五強溪擴機工程招標階段主體工程開工時間探討

綦中原，劉 敏

（1.五強溪水電廠，湖南 懷化410004；2.中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙410014）

引言

五強溪擴機工程利用五強溪水庫調(diào)節(jié)能力及夏季較豐的來水，擴大電站的裝機容量，提高水力資源的利用程度，增加發(fā)電量。擴機工程進水口由于在已建成的五強溪水庫庫區(qū)內(nèi)，保護進水口施工的圍堰修建及拆除需對水庫水位進行控制，水庫水位的控制勢必對原電廠發(fā)電造成影響。五強溪水庫根據(jù)湖南省防汛調(diào)度要求，不同時段水庫水位控制不同，擴機工程進水口圍堰修筑與拆除可以利用水庫水位調(diào)度，減少該處施工對老廠發(fā)電影響。不同開工時間，機組投產(chǎn)時間不同。由于五強溪擴機工程是利用五強溪水庫汛期棄水發(fā)電，汛前投產(chǎn)可以帶來發(fā)電效益，汛后投產(chǎn)無發(fā)電效益，投產(chǎn)時間對當年發(fā)電效益影響較大。結(jié)合上述因素在招標階段對五強溪擴機工程開工時間進行探討，尋求一個科學合理的開工時間對擴機工程建設及電廠發(fā)電效益非常重要。

1 工程概況

1.1 五強溪水電站工程概況

五強溪水電站是以發(fā)電為主，兼有防洪、航運等綜合效益的一等大（Ⅰ）型工程。工程于1994年12月第1臺機組投產(chǎn)發(fā)電，1996年12月全部機組投產(chǎn)。五強溪水電站水庫設計正常蓄水位108.00 m，死水位90.00 m。五強溪水庫為季調(diào)節(jié)水庫，水庫總庫容43.5億m3（P=0.01%），防洪庫容13.6億m3，調(diào)節(jié)庫容20.2億m3。五強溪水電站現(xiàn)有裝機容量1 200 MW，年利用小時數(shù)達4 441 h，水量利用率僅80.94%，水庫防洪任務重，汛期棄水多。

1.2 五強溪擴機工程概況

五強溪擴機工程利用五強溪水庫調(diào)節(jié)能力及夏季較豐的來水，擴大電站的裝機容量，提高水力資源的利用程度，增加發(fā)電裝機容量500 MW（2×250 MW），多年平均發(fā)電量5.583億kW·h，年利用小時數(shù)1 117 h，擴機后水量利用率提高至89.38%。

擴機工程布置為引水隧洞岸邊式地面廠房，引水發(fā)電系統(tǒng)在平面上呈弧形布置。引水系統(tǒng)采用單機單洞布置形式，地面廠房內(nèi)安裝2臺水輪發(fā)電機組。引水建筑物由進水口、引水隧洞、調(diào)壓室和壓力管道組成。廠區(qū)建筑物主要有主廠房、下游副廠房、主變場和尾水渠。

2 五強溪擴機工程施工工期及關鍵線路

2.1 五強溪擴機工程施工工期

五強溪擴機工程劃分為三個施工時段：施工準備工程施工期、主體工程施工期和工程完建期，其中施工準備工程施工期不計入工程施工總工期內(nèi)。根據(jù)擴機工程樞紐布置特點、工程規(guī)模及工程量，施工總工期為4年，其施工準備工程施工期6個月（第1年1—6月，不計入總工期），主體工程施工期3年9個月（第1年7月—第5年3月），工程完建工期3個月（第5年4—6月），首臺機組發(fā)電工期3年9個月。

2.2 五強溪擴機工程關鍵線路

五強溪擴機工程關鍵線路為兩條：

關鍵線路一（廠房工程）：施工準備工程（6個月）—→基礎明挖、支護及圍堰修建（10個月）—→廠房主機間混凝土澆筑（8個月）—→廠房基礎墻、排架柱澆筑及吊車梁安裝（10個月）—→廠房二期混凝土澆筑（8個月）—→首臺機組安裝、調(diào)試（9個月），關鍵線路首臺機組發(fā)電時間為51個月。

關鍵線路二（引水工程）：施工準備工程（6個月）—→水上部分明挖、支護及圍堰、預留巖坎修建（6個月）—→圍堰內(nèi)井挖、支護（12個月）—→進水口塔體澆筑（7個月）—→門槽埋件、門機安裝、檢修門安裝及下放（3個月）—→圍堰及部分預留巖坎第一次爆破、水上清挖（1個月）—→預留巖坎第二次爆破、水下清挖（14個月）—→流道充水試驗、首臺機組有水調(diào)試（2個月），關鍵線路首臺機組發(fā)電時間為51個月。

3 預留巖坎及混凝土圍堰拆除程序及水位要求

進水口預留巖坎及混凝土圍堰拆除工程量15.64萬m3，其中混凝土拆除0.72萬m3、預留巖坎開挖量14.92萬m3。為減少巖坎水下爆破開挖工程量，進水口混凝土預留巖坎及混凝土圍堰分四部分進行施工，施工分區(qū)詳見圖1、表1。施工順序為：第1部分（I區(qū)）為圍堰外側(cè)清挖施工，即混凝土圍堰外側(cè)巖坎爆破拆除—→第2部分（II區(qū)）為混凝土圍堰爆破拆除—→第3部分（III區(qū)）為預留巖坎高程98.50～69.00 m內(nèi)側(cè)削坡部分爆破拆除—→第4部分（IV區(qū)）為剩余部分巖坎爆破拆除。

