蜀河水電廠廠頂過流運(yùn)行方式優(yōu)化與增發(fā)電量分析

楊 號(hào)

（蜀河水力發(fā)電廠 陜西 旬陽 725721）

1 工程概況

蜀河水電站位于陜西省旬陽縣境內(nèi)的漢江上游干流上，壩址在旬陽縣蜀河鎮(zhèn)上游約1km處，距旬陽縣城51km，距上游已建的安康水電站約120km，距下游已建的丹江口水電站約200km，是漢江上游梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃中的第六個(gè)梯級(jí)電站，是陜西漢江投資開發(fā)有限公司開發(fā)的第二個(gè)水電站。壩址以上集水面積為49400km2，占漢江流域面積的31.1%。

蜀河水電站工程的主要任務(wù)是發(fā)電，并兼顧航運(yùn)等。工程規(guī)模為二等大（2）型，主要建筑物按百年一遇洪水設(shè)計(jì)，千年一遇洪水校核，相應(yīng)洪峰流量分別為30000m3/s和38100m3/s；泄水建筑物下游消能及防護(hù)工程按五十年一遇設(shè)計(jì)，相應(yīng)洪水流量27800 m3/s。壩址處多年平均流量732m3/s，年徑流量231億m3。設(shè)計(jì)洪水位為222.05m、校核洪水位為227.15m（總庫容為3.235億m3）、正常蓄水位217.30m（相應(yīng)庫容1.76億m3）、死水位為215.00m、汛期排沙水位為212.00m。調(diào)節(jié)庫容為0.24億m3，為日調(diào)節(jié)水電站。正常蓄水位下水庫面積11.34km2，回水長(zhǎng)度47km。

蜀河水電站為廠頂溢流廠房，安裝六臺(tái)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量45MW，總裝機(jī)容量270MW，保證出力57.4MW，年平均發(fā)電量9.53億kW·h，年利用小時(shí)3530h。壩頂高程230m，壩頂長(zhǎng)度320m，最大壩高72m。樞紐建筑物從右至左由右副壩表孔壩段（1孔）、泄洪閘表孔兼垂直升船機(jī)壩段（1孔）、泄洪閘表孔壩段（4孔）、導(dǎo)墻壩段、廠房壩段（廠房表孔6孔，機(jī)組6臺(tái)）、安裝間表孔壩段（安裝間右表孔1孔、安裝間左表孔1孔）等組成。

2 初設(shè)（2010年）水庫運(yùn)行方式

平枯水期(11月到次年4月)：控制庫水位在217.30m運(yùn)行。

5月～10月：采用分界流量控制壩前運(yùn)行水位。入庫流量小于3000m3/s時(shí)，水庫水位維持在217.30m～215.00m之間運(yùn)行，電站正常發(fā)電、通航，多余水量通過開啟泄洪閘下泄；入庫流量大于等于3000m3/s～5000m3/s時(shí)，考慮到高含沙水流或推移質(zhì)在壩前淤積，庫水位降至212.00m運(yùn)行，電站低水位發(fā)電、停止通航，多余水量通過開啟泄洪閘下泄；入庫流量大于5000m3/s時(shí)，機(jī)組不發(fā)電；入庫流量在5000m3/s～10000m3/s之間時(shí)，控泄出庫流量不大于10000m3/s（下游不出現(xiàn)人造洪峰），機(jī)組不發(fā)電，樞紐主要任務(wù)是泄洪并盡可能的降低庫水位進(jìn)行拉沙，水庫運(yùn)行水位在212.00m以下；入庫流量大于10000m3/s時(shí)，大壩為自然泄流狀態(tài)，機(jī)組不發(fā)電，最大可能降低庫水位；當(dāng)遇20年一遇洪水時(shí)，保持旬陽縣城處天然河床，不造成縣城淹沒損失。

