英布魯水電站的運行方式

李 林 席燕林 楊安文 翁建平

剛果英布魯水電站位于剛果河支流萊菲尼河下游,距與剛果河匯合口14 km,距首都布拉柴維爾215 km。電站的主要任務是發電,承擔剛果電力系統調峰、調頻和骨干電站作用,目前是剛果惟一最大的電站。英布魯電站水庫正常蓄水位308.5 m,死水位308.2m,設計洪水位308.5 m,校核洪水位308.5 m。水庫總庫容5.84億m3,調節庫容0.15億m3。電站設計水平年為2015年。

1 入庫水量分析

萊菲尼河流域有旱季、雨季之分。旱季為6月中旬～9月末,雨季為10月初～6月上旬。萊菲尼河徑流來源于降雨,流域全年各月都會降雨,雨季約8個月有降雨,降雨占全年降雨量的比例為89%。雨季內各月降雨較均勻,11月降雨量最大,約占全年降雨量的13.8%。

英布魯水電站入庫徑流系列采用壩址上游45 km處布旺貝水文站為入庫站,有1952—1993年共42年的長系列水文資料,該系列多年平均徑流量132億m3。根據布旺貝水文站實測資料,以1.155換算系數得出英布魯入庫徑流系列,其多年平均徑流量152億m3。

英布魯水電站入庫徑流年內、年際分配比較均勻,多年平均流量為484 m3/s,電站豐 (P=25%)、平 (P=50%)、枯 (P=75%)月平均流量分別為515,479,446 m3/s。最大流量為716 m3s,最小流量為 390 m3/s,英布魯壩址 1952—1993年月系列不同頻率流量見表1。

表1 1952—1993年月系列不同頻率流量表 m3/s

2 發電運行方式

2.1 樞紐電站基本情況

英布魯壩址以上河道坡度平緩,平均坡降0.3‰,河谷開闊,河流蜿蜒曲折,壩址上游80 km處分布有布旺貝村,人口約1 000人,受此影響,水庫的正常蓄水位為308.5 m。由于水庫入庫徑流年內、年際分配比較均勻,為充分利用水頭,水庫應具有日調節庫容,才能滿足電網的需求。經分析計算,水庫滿足日調節時,需要庫容1 500萬m3,對應的水位為308.2m,此水位即作為水庫的死水位。

電站裝機容量120 MW,裝有4臺單機容量為30MW的軸流轉槳式機組。電站多年平均發電量681.49 GW?h,保證出力68.00MW,裝機利用小時5 679 h。英布魯水電站電能指標如下。

裝機容量/MW 120

保證出力/MW 68.00

多年平均發電量/GW?h 681.49

最大發電水頭/m 20.41

最小發電水頭/m 16.10

平均水頭/m 18.38

加權平均水頭/m 18.33

水庫沒有防洪和灌溉要求,當電站進行調峰運行時,下泄流量達到860 m3/s,維持2 h左右,調峰下泄流量接近1 000年一遇洪峰流量962 m3/s。

2.2 電站運行方式

英布魯水電站的發電運行方式主要由電站出力特性、電網負荷要求、電力電量平衡結果和機組特性等因素決定。

英布魯水電站各月多年平均流量和多年平均出力見表2。

剛果電力用戶主要是國有企業和私人企業、普通用戶以及行政、市政等部門,其用電比例分別為41%,38%,21%。參考電力系統的用戶組成,并對已收集到的負荷曲線進行負荷特性分析,采用歷史負荷曲線修改法得出設計水平年最大負荷月份的典型日負荷曲線,詳見表3。由表3可知,設計日負荷曲線的負荷率γ為0.794,最小負荷率β為0.695,電網在晚上19:00～20:00出現負荷高峰。

根據設計水平年2015年的負荷預測,剛果電力系統最大發電負荷將達224.9 MW,日豐谷差最大達68.6MW。2015年電力系統電源點主要有朱埃水電站 (15 MW)、姆古古魯水電站 (74 MW)、黑角火電站 (25 MW)、新建火電站 (30 MW)以及英布魯水電站?？傃b機容量為264 MW,其中水電占79%,火電占21%。

