德拉肯斯貝赫抽水蓄能電站 |
Drakensberg Pumpedstorage Plant |
| 概述 |
| 德拉肯斯貝赫抽水蓄能電站位於南非南部德拉肯斯山脈奧利維埃肖克山口的山腳，在納塔爾省和奧蘭治自由邦的交界處。工程處於2個相距約4km的人工水庫之間，平均高差約446m。工程具有引水和發電雙重目的，即：① 作為抽水蓄能設施運行，在峰荷期間發電能力為100萬kW，在非峰荷期間則利用便宜的多餘電力抽水；② 實現圖蓋拉(Tugela)河和法爾(Vaal)河流域之間的互相調水。工程於1983年投入運行。 |
| 樞紐布置 |
| 樞紐由上水庫、下水庫，水道以及地下洞室等幾部分組成。 2.1 上水庫(德賴克羅夫水庫) 由德賴克羅夫(Drekloof)堆石壩形成，該壩修建在斯泰克方丹(Sterkfontein)壩形成的大水庫的一個水彎處。這種布置頗具特色。斯泰克方丹水庫的滿庫水位是1702m，比德賴克羅夫水庫的滿庫水位高2m。因此，約有12%的時間，德賴克羅夫壩上溢洪道頂部位於水下，斯泰克方丹水庫的頂層2m就用作抽水蓄能電站的上水庫。當斯泰克方丹水庫水位太低而不能向抽水蓄能電站供水時，德賴克羅夫壩就形成一個獨立的上水庫滿足電站的周調節運行。2個水庫之間的水通過位於德賴克羅夫壩中部的溢洪道輸送。 德賴克羅夫堆石壩最大壩高46.6m，壩頂長度500.0m，壩頂高程1702.44m，壩體方量84.3萬m3。滿庫水位1700.0m，滿庫庫容3564萬m3；4台機組發電時最低泄降水位1680.0m，死庫容815萬m3；有效庫容2749萬m3。 溢洪道頂部高程1700.0m，流量是：由德賴克羅夫到斯泰克方丹為250m3/s；由斯泰克方丹到德賴克羅夫為320m3/s。 2.2 下水庫(基爾本水庫) 位於圖蓋拉河的主要支流之一-姆拉納尼(Mnjaneni)河上基爾本農場處。基爾本(Kilburn)大壩為土壩，最大壩高51.0m，壩頂長度825.0m，壩頂高程1259.0m，壩體方量290萬m3。滿庫水位1256.0m，滿庫庫容3621萬m3；4台機組發電時最低泄降水位1235.0m，死庫容680萬m3，有效庫容2941萬m3。電站能在發電工況時負荷係數30%的條件下作周調節運行。溢洪道是有陡槽段的側槽式溢洪道，頂部高程1256.0m，泄量為320m3/s。 2.3 輸水系統 是一個從進水口攔污柵到尾水攔污柵、水平距離約4.5km的地下系統，由隧洞、豎井和壓力管道組成。 引水系統：通過2根管道將水從上水庫輸送到地下廠房內的4台可逆式水輪機，在靠近地下洞室處每根管道分為向2台機組供水的岔管。從上水庫到水輪機的水道由進水口建築物、2條上游隧洞、2口具有調壓井的壓力豎井、2條壓力隧洞和2根壓力鋼管組成。 進水口建築物是2座高46m高的塔，2塔共用1個平台和1座設計承載30t的交通橋。塔的底部裝有2道閘門，1道為滑動式疊梁維修閘門，孔口尺寸為高7.3m、寬5.88m，另1道為定輪事故閘門，孔口尺寸為高6.95m、寬5.34m。2個進水口各有1個單獨的喇叭口和攔污柵。 上游隧洞為馬蹄形斷面，最大流量時流速為5.5m/s，沿攔污柵至與壓力豎井相交處，1、2號和3、4號隧洞中心線的總長度分別為1539.6m和1534.65m。 壓力豎井斷面為圓形，直徑5.5m，最大流速為6.6m/s，豎井高275.0m。連線井的位置和直徑均與壓力豎井相同，從高程1558.3m的上游隧洞同壓力豎井相交處，向上延伸至調壓井的底部。 兩口調壓井內徑均為14.0m，從底高程1643.0m到頂高程1731.8m，總高度88.8m。調壓井為簡單式，容積可適應最不利的運行條件，在4台機組同時運行條件下，上、下水位波動至少留有2m的安全余幅。 壓力隧洞連線壓力豎井和壓力鋼管，朝水輪機方向有1/10坡度，隧洞斷面為圓形，直徑5.5m。通過豎向彎道連線壓力豎井，彎道轉彎半徑為隧洞直徑的4倍。從上游隧洞末端至壓力鋼管漸變段始端，隧洞中心線長度為：1、2號1092.63m，3、4號1117.98m。 