大暴雨的分布規(guī)律看，在鴨綠江的中下游（包括渾江一帶）暴雨出現(xiàn)的機(jī)會(huì)和強(qiáng)度都才超過(guò)其他流域，多年平均三日暴雨在120毫米以上。渾江歷史洪水的調(diào)查曾先后進(jìn)行了5次，調(diào)查河段上至通化，下至沙尖子。這對(duì)洪水分析提供了可靠的歷史資料。桓仁站實(shí)測(cè)洪水資料較長(zhǎng)，加之歷史洪水調(diào)查資料，故洪水分析成果較為可靠?；佚埳脚c沙尖子的洪峰洪量系分析和桓仁相關(guān)插補(bǔ)而延長(zhǎng)。太平哨水電站由于無(wú)實(shí)測(cè)資料，故洪峰洪量參數(shù)用回龍山參數(shù)，洪峰用2/3次方，洪量用一次方，按面積比推求。由于上游桓仁電站庫(kù)容較大，對(duì)洪水起一定的調(diào)蓄控制作用，故區(qū)間洪水對(duì)下游梯級(jí)起主要作用。太平哨水電站設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成曾用典型年法和頻率組合法（以回龍山為控制）推求組合洪水進(jìn)行比較,兩種方法計(jì)算成果相近,故采用典型年法成果,即桓仁，桓—回，回—太區(qū)間設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，系以回龍山三日洪量為控制，按典型年分配，同倍比放大各控制點(diǎn)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。太平哨水庫(kù)入庫(kù)洪水系將桓仁入庫(kù)洪水，經(jīng)桓仁調(diào)節(jié)后，如桓—回區(qū)間而得回龍山水庫(kù)入庫(kù)洪水，在經(jīng)回龍山水庫(kù)調(diào)節(jié)后，加回—太區(qū)間而得太平哨入庫(kù)洪水，詳見(jiàn)表6。太平哨水庫(kù)入庫(kù)洪水成果表 表6流量：秒立米 單位水位：米 12桓仁入流量出流量庫(kù)水位298001850023200146001850011200165009470144008780回龍山入流量出流量庫(kù)水位16900168001200012000110001100095009500回—太區(qū)間洪峰流量3170253022601970太平哨入庫(kù)流量1750014000.124001080051020桓仁入流量出流量庫(kù)水位89907750802068806550583049604120回龍山入流量出流量庫(kù)水位92909250750075006550610045004500回—太區(qū)間洪峰流量1610902835557太平哨入庫(kù)流量9820807069504980、動(dòng)能及水庫(kù) 電站任務(wù)太平哨水電站位于渾江干流，是桓仁、回龍山的下一級(jí)，本工程開發(fā)主要目的是發(fā)電。由于本電站承接上游桓仁等梯級(jí)水庫(kù)對(duì)渾江豐富水量的調(diào)節(jié)，故能以較少庫(kù)容獲得較好的能量指標(biāo)。電站建成后以下沿江無(wú)較大城鎮(zhèn)與工礦企業(yè)，對(duì)水庫(kù)無(wú)防洪要求。庫(kù)下寬甸縣太平哨公社有5000畝耕地需灌溉，在水庫(kù)水量平衡中可按1秒立方米考慮。渾江自然落差較大，水量豐富，在太平哨水庫(kù)回水范圍內(nèi)多為崇山峻嶺，淹沒(méi)耕地、村屯較少。庫(kù)區(qū)老營(yíng)溝附近雖發(fā)現(xiàn)有鉛鋅礦，但據(jù)遼寧省地質(zhì)局調(diào)查，該礦儲(chǔ)量有限，規(guī)模不夠，未能納入國(guó)家開采計(jì)劃，僅有生產(chǎn)隊(duì)組織開采。由于桓仁水庫(kù)的修建，極大的改變了渾江的徑流在年內(nèi)分布的不均勻性，彌補(bǔ)了太平哨水庫(kù)的庫(kù)容小，調(diào)節(jié)性能差的缺陷。太平哨電站應(yīng)盡可能的利用河段自然落差，因而，從與其上級(jí)回龍電站尾水位銜接角度的分析。水庫(kù)死水位則應(yīng)結(jié)合輸水建筑物的布置分析確定。（死水位190米，設(shè)計(jì)洪水位(P=1%)，Q=12400m3/s,校核洪水位（P= %）=17500m3/s）。根據(jù)本工程的條件，應(yīng)采用Ⅱ級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即水利樞紐永久性建筑物按百年一遇洪水設(shè)計(jì)，千年一遇洪水校核?？紤]到上一級(jí)回龍地下電站交通洞的高程。東北地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不斷提高，現(xiàn)有電源特別是水電遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)負(fù)荷增長(zhǎng)的需要。