3 運(yùn)行方式的更改經(jīng)過

蜀河水電站近年來洪水頻發(fā)，且峰高量大（2010年發(fā)生洪水4場(chǎng)，其中7.18洪水入庫洪水洪峰流量達(dá)24400m3/s；2011年發(fā)生洪水5場(chǎng)，其中9.19洪水入庫洪水洪峰流量達(dá)17800m3/s），原設(shè)計(jì)的入庫洪水達(dá)到5000m3/s停機(jī)、開啟廠表泄洪，導(dǎo)致機(jī)組開停頻繁。蜀河水電站機(jī)組為燈泡貫流式，機(jī)組開停機(jī)時(shí)需要高壓頂軸油泵投入，方可安全開停機(jī)，開停機(jī)程序較為復(fù)雜，且投運(yùn)之初機(jī)組缺陷較多，如在汛期大發(fā)期間不能按時(shí)開停機(jī)，將造成水能資源的較大浪費(fèi)。為此，在2011年6月蜀河電廠組織的《蜀河水電站2011年泄洪建筑物試運(yùn)行方式》（西北院編寫）研討會(huì)上，蜀河電廠與會(huì)人員提出：蜀河水電站洪水頻發(fā)，超5000m3/s洪水為常態(tài)洪水，當(dāng)入庫流量小于8000m3/s時(shí)五孔大流量的泄洪閘完全能夠滿足泄洪要求，建議將機(jī)組全停、廠表溢流條件更改為入庫洪水達(dá)到8000m3/s，水頭小于10.5m。后經(jīng)西北院模型試驗(yàn)，認(rèn)為可行。

4 2011年水庫試運(yùn)行方式

11月到次年4月：控制庫水位在217.30m運(yùn)行。

5月～10月：采用分界流量控制壩前運(yùn)行水位。當(dāng)入庫流量小于或等于3000m3/s時(shí)，電站運(yùn)行水位為215m～217.3m之間運(yùn)行，并且當(dāng)機(jī)組發(fā)電流量大于或等于1560m3/s時(shí)，開啟排沙孔；當(dāng)入庫流量在3000m3/s～5000m3/s之間，電站降低庫水位至排沙水位212.0m，電站低水位運(yùn)行發(fā)電；當(dāng)入庫流量大于或等于5000m3/s～8000m3/s期間，廠房表孔不過流，開啟右岸河床泄洪閘進(jìn)行敞泄，降低庫水位拉沙，盡量泄空水庫；入庫流量大于8000m3/s時(shí)（或上下游水頭差小于10.5m），機(jī)組不發(fā)電；當(dāng)入庫流量大于或等于8000m3/s～16900m3/s期間，逐漸開啟廠房表孔，盡量降低庫水位泄洪、拉沙，繼續(xù)泄空水庫；當(dāng)入庫流量在大于或等于5年一遇洪水流量16900m3/s時(shí)，開啟右副壩表孔和安裝間左孔，并且所有泄洪建筑物孔口全部開啟敞泄。

由以上兩種運(yùn)行方式比較可以看出，根據(jù)2011年的水庫試運(yùn)行方式，當(dāng)入庫流量介于5000m3/s～8000m3/s之間時(shí)，機(jī)組仍可以低水位發(fā)電，這部分水量所發(fā)的電量就是水庫運(yùn)行方式改變后所增發(fā)的電量。

5 2011年蜀河水庫降雨及來水情況

2011年蜀河水庫流域降雨有明顯的季節(jié)性和地域差異性，雨水時(shí)空分布不均。春汛降雨較少，多集中在3月下旬；4月份降雨明顯偏少；5月份降雨較多且發(fā)生幾次局地性大雨，降雨主要集中在 6、7、8、9月，以全流域中到大雨，局地大到暴雨為主，其中9月份降雨歷時(shí)長(zhǎng)、強(qiáng)度大，秋淋時(shí)段表現(xiàn)突出、維持時(shí)間較長(zhǎng)；10月份降雨強(qiáng)度較小，但是持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。在降雨區(qū)域整體分布上，漢江洋縣以下多于漢江洋縣以上、漢江北岸多于漢江南岸，石泉～安康區(qū)間以及安康～蜀河區(qū)間降雨較多。全年石泉水庫以上流域平均降雨量1224mm，石泉～安康區(qū)間平均降雨量1379mm，安康～蜀河區(qū)間平均降雨量1289mm；壩址蜀河降雨總量927.2mm（目前蜀河電站壩址未建設(shè)雨量站，采用蜀河水文站統(tǒng)計(jì)降雨量，日最大降雨量為89.7mm，發(fā)生在5月9日）。

