宜兴抽水蓄能电站设计特点
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第 11 卷 2011 年第 11 期 11 月中 国 水 运 Chi na W er Tr a ns por t atV . 11 ol N ovem r beN 11 o. 2011宜兴抽水蓄能电站大体积挡墙混凝土施工技术邱江云(重庆大唐国际武隆水电开发有限公司,重庆 408506) 摘 要:宜兴抽水蓄能电站大体积挡墙混凝土工 程采用了定点式罗泰克、行走式罗泰克、皮带机分料小车、汽车泵送混凝土等多种方式进行大体积混凝土浇筑,混凝土施 工速度快,并且通过采取夏季和冬季温控措施,混凝土温控 防裂效果显著,其施工技术和经验值得同类大体积混凝土工程施工借鉴。
关键词:大体积混凝土;施工;温控 中图分类号:TV 52 一、工程概况 宜兴抽水蓄能 电站位于江苏宜兴市境内 的铜官山,距宜 兴市约 1 0 km ,是一座日调节纯抽水蓄能电站,共安装 4 台 2 50 MW 的发电 机组 。
主 坝下游 挡墙 位于 主坝轴 线下 游约 1 35 m 处,全长 3 4 5.5 m ,结构形式为 C 20 混凝土衡重式挡墙。
挡墙共分为 1 8 个坝段,每个坝段宽约 2 0 m ,挡墙的最文献标识码:A文章编号:1006- 7973(2011)11- 0193- 02 1.施工分层 主坝混凝土挡墙按设计分缝共分 18 段,单块长度最大 2 2m (位于 2 坝段最大宽度 35 .5m ) ,采取分层浇筑。
在基 础约束 区,混凝土浇筑分层厚度为 1 .5 m ,脱离约束区后, 浇筑分层厚度为 3 m 。
挡墙混凝土共划分为 21 块、 6 仓次。
26其中,挡墙混凝土塞共划分为 3 块, 2 仓。
~9 段共划分为 1 1大高度 51 .9m ,墙顶高程 38 1.9 0m ,顶宽 4.0 m ,断面最 大宽度 3 5.5 m ,墙底最低高程为 3 30 .0m 。
挡墙上游面坡度 1 :0.1 (衡重平台以上) ,下游面坡度 1 :0 .2 。
典型抽水蓄能电站特点及主要建筑物布置抽水蓄能电站的原理,是利用电力负荷低谷时的电能、将水从下水库抽至上水库,在电力负荷高峰期、再从上水库放水至下水库发电。
为完成抽水、发电过程,典型抽水蓄能电站的主要建筑物一般包括上水库、下水库、输水系统、电站厂房、变电站/出线场及其他附属工程等。
本文结合常见的电站类型、主要特点、主要建筑物形式,对抽水蓄能电站主要建筑的组成进行阐述。
典型抽水蓄能电站主要建筑物示意图一、抽水蓄能电站的类型通常抽水蓄能电站按照开发方式划分为两种类型,一种是纯抽水蓄能电站,另外一种是混合式抽水蓄能电站。
在我国目前所建设的抽水蓄能电站中,大多数为纯抽水蓄能电站类型。
(一)纯抽水蓄能电站当上水库没有天然径流或者天然径流量较小,抽水蓄能电站运行所需要的水量、来自于上/下水库间彼此循环时,则此电站为纯抽水蓄能电站。
纯抽水蓄能电站主要利用上/下水库之间的自然高差设置输水系统来获得水头,水头多为200m到800m之间,因其库容满足装机规模最小需求即可,通常库容较小,故对电站选址约束较小。
纯抽水蓄能电站的上/下水库型式多样,可利用山区、江河、湖泊或已建水库修建,厂房多采用地下厂房形式,此类电站如广州、十三陵、天荒坪、泰安、西龙池、张河湾、呼和浩特等抽水蓄能电站。
纯抽水蓄能电站示意图值得说明的是,由于纯抽水蓄能电站在站址选择上具有较大自由,故此类电站常会选择在电源点或负荷中心处附近建设,以减少在送、受电时相关电能损失。
(二)混合式抽水蓄能电站当上水库天然径流较大,为了利用此部分天然径流,既安装了抽水蓄能机组、也安装了部分常规水电机组,则此电站就为混合式抽水蓄能电站。