經(jīng)與東北電力局研究認(rèn)為，太平哨水電站將在負(fù)荷曲線的尖峰位置上工作，并應(yīng)適當(dāng)擔(dān)任一部分備用容量，為此，本電站的利用小時(shí)數(shù)不宜過(guò)高，可控制在2500小時(shí)左右或更低些，可結(jié)合機(jī)組選擇合理確定。（最后確定太平哨水電站的裝機(jī)容量N為16萬(wàn)千瓦，，年利用小時(shí)數(shù)2680小時(shí)。特征水頭：，，發(fā)電機(jī)效率98%。）考慮到施工技術(shù)條件，引水洞洞徑不宜超過(guò)12米，否則的話，可考慮采用兩條引水隧洞的方案，應(yīng)結(jié)合機(jī)組數(shù)的選擇合理確定。附圖11：渾江下游梯級(jí)開發(fā)示意圖附圖12：太平哨水庫(kù)容積、面積曲線附圖13：太平哨壩下H—Q關(guān)系曲線附圖14：太平哨水電站尾水H—Q關(guān)系曲線附圖15：HL24046轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線附圖16：ZZ44046轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線附圖17： 壩址區(qū)地形圖附圖18：引水道沿線地形、地質(zhì)圖附圖11：渾江下游梯級(jí)開發(fā)示意圖附圖12：太平哨水庫(kù)容積、面積曲線 附圖13：太平哨壩下H—Q關(guān)系曲線 附圖14：太平哨水電站尾水H—Q關(guān)系曲線 第 23 頁(yè) 共 92 頁(yè) 機(jī)組臺(tái)數(shù)與單機(jī)容量的選擇 機(jī)組臺(tái)數(shù)選擇水電站總裝機(jī)容量等于機(jī)組臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量的成積，在總裝機(jī)容量確定的情況下可以擬訂出不同的機(jī)組臺(tái)數(shù)方案，當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)不同時(shí)，則當(dāng)單機(jī)容量不同，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速也就不同。有時(shí)甚至水輪機(jī)的型號(hào)也回改變，從而影響水電站的工程投資、運(yùn)行效率、運(yùn)行條件以及產(chǎn)品供應(yīng)。因此，在選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)從下列幾方面綜合考慮：1） 臺(tái)數(shù)與機(jī)電設(shè)備的關(guān)系機(jī)組臺(tái)數(shù)增多，單機(jī)容量減少，尺寸減小，制造及運(yùn)輸較易，這對(duì)制造能力和運(yùn)輸條件較差的地區(qū)有利的，但實(shí)際上說(shuō)，用小機(jī)組時(shí)單位千瓦消耗的材料多，制造工作量大，所以最好選用較大容量的機(jī)組。2）機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站投資的關(guān)系當(dāng)選用機(jī)組臺(tái)數(shù)較多時(shí)，不僅機(jī)組本身單位千瓦的造價(jià)多，而且相應(yīng)的閥門、管道、調(diào)速設(shè)備、輔助設(shè)備、電氣設(shè)備的套數(shù)增加，電氣結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，廠房平面尺寸增加，機(jī)組安裝，維護(hù)的工作量增加，因而水電站單位千瓦的投資將隨臺(tái)數(shù)的增加而增加，但采用小機(jī)組時(shí)，廠房的起重能力、安裝場(chǎng)地、機(jī)坑開挖量都可以縮減，因而有減小一些水電站的投資，在大多數(shù)情況下，機(jī)組臺(tái)數(shù)增多將增大投資。3）機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行的關(guān)系當(dāng)水電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任基荷工作時(shí)，引用流量較固定，選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)較少，可使水輪機(jī)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)以最大工況運(yùn)行，使水電站保持較高的平均效率，當(dāng)水電站擔(dān)任系統(tǒng)尖峰負(fù)荷時(shí)，由于負(fù)荷經(jīng)常變化，而且幅度較大，為使每臺(tái)機(jī)組都可以高效率工作，需要更多的機(jī)組臺(tái)數(shù)。