蜀河水電廠廠頂過流運行方式優化與增發電量分析

楊 號

（蜀河水力發電廠 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的漢江上游干流上，壩址在旬陽縣蜀河鎮上游約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，是漢江上游梯級開發規劃中的第六個梯級電站，是陜西漢江投資開發有限公司開發的第二個水電站。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是發電，并兼顧航運等。工程規模為二等大（2）型，主要建筑物按百年一遇洪水設計，千年一遇洪水校核，相應洪峰流量分別為30000m3/s和38100m3/s；泄水建筑物下游消能及防護工程按五十年一遇設計，相應洪水流量27800 m3/s。壩址處多年平均流量732m3/s，年徑流量231億m3。設計洪水位為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（相應庫容1.76億m3）、死水位為215.00m、汛期排沙水位為212.00m。調節庫容為0.24億m3，為日調節水電站。正常蓄水位下水庫面積11.34km2，回水長度47km。

蜀河水電站為廠頂溢流廠房，安裝六臺燈泡貫流式水輪發電機組，單機容量45MW，總裝機容量270MW，保證出力57.4MW，年平均發電量9.53億kW·h，年利用小時3530h。壩頂高程230m，壩頂長度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壩段（1孔）、泄洪閘表孔壩段（4孔）、導墻壩段、廠房壩段（廠房表孔6孔，機組6臺）、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（2010年）水庫運行方式

平枯水期(11月到次年4月)：控制庫水位在217.30m運行。

5月～10月：采用分界流量控制壩前運行水位。入庫流量小于3000m3/s時，水庫水位維持在217.30m～215.00m之間運行，電站正常發電、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，考慮到高含沙水流或推移質在壩前淤積，庫水位降至212.00m運行，電站低水位發電、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，機組不發電；入庫流量在5000m3/s～10000m3/s之間時，控泄出庫流量不大于10000m3/s（下游不出現人造洪峰），機組不發電，樞紐主要任務是泄洪并盡可能的降低庫水位進行拉沙，水庫運行水位在212.00m以下；入庫流量大于10000m3/s時，大壩為自然泄流狀態，機組不發電，最大可能降低庫水位；當遇20年一遇洪水時，保持旬陽縣城處天然河床，不造成縣城淹沒損失。

3 運行方式的更改經過

蜀河水電站近年來洪水頻發，且峰高量大（2010年發生洪水4場，其中7.18洪水入庫洪水洪峰流量達24400m3/s；2011年發生洪水5場，其中9.19洪水入庫洪水洪峰流量達17800m3/s），原設計的入庫洪水達到5000m3/s停機、開啟廠表泄洪，導致機組開停頻繁。蜀河水電站機組為燈泡貫流式，機組開停機時需要高壓頂軸油泵投入，方可安全開停機，開停機程序較為復雜，且投運之初機組缺陷較多，如在汛期大發期間不能按時開停機，將造成水能資源的較大浪費。為此，在2011年6月蜀河電廠組織的《蜀河水電站2011年泄洪建筑物試運行方式》（西北院編寫）研討會上，蜀河電廠與會人員提出：蜀河水電站洪水頻發，超5000m3/s洪水為常態洪水，當入庫流量小于8000m3/s時五孔大流量的泄洪閘完全能夠滿足泄洪要求，建議將機組全停、廠表溢流條件更改為入庫洪水達到8000m3/s，水頭小于10.5m。后經西北院模型試驗，認為可行。

4 2011年水庫試運行方式

11月到次年4月：控制庫水位在217.30m運行。

5月～10月：采用分界流量控制壩前運行水位。當入庫流量小于或等于3000m3/s時，電站運行水位為215m～217.3m之間運行，并且當機組發電流量大于或等于1560m3/s時，開啟排沙孔；當入庫流量在3000m3/s～5000m3/s之間，電站降低庫水位至排沙水位212.0m，電站低水位運行發電；當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（或上下游水頭差小于10.5m），機組不發電；當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，繼續泄空水庫；當入庫流量在大于或等于5年一遇洪水流量16900m3/s時，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。

由以上兩種運行方式比較可以看出，根據2011年的水庫試運行方式，當入庫流量介于5000m3/s～8000m3/s之間時，機組仍可以低水位發電，這部分水量所發的電量就是水庫運行方式改變后所增發的電量。

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性和地域差異性，雨水時空分布不均。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月份降雨歷時長、強度大，秋淋時段表現突出、維持時間較長；10月份降雨強度較小，但是持續時間相對較長。在降雨區域整體分布上，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～安康區間以及安康～蜀河區間降雨較多。全年石泉水庫以上流域平均降雨量1224mm，石泉～安康區間平均降雨量1379mm，安康～蜀河區間平均降雨量1289mm；壩址蜀河降雨總量927.2mm（目前蜀河電站壩址未建設雨量站，采用蜀河水文站統計降雨量，日最大降雨量為89.7mm，發生在5月9日）。

2011年蜀河水庫共發生洪水5場次，大、中、小三種類型洪水均有發生，其中最大一場洪水（9.19）洪峰流量 17793m3/s，入庫洪水總量85.35億m3；最小一場洪水（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，發生在9月19日；瞬時最大入庫流量為17793m3/s，發生在9月19日01時；瞬時最大出庫流量為17760m3/s，發生在9月19日01時。2011年的4場洪水中，其中3場洪水的洪峰流量都超過了5000m3/s。

6 增發電量統計及分析

蜀河水庫2011年共發生5場洪水，其中3場洪水洪峰流量均超過了5000 m3/s。2011年7月7日洪水，當入庫流量大于5000 m3/s機組共運行了12小時，增發電量約為20.9萬kW·h。2011年8月2日洪水，當入庫流量大于5000 m3/s機組共運行了35小時，增發電量約為264.7萬kW·h。2011年9月19日洪水，當入庫流量大于5000 m3/s機組共運行了37小時，增發電量約為165.8萬kW·h。2011年入庫流量超過5000 m3/s的3場洪水共增發電量約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、機組開機過程不流暢導致機組延遲開機等各方面原因，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時所增發電量有所減少，如果克服了以上困難，入庫流量大于5000m3/s時所增發電量將會大幅提高。按照上網電價0.303元/kW·h計算，2011年3場洪水所創造的效益約為136.774萬元。

7 結語

蜀河水電站是當前我國在樞紐布置、結構形式、運行方式等方面最為復雜的建筑物。尤其是在水庫運行方面，前無經驗可循，必須在實踐中不斷摸索、分析、完善，進一步優化水庫運行方式。2011年只是將機組停機、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濟效益，況且此效益將伴隨蜀河水電站終生存在；同時降低了開啟廠表的頻次，有利于廠房安全和度汛安全；大大減少了機組啟停次數，降低了機組運行風險；當入庫洪水小于8000m3/s，只操作五孔泄洪閘門，使得洪水調度相對簡單，有利于安全度汛。蜀河水電站在增發電量方面，仍有很大的潛力可挖，希望在蜀河電廠技術人員今后的運行中不斷的探索、研究。陜西水利