混合式抽水蓄能电站一般上水库有较大天然入库径流,通常为结合常规水电站新建、改建或扩建,加装抽水蓄能机组而成。
此类电站的水头一般不高,大多在几十米到100多米之间。
引水发电系统可以与常规电站厂房一起布置,也可以分开布置。
混合式抽水蓄能电站示意图混合式抽水蓄能电站的例子有岗南、潘家口、响洪甸、白山等水电站,纵观这些电站的共同点可以发现,此类电站上水库都是大中型综合利用水库,其蓄能电站常为结合常规水电站新建、改建或扩建,加装抽水蓄能机组而成。
宜兴抽水蓄能电站上水库主坝下游堆石区设计优化肖贡元【摘要】针对宜兴抽水蓄能电站上水库主坝建在倾斜基础面上的特点,为避免下游堆石体后期沉降过大,对下游堆石区设计进行了优化.下游堆石区改为主堆石Ⅱ区,并将高程426.50m以下的贴坡堆石体设计为"增加变形模量区",其压实标准高于主堆石区;坝体下游堆石填筑施工超前于上游堆石.原型观测数据和反演分析成果表明:"增模区"变形模量显著提高,主坝变形很小;下游堆石区的优化对于减少坝体不均匀沉降、减少上游面板开裂,以及减少堆石体对下游重力挡墙的土压力起到了重要作用.【期刊名称】《水利水电科技进展》【年(卷),期】2010(030)002【总页数】5页(P49-52,57)【关键词】混凝土面板堆石坝;下游堆石区;增模区;优化设计;宜兴抽水蓄能电站【作者】肖贡元【作者单位】上海勘测设计研究院,上海,200434【正文语种】中文【中图分类】TV641.61 工程概述宜兴抽水蓄能电站位于江苏省宜兴市西南郊的铜官山区,距宜兴市区约7km,是一座日调节纯抽水蓄能电站。
电站总装机容量为1000MW,安装4台单机容量250MW的可逆式抽水蓄能机组,额定发电水头为363.0m。
电站工程于2003年8月开工,4台机组于2008年年底前全部投入商业运行。
电站枢纽由上水库、下水库、输水系统、地下厂房、开关站等组成。
上水库位于铜官山主峰东北侧,总库容530.7万m3,正常蓄水位471.50m,死水位428.60m。
上水库采用全库盆钢筋混凝土面板防渗。
上水库主坝位置是“W”形的两沟一梁地形,沟和梁均以甚陡的纵坡倾向下游,主坝建基面是陡倾向下游的斜面。
坝基岩石主要是砂岩夹粉砂质泥岩,层面产状向下游缓倾。
此外还有多条花岗斑岩脉侵入,风化很深。
地形、地质条件对大坝和库岸稳定极为不利。
受地形、地质条件的制约,上水库建设具有相当的难度。
经多方案比较后,上水库主坝采用钢筋混凝土面板堆石混合坝方案。
宜兴抽水蓄能电站江苏宜兴抽水蓄能电站位于江苏省宜兴市西南郊风景秀美的铜官山区,距宜兴市区约7km。
电站至江苏省会南京市和上海市、杭州市的公路里程分别为160、190、160 km。
已开工修建的宁杭高速公路在电站附近通过。
电站总装机容量为4250 MW,接入华东及江苏500 kV主网架,供电江苏省电网。
本电站是经普查及选点规划后筛选出的苏南地区开发条件较优的站址,电站位于江苏电网负荷中心,地理位置优越。
电站枢纽有:上水库、下水库、输水系统、地下厂房及地面开关站。
上水库位于铜官山主峰附近沟源谷地,有效库容507万m3,采用全库盆防渗。
主坝为面板堆石坝,坝顶高程474.2m,坝顶长516m,最大坝高75m。
下水库位于铜官山东北山麓,有效库容522万m3,大坝采用粘土心墙堆石坝,坝顶高程83.4m,坝顶长483m,最大坝高50.4 m。
输水隧洞两条,单长2 800m,引水道设闸门井兼调压井,尾水道设有调压室。
地下厂房洞室群位于输水系统中部,主要洞室有主副厂房、主变洞、进厂交通洞、出线洞等。
水轮机最大/最小水头为410.8m/336.4m。
本电站日发电量408.5万kW·h,平均年发电量14.91亿kW.h。