4） 組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行維護(hù)的關(guān)系當(dāng)機(jī)組的臺(tái)數(shù)過(guò)多時(shí)，水電站的進(jìn)行方式激動(dòng)靈活、易于調(diào)度、每臺(tái)機(jī)組的事故影響較小，檢修工作也比較容易安排，但運(yùn)行檢修、維護(hù)工作量及年運(yùn)行費(fèi)用和事故率將隨機(jī)組臺(tái)的增多而增加，因此機(jī)組的臺(tái)數(shù)不宜過(guò)多。上述各種因素是相互聯(lián)系而又相互對(duì)立的，不可能同時(shí)一一滿足，為了制造安裝運(yùn)行，維護(hù)及設(shè)備供應(yīng)的方便，在一個(gè)水電站內(nèi)應(yīng)盡可能選擇相同型號(hào)的機(jī)組，大中型水電站機(jī)組常采用擴(kuò)大單元信線，為了使電器主結(jié)線對(duì)稱。大多數(shù)情況下機(jī)組臺(tái)數(shù)用偶數(shù)，本設(shè)計(jì)引水式水電站的總裝機(jī)容量為16萬(wàn) 千瓦，屬中型水電站，我國(guó)的建成的中型水電站一般采用4—6臺(tái)機(jī)組，由于上述各種因素，本設(shè)計(jì)選用4臺(tái)機(jī)組。單機(jī)容量N=16萬(wàn)247。4=4萬(wàn)KW（。）水輪機(jī)額定出力N?=N247。98﹪=40000247。98﹪= 水輪機(jī)型號(hào)及裝置方式的選擇水輪機(jī)型號(hào)的選擇中起主要作用的是水頭,～～40,HL24型適應(yīng)水頭25～45兩種型號(hào)均適用。將兩種機(jī)型作為初選方案計(jì)算其參數(shù)作分析比較確定一種作為最終方案 裝置方式的選擇在大中型水電站中,其水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組尺寸一般較大,安裝高程也較低,因此七裝置方式多采用立軸式。它可使發(fā)電機(jī)的安裝高程較高不易受潮,機(jī)組的傳動(dòng)效率較高而且水電站廠房的面積較小,因此本設(shè)計(jì)采用立軸式裝置。 水輪機(jī)參數(shù)計(jì)算 HL240型水輪機(jī)方案主要參數(shù)選擇1）轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算查表3—6和圖3—12得HL240型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量=，效率=%，由此可以初步假定原水輪機(jī)的單位流量==, 效率=92%.式中：——水輪機(jī)標(biāo)稱直徑——水輪機(jī)單位流量 查得=1240L/s=——設(shè)計(jì)水頭 ——水輪機(jī)額定出力 代入式中得采用與其相近的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)輪直徑=2）轉(zhuǎn)速計(jì)算= r/min式中 ——單位轉(zhuǎn)速采用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 r/minH——D1——采用選用的標(biāo)準(zhǔn)直徑D1=采用與其接近的同步轉(zhuǎn)速n= r/min3）效率及單位參數(shù)修正查表3—6可得HL240型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的模型最高效率=%,模型轉(zhuǎn)輪直徑D=,由公式：=1(1) =1()=%則 ==%92%=%考慮模型與原型水輪機(jī)的質(zhì)量差異,常在減去一個(gè)修正=%,=%=+=92%+%=%=+=%+%=% (與假設(shè)基本相同)因?yàn)? = 1=%3%所以，不需要修正。則原假定的 n= r/min, Q1′= m3/s, D1=。4）出力校核設(shè)計(jì)流量由水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線查得M=修正得水輪機(jī)效率=+=NT==41771大于40816滿足要求5）運(yùn)行范圍校核在選定=, = r/min后,水輪機(jī)的及特征水頭相對(duì)應(yīng)的可以計(jì)算出來(lái).