圖1 巖坎及混凝土圍堰拆除分區(qū)程序示意圖

表1 巖坎及混凝土圍堰拆除分區(qū)水位控制要求

4 五強溪水庫水位調(diào)度及運行方式

五強溪水電站水庫設計正常蓄水位108.00 m，汛期防洪限制水位98.00 m，死水位90.00 m，為季調(diào)節(jié)水庫。結(jié)合防汛要求五強溪水庫水位調(diào)度運行劃分為5個階段：即4月份、5月份、6—7月份、8—9月份、10月份—次年3月份。在各階段，庫水位控制如表2。

表2 五強溪水庫水位運行方式

5 擴機工程開工時間分析

5.1 開工時間方案選定

選取1月、4月、7月、9月4個有代表性的時間點作為擴機開工時間，4個方案總工期均為4年（不含施工準備工程建設期6個月），首臺機組發(fā)電工期為3年9個月。4個方案施工準備工程分別于2019年1月初、4月初、7月初、10月初開工，首臺機組分別于2023年3月底（第2臺6月底）、6月底（第2臺9月底）、9月底（第2臺12月底）、12月底（第2臺次年3月底）發(fā)電。

5.2 電量效益計算

根據(jù)選取1月、4月、7月、9月開工時間，分別編制工程施工總進度計劃，確定進水口施工對水庫水位控制要求。選取五強溪水電站投產(chǎn)后歷年水文數(shù)據(jù)中來水量較為合理的平水年，通過計算選取水文年控制水位后發(fā)電量與實際發(fā)電量對比計算發(fā)電量損失。同時根據(jù)投產(chǎn)時間計算擴機工程投產(chǎn)當年發(fā)電效益。

4個方案投產(chǎn)發(fā)電時間、進水口施工水位控制時間、要求，相應的老廠電量損失，投產(chǎn)年擴機發(fā)電量，綜合發(fā)電效益詳見表3。

5.3 結(jié)果分析

4個開工時間方案因進水口圍堰及預留巖坎修建、拆除控制五強溪水庫水位導致老廠總發(fā)電量損失分別為2.511億kW·h、1.333億kW·h、0.984億kW·h、3.146億kW·h，方案2、3因水位控制期大部分在汛限低水位期控制水位，對老廠發(fā)電損失影響較少，其中方案3水位控制與汛限水位控制期重疊最多，對老廠發(fā)電影響最少；方案1、4因在汛限后水庫蓄水期控制水位，對老廠發(fā)電損失影響很大，尤其是方案4，混凝土及預留巖坎圍堰在汛期結(jié)束后的高水位運行期控制水位，所以方案4對電廠影響最大。

4個開工時間方案擴機首臺機組均在2023年投產(chǎn)發(fā)電，投產(chǎn)年擴機發(fā)電量分別為3.80億kW·h、0.94億kW·h、0.06億kW·h、0億kW·h。由于方案1在汛前投產(chǎn)，產(chǎn)生的發(fā)電效益最大，方案2在汛期首臺機組投產(chǎn)，首臺機組產(chǎn)生一定效益，方案3與方案4均在汛后投產(chǎn)，基本不產(chǎn)生效益。

通過以上比較分析，在考慮老廠和擴機電量一致的基礎上，至2023年年底，4個方案老廠與擴機綜合發(fā)電效益指標分別為1.289 kW·h、-1.333 kW·h、-0.924 kW·h、-3.146 kW·h，擴機工程于2019年不同月份開工，對應的老廠與擴機截至2023年的投產(chǎn)當年發(fā)電效益、建設期電量損失、綜合發(fā)電效益指標曲線見圖2。

表3 4個方案電量分析表

如綜合考慮投產(chǎn)發(fā)電效益，擴機工程如在年初開工，擴機機組能在汛前投產(chǎn)，至投產(chǎn)年，老廠和擴機綜合發(fā)電效益指標受擴機機組控制，機組越早投產(chǎn)，綜合發(fā)電效益指標越好，但超過3月開工后，擴機機組在投產(chǎn)年汛末以后投產(chǎn)，擴機機組在投產(chǎn)年基本無發(fā)電效益，至投產(chǎn)年，老廠和擴機綜合發(fā)電效益受老廠控制，老廠發(fā)電損失越小，綜合發(fā)電效益指標越好。從圖2可以看出，擴機工程如在3月前施工準備工程開工，越早開工，發(fā)電效益越好；如果施工準備工程在3月以后開工，3—7月份開工發(fā)電效益差別不大；如施工準備工程開工時間超過7月份，綜合效益急劇下降，不利于工程總體效益。

如不考慮擴機投產(chǎn)發(fā)電效益只考慮擴機工程建設對老廠發(fā)電的影響，4—7月開工可以將進水口圍堰拆除水位控制時段大部分控制在汛期水位控制時段，從而極大減少擴機工程建設對老電廠發(fā)電的影響，其中以施工準備工程7月開工最為合適。

6 結(jié)語

水電工程建設開工時間受到工程建設手續(xù)及政策因素影響，如條件允許，各項準備工作到位，選擇1月份開工較好，如錯過1月份，4—7月份之間選擇合理時間開工差別不大，但是過了7月份以后開工，老廠發(fā)電損失急劇增加，整體效益也急劇變差，7月份還未開工建議將開工時間調(diào)至年底或者來年年初較為合適。

開工時間探討可以一定程度上分析擴機及老廠發(fā)電效益，指導擴機工程建設，但不是全部，為進一步減少擴機對電廠發(fā)電影響，一方面要開展擴機工程進水口預留巖坎拆除研究，最大限度增加Ⅲ區(qū)巖坎拆除，減少Ⅳ區(qū)工程量，縮短水庫水位控制時間；另一方面，根據(jù)進水口實際拆除年份氣象水文資料，研究優(yōu)化電廠發(fā)電調(diào)度控制與巖坎拆除水位控制同步，減少因巖坎拆除水位控制要求，提升擴機工程建設與電廠發(fā)電效益最大化。