平均年抽水耗电量19.59亿kW·h,年发电利用小时1491h,年抽水利用小时1820h,综合效率76%。
兴建宜兴抽水蓄能电站是适应社会经济发展和电力结构调整的需要。
经预测2005年、2010年江苏省需电量分别为1048亿kW·h和1273亿kW·h,最高负荷为2055万kW和2550万kW,最大峰谷差将达1200万kW和1700万kW。
1999年12月中国国际工程咨询公司完成了本电站项目建议书评估报告。
2000年1月经国家有关部门审查了电站的可行性研究报告(等同原初步设计),基本同意该报告。
抽水蓄能电站工程特点1.高效性:抽水蓄能电站利用水的高度差进行能量转换,其效率可以达到80%以上,属于高效节能的电力系统。
在能量储存和释放过程中,能量的转化几乎没有能量损失。
2.大规模储能:抽水蓄能电站可以根据需求实现对大规模的能量储存。
通过多台水泵和发电机组合运行,电站可以根据电力需求灵活地进行储能和释能。
3.快速启动:抽水蓄能电站可以在几分钟内启动,并投入到电力系统中,以满足瞬时的电力需求。
相比其他储能技术如电池等,抽水蓄能电站的启动速度更快,具有更加可靠的电力调峰能力。
4.长周期运营:抽水蓄能电站的设计寿命可达数十年,运营周期长。
其运营成本相对较低,一旦建成,可以长期稳定地为电网提供清洁电力。
5.环境友好:抽水蓄能电站不消耗化石燃料,不产生二氧化碳等大气污染物,具有很低的环境污染。
同时,其在发电过程中不会产生噪音和振动,对周围环境没有影响。
6.调节电网频率:抽水蓄能电站可以在电网频率高于或低于标准值时进行储能或释能,以平衡电网的供需关系,稳定电网运行。
它可以提供从几十兆瓦到几千兆瓦的调峰能力,能够有效应对电力系统的波动负荷。
7.可持续发展:抽水蓄能电站可以与风电、太阳能等可再生能源相配合,形成可持续的能源系统。
当可再生能源的供给高于需求时,可以利用多余的电力进行储能,而在供给不足时,则可以利用储能的电力进行发电。
8.储能能量密度高:抽水蓄能电站的储能能量密度较高,因为其利用了水的重力势能。
相比其他储能技术如电池储能等,抽水蓄能电站能够储存更多的能量。
总的来说,抽水蓄能电站具有高效性、灵活性、可持续性等特点,是一种可靠的储能解决方案,可以在电力系统中起到平衡能源供需、保证电力稳定供应的重要作用。
抽水蓄能电站工程特点1.高效性:抽水蓄能电站具有高能源转换效率。
在水力发电过程中,水从高处流向低处,通过水轮机驱动发电机发电,再将电能输送到电网上。
而在贮能过程中,电网供电充电时,电能转化为机械能提升水位,贮存电能。
整个转换过程中,能源损失较小,能源转换效率较高。
2.灵活性:抽水蓄能电站具有较高的调峰能力。
电能储存于负荷低谷时段,而在电力需求高峰时释放贮备电能。
这种特点使得其能够在电网负荷波动较大的情况下灵活调节电能输出,满足电力系统的调频需求,提高电网供电可靠性。
3.储能能力强:抽水蓄能电站具有较大的储能能力。
在贮能过程中,水池的存在使得抽水蓄能电站能够贮存大量的水能,进而转换为电能。
这种有规模的贮能能力可以保障电力系统的备用能力,在电力紧缺或突发情况下能够快速提供大量的电能。
4.环保性:抽水蓄能电站具有较低的环境污染风险。
这是因为其主要能源源于自然界的水能,而不是化石能源。
同时,在贮能转换过程中,抽水蓄能电站对环境的影响也较小。
但在抽水过程中会对库区生态环境产生一定影响,因此需要进行环境影响评价和管理。
5.可持续性:抽水蓄能电站具有较强的可持续性。
其能源主要源于自然界的水循环过程,具有一定的再生能力。
此外,抽水蓄能电站还可以与其他能源装置进行配套使用,如与风电站、太阳能电站等结合,共同构建多元化的能源系统,提高能源的可持续性。