= == m3/s水輪機(jī)的最大引用流量為各個(gè)特征水頭相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速列表比較如表21所示，由計(jì)算值繪運(yùn)行范圍圖，從模型綜合特性曲線上看出基本包括了高效率區(qū)。表21項(xiàng)目水頭單位轉(zhuǎn)速73單位流量6）吸出高程的計(jì)算式中：————?dú)馕g系數(shù)H——水頭表22 HL240型水輪機(jī)吸出高度計(jì)算見(jiàn)表項(xiàng)目最小水頭設(shè)計(jì)水頭最小水頭水頭單位轉(zhuǎn)速73氣蝕系數(shù)修正值吸出高度Hs采用最小值作為其吸出高度Hs=7）安裝高程的計(jì)算HL240型水輪機(jī)的安裝高程的計(jì)算=+=式中：導(dǎo)葉相對(duì)高度b0/D1=為吸出高度 ZZ440型水輪機(jī)方案主要參數(shù)選擇ZZ440型適用水頭范圍25～45,其模型參數(shù)如表23表23葉片數(shù)m0導(dǎo)葉相對(duì)高度b0/D1’最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速（r/min）限制工況單位流量（m3/s）氣蝕系數(shù)模型直徑D1m（m）實(shí)驗(yàn)水頭Hm （m）61151）轉(zhuǎn)輪直徑D1的計(jì)算由上表查得ZZ440型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量′=,同時(shí)該工況的氣蝕系數(shù)=,[]=4時(shí)其相應(yīng)的氣蝕系數(shù)：==式中為氣蝕系數(shù)修正值，由圖226查得=。在滿足4m吸出高度的前提下,從圖可查知(=115 r/min, =′=1000 L/s, M=%,%.D1==選用與之接近的標(biāo)準(zhǔn)直徑D1=2） 轉(zhuǎn)速：式中 ：n1’——單位轉(zhuǎn)速，采用n1’=’= r/minH——水頭采用H=Hp=n= (r/min)=采用與其接近的同步轉(zhuǎn)速n= r/min 磁極對(duì)數(shù) p=183）效率及單位參數(shù)的修正軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的原型最高效率采用效率修正值，對(duì)不同裝置角計(jì)算結(jié)果列表如表24葉片轉(zhuǎn)角10176。5176。0176。5176。10176。15176。8886表24 ZZ440型水輪機(jī)效率修正值計(jì)算表 由于最優(yōu)工況接近于=0176。=%作為修正值則原型的最高效率 =+=89%+%=%已知在吸出高程為4m,限制工況點(diǎn)(=115r/min, Q1′=1000L/s)處的模型效率=%而該工況在5176。— 10176。之間，用內(nèi)差法可求得=%.由此可得該工況點(diǎn)的原型水輪機(jī)效率為=%+%=% （與上假定相近）因?yàn)?=%3%=, n=4）工作范圍校核D1=, n=== m3/s水輪機(jī)的最大引用流量為 m3/s各個(gè)特征水頭相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速：在HL240型水輪機(jī)模型綜合特性曲線圖上分別繪出，的直線，可看出，包括了高效率區(qū)。5）吸出高度及安裝高程的計(jì)算由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)(= r/min, =10321 L/s,) 在圖3—25可查得相應(yīng)的氣蝕系數(shù)為=，并可以從圖2—26查得氣蝕修正值=則： =(+)=由此可見(jiàn)ZZ440型水輪機(jī)的方案的吸出高程滿足水電站的要求。6）安裝高程的計(jì)算ZZ440型水輪機(jī)安裝高程的計(jì)算ZA=ZDmin+Hs+xD1=+=始終x為高度系數(shù)從《水電站》 HL240型水輪機(jī)及ZZ44型水輪機(jī)兩種方案的比較表2－5 水輪機(jī)方案參數(shù)對(duì)照表序號(hào)項(xiàng)目HL240ZZ4401模型水輪機(jī)參數(shù)推薦使用的水頭范圍25～4520～362最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速721153最優(yōu)單位流量11008004限制工況單位流量124016505最高效率92896氣蝕系數(shù)7 原型水輪機(jī)參數(shù)工作水頭范圍～～8轉(zhuǎn)輪直徑9轉(zhuǎn)速10最高效率11額定出力408164081612最大引用