石門水電站增效擴容工程水利水能復核分析

【摘要】根據選定的豐、平、枯三個代表年，首先對石門灌區進行水利調節，再對石門水電站進行無限裝機和現狀裝機容量的水能復核，通過復核可知石門水電站水能開發利用率偏低，根據這一狀況建議增容改造后各電站的裝機容量。

【關鍵詞】石門水電站；河床電站；河東電站；河西電站；等流量調節

1、基本情況

石門水庫位于漢江北岸一級支流褒河峽谷出口，是一座以灌溉為主結合發電、旅游等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。水庫控制流域面積3861km2，設計總庫容1.098億m3，有效庫容6070萬m3，總灌溉面積51.5萬畝。電站原設計總裝機4.05萬kw，其中河床壩后式電站裝機容量3×1.25萬kw，安裝三臺軸流轉漿式水輪發電機組；河東渠首電站安裝兩臺立軸混流式發電機組，裝機容量2×1250kw；河西渠首電站安裝一臺臥軸混流式發電機組，裝機容量1×500kw。電站建成后多年平均實際發電量6816萬kw·h。

2、水利水能復核計算的依據和原則

2.1 計算依據

水利水能復核依據石門水庫上游褒河干流的馬道水文站1984～2010年27年實測流量資料、水庫實際運行調度記錄資料、實測河東渠首、河西渠首、南干渠首灌溉引水資料、實際記錄的發電利用流量資料。

2.2 計算原則

⑴石門水庫具有調節性能，按照灌溉為主結合發電運行方式，首先采用典型年法對水庫進行水利調節計算，然后在滿足各干渠灌溉引水要求下，采用等流量法進行水能復核計算。為了充分利用水能，結合石門水庫工程實際情況，計算中還應遵循以下原則：灌溉季節水庫發生棄水時，優先考慮河床電站滿發，其次河東、河西渠首電站滿發，超出灌溉需要的流量分別從南干渠橡膠壩、東、西干渠退水閘退入褒河；非灌溉季節優先河床發電直至滿發，其次考慮河東及河西渠首發電直至滿發。

⑵電站裝機容量不定時電站水頭損失按毛水頭的3%計；裝機確定時其水頭損失按各電站的引水流量、隧洞、管徑實際情況計算。

⑶現狀各水輪機的出力系數根據各電站的年實際運行時間、發電量、平均引水流量、平均水頭反算求得，三座電站出力系數分別為河床7.47、河東7.52、河西；增效擴容后電站出力系數分別為河床8.56、河東8.48、河西8.3，則時段平均出力N=AQH。

3、水利調節計算

石門水庫灌區灌溉設計保證率為75%，與發電工程15%、50%、85%三個保證率不一致，作為電站增效擴容的水利水能復核，故按水力發電工程要求選取代表年。由于褒河上游馬道水文站來水和三條干渠（東干渠、西干渠、南干渠）實際灌溉用水量排頻所選代表年不可能一致，因此在以用水關鍵期（5～8月的不同時段）為主，兼顧馬道站來水的基礎上，從馬道站1984～2010年共27年的實測徑流資料中，按照水文年（當年11月～次年10月），選出了1998年（P=15%）、1987年（P=50%）、1996年（P=85）三個典型年為設計代表年。

根據所選典型年的來水過程和各干渠的實際灌溉用水過程對石門水庫灌區進行水量平衡計算，計算時水面蒸發和滲漏量按經驗取旬平均庫容的1%。經計算豐、平、枯三年水庫均存在棄水。

4、水能復核

4.1 無限裝機法水能復核

將灌溉棄水量加上南干渠灌溉用水量之和作為河床電站的來水過程，在確定的水庫各特征水位及相應庫容情況下，不考慮裝機容量影響，采用等流量列表法進行水能調節計算，求得河床電站多年平均發電量為11577萬kw·h，河東及河西渠首電站，按選定代表年的實際灌溉用水量作為來水過程，發電引水量等于灌溉用水量，計算多年平均發電量分別為483萬kw·h和 92萬kw·h，石門電站年總發電量為12152萬kw·h。

4.2 現狀裝機多年平均發電量復核

石門水庫現狀裝機規模為4.05萬kw。電站來水過程與無限裝機法相同，根據裝機容量一定，采用等流量列表法進行水能調節計算，計算得石門水庫電站年總發電量7706萬kw·h，其中河床電站7120萬kw·h，年利用小時數1899h，最大引水流量77.39m3/s，加權平均凈水頭67.76m；河東渠首電站年發電量497萬kw·h，年利用小時數1988h，最大引水流量19.44m3/s，加權平均凈水頭19.75m；河西渠首電站年發電量89萬kw·h，年利用小時數1780h，最大引水流量4.16m3/s，加權平均凈水頭19.26m。

4.3 增效擴容后裝機方案確定

石門水電站現狀總裝機容量4.05萬kw，計算年發電量7706萬kw·h，占年理論發電量12152萬kw·h的63.4%，說明其水能開發利用率偏低。為了更充分的利用水能資源，增加年發電量，擬定總裝機容量4.473萬kw，其中：河床電站3×13000kw+1600kw、河東渠首電站2×1250kw+500kw、河西渠首電站1×630kw。

根據所選豐、平、枯3個代表年，按裝機容量一定，計算擬定方案時石門水電站的多年平均發電量。河床電站來水過程為灌溉棄水量加上南干渠灌溉用水量之和，東、西渠首電站用水過程按灌溉用水量加上河床棄水量，經計算多年平均發電量為8744萬kw·h，其中河床電站年平均發電量為8052萬kw·h，年利用小時數1983h，加權平均凈水頭67.73m，最大引水流量72.98m3/s；河東渠首電站多年平均發電量為588萬kw.h，年利用小時數1680h，加權平均凈水頭19.79m，最大引水流量28.15m3/s；河西渠首電電站多年平均發電量為104萬kw.h，年利用小時數1651h，加權平均凈水頭19.47m，最大引水流量5.43m3/s。

5、結論

石門水電站增效擴容后電站裝機容量為4.473萬kw，年發電量達到8744萬kw·h，占年理論發電量的72.0%，較現狀裝機多年平均實際發電量提高了28.3%，較現狀裝機復核年發電量提高了13.5%，其水能利用較為充分， 因此應對石門水電站進行增效擴容改造，使其發揮更大的經濟效益。

參考文獻：

[1]SL104—95，水利工程水利計算規范.

[2] DL/T5015—1996，水利水電工程動能設計規范.

[3] SL76—2009，小水電水能設計規程.

[4]陜西省漢中地區水電局，漢中地區實用水文手冊，1988 .

作者簡介：雷利娜（1978 - 7），女，漢族，陜西漢中人，工程師，從事水利水電工程設計工作。