6.经济性:抽水蓄能电站在建设初期的投资较大,但随着建设规模的增大和技术的发展,其单位装机容量的建设成本逐渐降低。
加上其较高的能源转换效率和调峰能力,抽水蓄能电站具有较好的经济效益。
此外,抽水蓄能电站还可提供其它附加服务,如提供频率支撑、电力质量调节等。
7.技术成熟:抽水蓄能电站技术相对成熟,在世界范围内已有众多的成功应用案例。
这些先进的技术和丰富的经验对于推动抽水蓄能电站的建设和运营起到了积极的促进作用。
同时,随着科技和工艺的不断进步,抽水蓄能电站的性能和效率还有较大提升空间。
宜兴抽水蓄能电站设计特点陈顺义 姜长飞 时雷鸣(中国水电顾问集团华东勘测设计研究院杭州 310014)1 工程概况宜兴抽水蓄能电站位于江苏省宜兴市西南郊约10km的铜官山区,距上海、无锡、常州分别为200km、75km和71km。
电站装机容量4×250MW,电站建成后,以2回500kV出线接入岷珠变,在电网中承担调峰、填谷、调频、调相和事故备用等任务。
电站主要由上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞室群和地面开关站等组成。
上水库位于铜官山主峰东北侧,利用沟源坳地挖填形成,集水面积0.21km2。
上水库库盆采用全库盆钢筋混凝土面板防渗,主坝采用钢筋混凝土面板混合堆石坝,最大坝高75m,坝顶长494.9m,坝顶高程474.2m;副坝采用碾压混凝土重力坝,最大坝高34.9m,坝顶长216m,坝顶高程474.2m;上水库总库容535.70万m3,有效库容510.75万m3,正常蓄水位471.5m,死水位428.6m。
下水库位于铜官山东北山麓,利用原会坞水库所在冲沟,在原大坝基础上加高改建而成,集水面积 1.87km2,来水量不足,另设有下水库补水工程。
下水库大坝采用粘土心墙堆石坝,最大坝高50.4m,坝顶长483m,坝顶高程83.4m;下水库总库容577.35万m3,有效库容526.70万m3,正常蓄水位78.9m,死水位57.0m。
输水系统设置在上下水库之间的山体内,输水系统总长度(包括上、下水库进/出水口)为3082.33~3061.0m,由上游引水系统和下游尾水系统组成。
引水隧洞(包括上水库进/出水口)长1242.12~1153.47m,洞径为 6.0~2.4m,除上水库进/出水口段采用钢筋混凝土衬砌外,其余均采用钢板衬砌,引水岔管采用对称Y形月牙肋钢岔管。
尾水隧洞(包括下水库进/出水口)长1840.21~ 1907.68m,洞径为5.0~7.2m,其中机组尾水管下游至尾水闸门井中心线下游28.5m段采用钢板衬砌,其余采用钢筋混凝土衬砌,尾水岔管采用卜型钢筋混凝土岔管。
尾水调压室布置在尾水岔管下游,采用阻抗式带上室结构型式,调压室大井直径为10.0m。
地下厂房洞室群位于输水系统中部,埋深310~370m。
主副厂房洞(包括安装场)开挖尺寸为155.3m×22.0m×52.4m(长×宽×高),岩梁以上开挖跨度为23.5m;主变洞开挖尺寸为134.65m×17.5m×20.7m(27.5m)(长×宽×高);尾闸洞开挖尺寸为111.0m×8.0m×19.05m(长×宽×高)。
开关站位于地下厂房洞室北部约500m 的山坡上,建基面高程195m,开挖平面尺寸130m×37m(长×宽),500kV高压电缆通过出线斜井引至地面开关站GIS室。
2005年12月,概算重编审定的工程总投资为46.39亿元,静态总投资为39.79亿元。
宜兴抽水蓄能电站由华东勘测设计研究院(以下简称我院)和上海勘测设计研究院负责勘测设计,勘测工作由我院承担,前期设计工作由上海院承担;从招标阶段开始,由我院为设计单位牵头方,负责电站地下工程及机电工程设计;上海勘测设计研究院负责上水库和下水库及进/出水口的设计工作。
