水力发电 第３６卷第７期 ２０１０年７月 天堂抽水蓄能电站的设计特点 张永涛 （中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，湖南长沙４１００１４） 摘要：天堂抽水蓄能电站为湖北省乃至华中地区第一座抽水蓄能电站，电站上下库均利用已建水库，工程总体布 置能够因地制宜地开展，并优化了原有水库参数和运行方式，从而增加了调峰容量和效益；在深入研究水道系统调 节保证的基础上取消了调压井；调整了尾水检修门位置，方便了拦污栅的检修；充分利用围岩承载，减小了衬砌厚 度；从而增加了调峰容量和效益，最大限度地节省了投资、缩短了工期。 关键词：设计特点；工程布置；天堂抽水蓄能电站 Ｆｅａｔｕｒｅｓ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｔｉａｎｔａｎｇ Ｐｕｍｐｅｄ－ｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｚｈａｎｇ Ｙｏｎｇｔａｏ （ＨｙｄｒｏＣｈｉｎａ Ｚｈｏｎｇｎａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｈｕｎａｎ ４１００１４） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｉａｎｔａｎｇ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｐｒ￣ｅｃｔ ｉｓ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｐｕｍｐｅｄ－ｓｔｏｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｕｔｉｌｉｚｅｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ａｓ ｕｐｐｅｒ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ Ｆｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｍｏｄｅ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｌ￣ｓｅ／＇ｖｏｉｌｓ ｗｅｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｐｅａｋｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅ ｓｕｒｇｅ ｔａｎｋ ｗａｓ ｃａｎｃｅｌｌｅｄ，ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔａｉｌ ｗａｔｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｇａｔｅ ｗａｓ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｔｏ ｆａｃｉｌｉｔａｔｅ ｔｈｅ ｏｖｅｒｈａｕｌ ｏｆ ｔｒａｓｈ ｒａｃｋ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｓｕｐｐｏｒｔ ｃａｐａｃｉｔｙ ｗａｓ ｔａｋｅ ｆｕｌｌ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｈｔｉｃｋｎｅｓｓ．Ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｉｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｓｈｏｒｔｅｎｅｄ ａｆｔｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｄｅｓｉｇｎ ｆｅａｔｕｒｅ；ｐｒｏｊｅｅｔ ｌａｙｏｕｔ；Ｔｉａｎｔａｎｇ Ｐｕｍｐｅｄ—ｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ 中图分类号：ＴＶ７４３（２６３） 文献标识码：Ｂ 文章编号：０５５９—９３４２（２０１０）０７－００５８－０２ １工程概况 洪标准为１００年一遇洪水设计，１ ０００年一遇洪水校 核。１９６９年１１月工程竣工后，于１９８６年～１９８９年 天堂抽水蓄能电站位于湖北省罗田县境内的天 按５００年一遇设计、２ ０００年一遇校核的防洪标准对 堂河上游，电站装机容量２ｘ３５ ＭＷ，在湖北电力系 整个工程进行了整修扩建。整修扩建工程于１９９０年 统中主要担负调峰填谷任务，同时具有调相和事故 ５月通过验收。 备用功能。电站于１９９８年６月开工建设，２台机组 ２－２ 下水库 分别于２０００年１２月和２００１年２月投入运行。 天堂抽水蓄能电站下库为天堂二级电站水库， 天堂抽水蓄能电站工程区地层主要为太古代大 枢纽工程包括拦河大坝、电站厂房等建筑物。二级 别群河铺组第３段，岩性以片麻岩为主，有少量燕 电站水库总库容１ ０８３万ｍ。，水库防洪标准为１００ 山期辉绿岩脉和二长花岗岩分布。引水隧洞进口段 年一遇洪水设计．１ ０００年一遇洪水校核。 岩体风化较强烈，节理发育，完整性较差。闸门竖 二级水库大坝于１９７７年１１月完成溢流堰堰顶 井后隧洞位于微风化至新鲜岩体中，岩石坚硬，同 以下坝体施工，１９９７年至１９９８年按原设计完成坝 岩主要为Ⅱ类，稳定性较好。地面厂房基础置于微风 上闸墩、闸门及启闭设备的施工与安装，并于２０００ 化至新鲜岩体上，岩体完整，强度高，稳定性较好。 