2015年12月 (負荷最大月份)不同來水情況典型日電力電量平衡結果詳見表4。當萊菲尼河來水量保證率為95%的枯水時,基荷出力為51.4 MW,峰、腰荷出力為68.6 MW；在12月份入庫水量保證率為50%或5%的平水或豐水時,英布魯水電站工作位置下移,基荷出力增加,峰、腰荷出力減少。

根據上述影響電站發電運行方式因素的分析,確定英布魯水電站發電運行方式為:電站正常運行方式和電站調峰運行方式。

表2 英布魯水電站各月多年平均流量及水流出力表

表3 剛果全網設計水平年典型日負荷過程

表4 設計水平年1 2月份不同來水情況英布魯水電站工作位置表

2.2.1 電站正常運行方式

一般情況下,水庫維持在正常蓄水位308.50m運行,水電站全天24 h有2臺機組承擔基荷,隨著日內負荷的升高 (早上 8:00和 9:00,晚上17:00和18:00),第3臺機組投入運行,承擔腰荷,當到晚上19:00～20:00負荷最高峰時,第4臺機組投入運行,承擔峰荷,此時電站4臺機組全部投入運行。

2.2.2 電站調峰運行方式

機組調峰時,通過調節水輪機葉片的開度,控制發電流量,當晚上19點至20點時,葉片全部打開,4臺機組最大下泄流量為860 m3/s,維持2 h左右。水電站調峰時,需動用水庫日調節庫容水量,上游水位將有所降低,最低可降至死水位308.20 m。

根據設計水平年負荷要求,英布魯水電站當承擔基荷時,機組出力最小約50 MW,相應機組發電流量約為270 m3/s(英布魯水電站1臺機組發電額定流量為215 m3/s,需2臺機組投入運行),滿足了萊菲尼河下游流量不得小于200 m3/s的生態要求。

機組最小發電運行水頭為16.1 m,經分析計算,在洪水期當來水大于860 m3/s時,尾水位將超過291.8m,這時由于水頭較低受阻而停機不能發電。

2.3 電站機組檢修安排

本水電站裝有4臺單機容量為30 MW的軸流轉槳式機組。每臺機組每4年檢修1次,即4臺機組在4年中可輪流檢修1遍。機組檢修時間約為2個月,安排在電網負荷較低且入庫流量較小的月份。根據剛果電網實際的年負荷過程,6月和7月的負荷率分別為88.9%和92.9%,且處于枯水期,因此,檢修時間安排在6、7月份為宜。在機組檢修期間,可安排2臺機組發基荷電量,1臺機組參與調峰,從而不影響電站的發電效益。

3 水庫防洪運行方式

英布魯水電樞紐工程為一等工程,主要建筑物按1級設計,設計與校核洪水標準分別為1 000年一遇和10 000年一遇加20%,相應洪峰流量分別為962 m3/s和1 280 m3/s。

英布魯水庫沒有防洪任務,汛期的調度方式以保證工程本身安全度汛為原則。水庫汛期運行水位為正常蓄水位308.5 m。

英布魯水電站的泄流設施為2個底孔和1個表孔,在正常蓄水位308.50 m時,不包括電站的總泄流為1 890 m3/s。

汛期泄洪建筑物的調度方式主要取決于入庫洪水的大小,當洪水入庫時,電站照常發電運行,隨著入庫洪水的增加,首先用底孔參與泄洪,當底孔閘門全部打開,水位仍上漲,然后再用表孔泄洪。具體防洪運行方式如下:當汛期流量小于等于4臺機組發電流量860 m3/s時,樞紐通過發電下泄；當汛期流量大于860 m3/s小于等于1 560 m3/s時,機組停止發電,樞紐通過2個底孔參與泄洪；當汛期流量大于1 560 m3/s時,機組停止發電,樞紐通過2個底孔和1個表孔參與泄洪。

在洪水期,機組最小發電運行水頭為16.1 m,經分析計算,當來水大于860 m3/s時,因尾水位將超過291.8 m水頭受阻而停機不發電,因此,在進入洪水期應通過水情測報系統提前掌握來水情況,水庫提前增加下放流量,盡量控制下放流量在860 m3/s以下。

4 結 語

英布魯水電站目前已投入運行,電站應根據入庫流量的變化、機組特性和電網實際需求,合理安排機組的運行臺數和工作位置,要在不斷總結經驗的基礎上,在保證電站機組安全運行前提下,達到充分利用水能資源,獲取最大發電效益的目的。