本电站主体工程于2003年7月31日正式开工,2008年4月30日1号机组投入商业运行,同年12月全部机组投入运行。
2 工程技术特点2.1 上水库上水库主坝选用钢筋混凝土面板混合堆石坝坝型,即钢筋混凝土面板坝加下游重力挡墙,挡墙最大高度45.9m,悬臂段最大高度25.0m,挡墙顶长347.75m,挡墙基础布置钢筋混凝土抗剪桩和预应力锚索;上水库主坝坝轴线下游135.5m处为混凝土衡重式重力挡墙断面,重力挡墙以上至上游坝面为混凝土面板堆石坝断面。
副坝采用碾压混凝土重力坝。
上水库采用钢筋混凝土面板全库盆防渗。
根据世界银行特咨团第三次咨询报告建议,鉴于上水库主坝下游陡倾斜坝基特殊性,设置“增模区”,对减少下游坝坡的不均匀沉降很有必要,是防止面板结构性开裂的重要措施。
在主坝填筑设计中采取了下列措施:将主堆石填筑明确分为高程426.5m以下和以上两部分,高程426.5m以下的主堆石Ⅱ区为增模区,,主坝筑坝材料全部采用库盆开挖料。
2.2 下水库下水库大坝采用粘土心墙堆石坝,平面上呈折线型,左坝头折向上游,最大坝高50.4m。
根据三维有限元应力应变分析成果,大坝粘土心墙存在拱效应。
施工过程中将粘土料含砾量放宽到平均不大于30%,个别点不大于40%。
使用砂石料加工厂生产的砂料作为粘土心墙反滤料,节省可观的工程投资。
2.3 地下厂房地下厂房围岩为中~厚层岩屑砂岩夹薄层泥质粉砂岩,节理较为发育,顶拱与边墙部位Ⅲ类围岩分别占59%与75%,其余为Ⅳ类围岩,地下水丰富,断层构造带发育,为保证地下洞室的稳定,支护设计采用了喷钢纤维混凝土、锚杆、钢筋拱肋、预应力锚索等多种支护手段,开创了国内复杂工程地质条件和水文地质条件下兴建大型地下工程的成功范例,得到世界银行特别咨询团的高度评价。
地下厂房内安装两台250t的桥机,主机段采用常规岩壁吊车梁,安装场段由于围岩较差(IV~V类)结合边墙支护设计采用壁式牛腿结构,为保证岩梁安全裕度及耐久性,主机段岩梁下部结合防潮墙构造柱布置设置支撑柱,支撑在主厂房上下游实体混凝土边墙上。
地下洞室群位于地下水位以下,为减少施工和运行期厂房主要洞室的渗水量,保证工程安全,设置了四层厂区排水廊道:厂顶灌浆兼排水廊道、上层排水廊道、中层及下层排水廊道,所有渗水汇入渗漏集水井内,最后采用泵抽排至下水库。
2.4 输水系统输水系统采用二洞四机布置,总长度为3082.33~3061.0m。
引水系统全部采用全洞段钢板衬砌,引水岔管采用对称Y形月牙肋钢岔管。
尾水系统中的尾水支管在靠近厂房处的113m段,也采用钢板衬砌,尾水岔管采用卜型钢筋混凝土岔管。
上库闸门井断面扩大兼作上游调压室,尾水调压室采用阻抗式带上室结构型式。
2.5 机电设备电站装设4台250MW可逆式蓄能机组,以两回500kV出线接入华东电网。
机组主变压器组合方式为联合单元接线,500kV侧的电气主接线为内桥接线。
采用地面户内500kVGIS开关站,500kV 高压引出线采用XLPE电缆斜洞引出。
电站由华东网调、江苏中调进行调度,设有计算机监控系统。
华东网调、江苏中调的计算机监控系统对本电站进行控制和运行信息交换,电站按“无人值班,少人值守”的原则设计。
机组的运行工况主要包括:发电、发电调相、抽水、抽水调相、进相和静止6种。
水泵工况启动以静止变频器(SFC)启动为主,背靠背启动为备用。
电站上库无天然来水,通过外加泵向上水库充水,首机启动方式采用水轮机工况起动。
完成了必要的空载调试项目后,以水泵工况启动,完成后序调试项目。
电站主要机电设备利用世界银行贷款通过国际竞争性招标采购,主机设备由GE Canada Hydro 联营体供货,主变由Siemens AG供货,500kVGIS由ABB供货,500kV电缆由JPS供货。