2011年蜀河水庫共發(fā)生洪水5場(chǎng)次，大、中、小三種類型洪水均有發(fā)生，其中最大一場(chǎng)洪水（9.19）洪峰流量 17793m3/s，入庫洪水總量85.35億m3；最小一場(chǎng)洪水（6.23）洪峰流量2264m3/s，入庫洪水總量7.466億m3。2011年蜀河水庫入庫總水量324.7億m3，是多年平均年徑流量（231億m3）的140.56%，屬于豐水年份；平均入庫流量1028m3/s，是多年平均入庫流量（732m3/s）的140.44%；汛期5月～10月入庫水量261.6億m3，占全年入庫水量的80.6%；主汛期（7月～9月）入庫水量199.8億m3，占全年入庫水量的61.5%。月最大入庫水量102.9億m3，發(fā)生在9月，占全年入庫水量的31.7%；日最大入庫水量13.20億m3，發(fā)生在9月19日；瞬時(shí)最大入庫流量為17793m3/s，發(fā)生在9月19日01時(shí)；瞬時(shí)最大出庫流量為17760m3/s，發(fā)生在9月19日01時(shí)。2011年的4場(chǎng)洪水中，其中3場(chǎng)洪水的洪峰流量都超過了5000m3/s。

6 增發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析

蜀河水庫2011年共發(fā)生5場(chǎng)洪水，其中3場(chǎng)洪水洪峰流量均超過了5000 m3/s。2011年7月7日洪水，當(dāng)入庫流量大于5000 m3/s機(jī)組共運(yùn)行了12小時(shí)，增發(fā)電量約為20.9萬kW·h。2011年8月2日洪水，當(dāng)入庫流量大于5000 m3/s機(jī)組共運(yùn)行了35小時(shí)，增發(fā)電量約為264.7萬kW·h。2011年9月19日洪水，當(dāng)入庫流量大于5000 m3/s機(jī)組共運(yùn)行了37小時(shí)，增發(fā)電量約為165.8萬kW·h。2011年入庫流量超過5000 m3/s的3場(chǎng)洪水共增發(fā)電量約451.4萬kW·h。2011年由于蜀河水庫水位未蓄至正常蓄水位217.3m、機(jī)組開機(jī)過程不流暢導(dǎo)致機(jī)組延遲開機(jī)等各方面原因，造成蜀河水庫水量利用率低，該原因也造成了入庫流量大于5000 m3/s時(shí)所增發(fā)電量有所減少，如果克服了以上困難，入庫流量大于5000m3/s時(shí)所增發(fā)電量將會(huì)大幅提高。按照上網(wǎng)電價(jià)0.303元/kW·h計(jì)算，2011年3場(chǎng)洪水所創(chuàng)造的效益約為136.774萬元。

7 結(jié)語

蜀河水電站是當(dāng)前我國(guó)在樞紐布置、結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)行方式等方面最為復(fù)雜的建筑物。尤其是在水庫運(yùn)行方面，前無經(jīng)驗(yàn)可循，必須在實(shí)踐中不斷摸索、分析、完善，進(jìn)一步優(yōu)化水庫運(yùn)行方式。2011年只是將機(jī)組停機(jī)、廠表溢流的條件由入庫流量5000m3/s更改為8000m3/s，就取得了如此可觀的經(jīng)濟(jì)效益，況且此效益將伴隨蜀河水電站終生存在；同時(shí)降低了開啟廠表的頻次，有利于廠房安全和度汛安全；大大減少了機(jī)組啟停次數(shù)，降低了機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)入庫洪水小于8000m3/s，只操作五孔泄洪閘門，使得洪水調(diào)度相對(duì)簡(jiǎn)單，有利于安全度汛。蜀河水電站在增發(fā)電量方面，仍有很大的潛力可挖，希望在蜀河電廠技術(shù)人員今后的運(yùn)行中不斷的探索、研究。陜西水利