年初通过竣工验收。 ２工程布置 ２．３引水发电系统 上库竖井式进（出）水口布置在一级电站水库拦 ２．１ 上水库 天堂抽水蓄能电站上库为天堂河梯级开发的一 收稿日期：２０１０—０５—２１ 级电站水库，是以发电、防洪为主，兼顾养殖的大 作者简介：张永涛（１９７２一），男，陕西蓝田人，教授级高工，从 型水库，总库容１．６２亿ｍ。，属二等工程。工程原防 事水下没计工作． 圈Ｗａｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｖｏ１．３６．Ｎｏ．７ ７口Ｊｕ口７口， Ｊ ，Ｊ＼，呵－／＼王】Ｉ．ＵＪＪ＼田 匕弋 ‘Ｕｕ，２１ Ｌ｜ｘ Ｉ １ 弋 ，河大坝和泄洪隧洞之间，进（出）水口设拦污栅、防 涡梁和事故（检修）门，拦污栅孔口５．５ ｍｘ１３．５ ｍ （宽Ｘ高），共３孔，底坎高程２７０．５０ ｍ。栅前明渠 底宽２５ ｍ，明渠前缘设拦沙坎．坎顶高程２７８．５０ ｍ。闸门竖井布置在山体内，平面尺寸５．６ ｍｘ６．６ ｍ，井内布置事故门槽和检修门槽。 引（出）水隧洞布置在条形山梁下，采用１洞２ 机的供水方式，隧洞主洞洞径８．５ ｍ，支洞洞径为 ６．０－４．６ ｍ。 厂房沿一级电站尾水右岸布置，距一级电站约 ４００ ｍ，主厂房长６６．０８ ｍ、宽２３．４ ｍ、高４４．６ ｍ。 厂内安装２台单机容量为３５ ＭＷ的水泵水轮发电电 动机组。机组安装高程２３５．Ｏ０ ｍ，发电机层地面高 程２４４．６０ ｍ。主厂房下游侧布置副厂房和中控楼： 开关站布置在厂房下游侧；副厂房及新建进厂公路 靠下库一侧设有防洪墙。 厂房尾水管轴线与厂房纵轴线夹角为６０。．考 虑到双向水流条件并根据国内外同类工程经验．将 尾水管适当延长。下库出（进）ｚｋ口各设４孑Ｌ检修门、 拦污栅，出（进）水口底板高程２２６．５０ ｍ，孔口尺寸分 别为６．１ ｍｘ８．９ ｍ，６．１ ｍｘ８．２ ｍ（宽×高）。 ３主要设计特点 ３．１ 优化原有水库参数和运行方式。增加调峰容量 和效益 天堂河已建５级电站，总装机２６．６５ ＭＷ，一级 电站水库为龙头水库，总库容１．６２亿ｍ ，具有多年 调节能力．二至五级电站水库均只具有Ｅｔ调节能力。 在一、二级水库间增加抽水蓄能电站，优化电 站群的调度后．已有梯级电站总发电量由９ ３００万 ｋＷ・ｈ增加为９ ６００万ｋＷ・ｈ，增幅约３．２％。 天堂一、二级电站水库的原特征水位均是按照 梯级电站开发、水位相互衔接进行设置的，增加抽 水蓄能电站后．其特征水位需同时兼顾蓄能电站的 运行水头要求。按原一、二级电站水库的特征水位， 天堂抽水蓄能电站最低发电毛水头３０ ｍ，最高发电 毛水头５２ ｍ，水位变幅达７３％，电站在此种水头变 幅运行时极不稳定，效率较低，故综合考虑水库原 有的开发任务，适当调整一、二级电站水库的特征 水位是必然的。经年费用效益分析，一级电站水库 死水位由２７８．Ｏ０ ｍ抬高至２９０．Ｏ０ ｍ，二级电站水库 死水位由２４５．Ｏ０ ｍ下调至２４４．Ｏ０ ｒｎ．系统年费用分 别降低８２８万元和１８４万元，效益较为明显。 增加蓄能电站后，由于蓄能机组发电效率比原 老机组高．原一级电站日发电水量５２万ｍ 中有３９ 万ｍ 可通过蓄能机组发电下泄。由于蓄能机组单机 引用流量大，同样的水量由蓄能机组发电，发电时 间减小为５ ｈ左右，发量容量大为增加，即增加了 系统的调峰容量。考虑蓄能电站发电效率高的因素． 同样的水量由常规老机组发电改由蓄能机组发电， 年平均发电量增加约８０万ｋＷ・ｈ ３．２深入研究水道系统调节保证。取消调压井 根据现行规范规定，压力水道中水流惯性时间 常数 小于２～４ ｓ可不设调压室， 因电站在电力 系统中的作用而异：当水电站作孤立运行或机组容 量在电力系统中所占的比重超过５０％时宜用小值；当 比重小于１０％～２０％时，可取大值。天堂抽水蓄能电 站设计水头４３ ｍ，水道水流惯性时间常数为３．３ ｓ： 天堂抽水蓄能电站装机７０ ＭＷ，只约占湖北电力系 统的８％左右，有不设置调压井的条件：另外．根 据工程总体布置和地质条件初步估算，设置调压井 增加工程投资约占工程总投资的１０％左右，故是否 设置调压井，对工程影响较大。 综合考虑上述因素后，对电站的调节保证和小 波动稳定进行了深入研究。按照选定机型的转轮特 性进行的仿真计算结果表明，在不设置调 Ｊｆ：的情 况下，电站所有调节保证参数均符合规范要求 ３．３调整尾水检修门位置。方便拦污栅检修 根据抽水蓄能电站拦污栅特别是靠近机组的尾 水拦污栅易遭激流振动和疲劳破坏的特点，施工详 图加强了拦污栅本身的结构刚度．并采取顶紧装置 使拦污栅嵌固于栅槽内，而且在布置上也反常规地 将尾水检修闸门槽布置在拦污栅的下游，以便通过 下闸放空尾水管去检修拦污栅。 ３．４充分利用围岩承载。衬砌厚度薄 考虑到引水隧洞沿线围岩地质条件较好，参照 其他不衬砌有压隧洞的布置经验．引水隧洞和岔管 段全部采用锚杆支护，０．４、０．６ ｉｎ厚钢筋混凝土衬 砌。对于岔管段，在施工详图阶段补充了地质钻孔， 并根据调整后的地质条件，将岔管位置向山内移了 １５ １３３，以增加其上覆岩体的厚度；同时，为降低岔 管承受的外水压力，在岔管顶部山体内布置排水廊 道和排水孔，这亦可有效降低厂房后边坡岩体的地 下水位，有利于边坡稳定。 ４结语 天堂抽水蓄能电站是中南勘测设计研究院最早 设计建成的抽水蓄能电站，装机虽小。但其枢纽总 体布置充分利用了已建水库的有利地形条件．因地 制宜，运行过程中发挥了较好的作用，可供类似工 程借鉴参考。 （责任编辑 陈 萍） Ｗａｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｖｏ１．３６．Ｎｏ．７固