壓力鋼管起始漸變段長6m，直徑由5.5m減小到4.8m，最大流速從6.6m/s增至8.6m/s，從漸變段末端到分岔點，鋼管中心線長度為：1、2號411.34m，3、4號382.02m。在分岔點，鋼管分成2條直徑3.4m的支管，每條支管連線1台機組，從分岔點到長9.5m的漸變段的始端，每條支管長43.57m。通過漸變段後，支管直徑由3.4m減至2.25m，最大流速從8.6m/s增大到19.6m/s，從漸變段末端到機組中心線，支管中心線長度為53.57m(包括球形閥)。 尾水系統：從可逆式水輪機至下水庫，尾水系統包括下面幾個主要部分：4條尾水管隧洞，2個調壓室，2條尾水支洞，1條尾水隧洞以及尾水出口建築物等。 尾水管隧洞內徑為4.5m，從尾水管理論末端到調壓室止水面處，隧洞長度為112.3m。每對隧洞幾何尺寸相同，對稱布置，隧洞採用混凝土襯砌。從尾水管末端高程1160.55m升高到調壓室底部高程1208.0m。每條隧洞通向調壓室的進口均為一寬3.5m、高4.5m的孔口，設定輪閘門。 調壓室位於每對尾水管隧洞匯合處。2個調壓室尺寸相同，直徑16m，從底部高程1208.0m至閘門啟閉機底板高程1289.8m止，高81.8m。為了在最不利條件下限制涌浪，在稍高於調壓室底板的位置上，用一個有效容積約5000m3的調壓洞連線2個調壓室，調壓室與調壓洞的總容積足以適應4台機組全部運行的最不利條件，上下水位波動留有至少2m的安全余幅。 尾水支洞將調壓室連線到1個尾水隧洞上。從調壓室邊牆到岔點，2條支洞長度均為129.8m。支洞為馬蹄形斷面，面積與直徑6m的圓面積相當。 尾水隧洞也是馬蹄形斷面，相當於直徑8.5m的圓形洞。從岔點到攔污柵，隧洞全長1424.6m。2條支洞與隧洞中的最大流速均不超過5.5m/s。 尾水出口建築物為一單體式喇叭口結構，從尾水隧洞出口伸出，周圍加以回填。 2.4 地下洞室 地下洞室系統包括3個主要洞室，即主機洞、閥門室、變壓器室。在這些洞室內安裝有可逆式水輪機、發電-電動機和全部的輔助機電設備。 主機洞洞頂在地表以下146.0m，洞室長168.3m、寬15.5m、高45m，設2個運行層，即高程1184.0m的發電/電動機層和高程1177.5m的水泵/水輪機層。 洞室內安裝有4台25萬kW的可逆混流式水泵-水輪機組，最大靜水頭467m，最小靜水頭424m。發電最大引用流量312m3/s，抽水最大引流量218.2m3/s，連續最大輸出功率100萬kW，短期最大輸出(30分)可達108萬kW，發電-電動機是立式可逆傘式同步電機，發電機工況下，額定出力為281.5(功率因數為0.9)；電動機工況下，功率為280MVA(功率因數為0.98)；在同步調相工況下，功率為185MVA(功率因數為0)。電機的主要技術參數如下：額定電壓11kV、交流電頻率50Hz，額定轉速375r/min，飛逸轉速600r/min。 閥門室位於主廠房上游42.5m(中心線距離)處，並與之平行。主底板高程與廠房發電機層相同，即1184.0m。閥門室長152.1m、寬7.5m，從底板高程至拱頂高度為12.8m。 變壓器室與主廠房平行，位於其下游45m(中心線距離)處。變壓器室主底板高程也為1184.0m，洞室長176.6m、寬12m、高11.3m。主變壓器共4台，單機容量280MVA，電壓400/11kV，在30min內允許過載300MVA。 主交通隧洞與00m、高7.0m、寬7.5m，洞中底板最陡坡度不超過1/10。 |
| 工程施工 |
| 地下土石方開挖量為50萬m3，地下混凝土澆築25萬m3。地下開挖採用切削式開挖方法，噴混凝土支護(噴層厚5cm)，並安裝錨桿。 工程特點是上、下水庫的庫容很大，能使電站在周負荷係數達30%的發電工況下運行，這意味著，電站作周調節運行時，從周一至周五的5個工作日內，白天約有10h以發電機工況運轉，滿負荷出力100萬kW，夜晚則有11.5h以電動機工況運轉；每晝夜其餘2.5h，各機組處於調相工況，在2個體息日裡，電站僅在電動機工況下連續運轉34.5h，以便上水庫充水。 |