3 工程设计特点3.1 工程设计优化在招标、施工图设计阶段,作为设计牵头方,我院根据可研审查意见、评估咨询意见和世界银行特咨团咨询意见,综合我院抽水蓄能电站勘测设计经验,对工程设计进行了一系列设计优化工作。
实践证明,这些设计优化工作对工程顺利建设和投资控制起到了重要作用。
3.1.1 下水库进/出水口布置优化下水库进/出水口原设计布置在舌形山脊中部,洞脸开挖边坡高达125m。
招标设计阶段进行了高边坡方案与下库进/出水口外移200m方案的比较,最终采用下库进/出水口外移200m方案,外移后下进/出水口正面边坡高约50m,边坡高度降低了75m,地质条件也有所改善,避开了较大断层F110。
3.1.2输水系统优化设计(1)引水钢岔管位置优化:由于引水隧洞采用全洞段钢衬,不存在高压管道内水向厂房渗漏的问题,设计将引水钢岔管位置向下游调整约40m,以缩短高压支管的长度,减少工程投资,经水力学过渡过程计算分析,两台机组间水力干扰较小。
(2)尾水隧洞洞距优化:经方案比较,将两条尾水隧洞轴线距离从51.8m缩小为35m,使两个下水库进/出水口间距减小16.8m,下水库进/出水口部位的明挖范围减小,对高边坡的开挖稳定较有利,检修闸门井平台与拦污栅平台之间的工作桥均减短了16.8m,工作桥的安全性和经济性也得到提高;另外,避开了F14断层对尾水调压室的高边墙稳定的影响。
(3)尾水钢衬范围优化:为避免尾水隧洞内水向尾水事故闸门洞渗漏,保护尾水事故闸门洞内的液压启闭设备,改善工作环境,将尾水钢衬向下游延伸至尾水事故闸门洞中心线下游28.5m处,与尾水事故闸门洞下游侧排水廊道及帷幕灌浆形成了一道阻水防线。
3.1.3 厂房布置和支护形式优化设计(1)安装场位置和中控楼位置的调整:针对地下厂房左端(北侧)存在规模较大的F204断层、右端(南侧)存在F220断层及其一定范围的影响带的地质条件,将安装场由中部移至右端(南端)布置,以减小右端墙的高度,减少F220断层下盘及影响带对4号机厂房高边墙的不利影响。
将中控室从副厂房移至洞外,缩短了厂房的长度,有利于厂房洞室围岩的稳定,并改善运行人员的工作环境。
(2)吊车梁结构形式的优化:地下厂房内的吊车梁经综合论证和比较后采用岩壁吊车梁方案,安装场部位由于地质条件较差采用常规的梁柱式吊车梁结构。
使岩壁吊车梁可提前投入使用,有利于保障施工工期。
(3)支护形式的优化设计:根据世行特咨团咨询意见,并参考国内外已建工程的成功经验,通过对地下厂房洞室围岩的有限元分析,地下洞室群采用喷锚支护为主的综合支护结构形式取代现浇钢筋混凝土顶拱衬砌。
有利于保障施工期围岩稳定和施工安全,缩短工期。
3.1.4 地面开关站位置优化将原布置在厂房顶部地面(310m高程)的地面开关站移到位于厂房北侧约500m处的山坡(195m 高程)上。
由原竖井出线改为斜洞出线,使开关站边坡高度大为减少,降低了工程潜在风险,节约投资约1000万元。
3.1.5 电气主接线优化设计结合电站枢纽的总体布置及接入变电所站址的选定情况,对500kV侧电气主接线进行了研究和比选,最终确定本电站500kV侧的电气主接线为内桥接线。
3.1.6 水轮机工况额定水头的优化可研阶段确定电站机组额定水头为353m。
通过论证,从提高机组运行稳定性以及水泵水轮机水力设计合理性角度出发,将机组额定水头提高了10m,机组的运行稳定性将有所改善,且电动机的最大入力降低8%左右,从而可降低发电电动机造价约1000万元。
3.1.7 电站调压方式的优化研究根据电站接入系统设计和调压计算以及从提高电站机电设备可靠性考虑,我院进行了专题研究,取消主变压器有载调压方案,采用发电电动机机端调压的方式。