淺談南水北調中線渠首樞紐工程應急調度策略

曹先振 李儀

摘要：本文結合陶岔渠首樞紐工程在運行調度過程中的不同水頭、流量、閘門開度、機組出力等，分析不同情況下運行工況，針對不同工況所面臨的應急調度狀態，制定不同應急調度策略，確保制定的應急調度策略能夠在應急調度過程中發揮作用，為渠首樞紐工程安全平穩供水提供可靠保障。

關鍵詞：渠首樞紐工程;應急調度;策略

引言

南水北調中線工程是中國最大的調水工程，極大緩解了中國中北方地區的水資源短缺問題。陶岔渠首樞紐工程是南水北調中線輸水工程的渠首工程，是連接丹江口水庫和中線總干渠的樞紐，她不同于中線工程一般閘站，不但包括一座閘站（引水閘）而且還有一座電站（河床徑流式水電站），運行工況相對較為復雜，包括引水閘單獨運行、發電機組單獨運行和引水閘與機組共同運行等模式。在發生應急突發狀況時，不但需要采用一般節制閘的應急調度策略，而且要涉及機組的應急調度策略。

1.渠首樞紐工程概況

渠首樞紐工程運行調度既要服從丹江口水庫綜合調度要求，也要服從總干渠供水調度需要;陶岔電廠利用中線工程引水流量發電，服從總干渠供水調度要求。渠首引水閘（樁號0+000），設3孔，孔口尺寸（7×6.5m），渠首閘按受水區需水要求引水，最低引水水位為水庫極限消落水位（145m），正常運用最高引水水位為水庫正常蓄水位170m，遭遇大洪水時極端最高引水水位為水庫設計洪水位（172.2m）。引水閘設計引水流量350m3/s，加大引水流量420m3/s。陶岔電廠布置采用河床徑流式電站，電站廠房型式為燈泡貫流式，安裝2臺25兆瓦發電機組，裝機容量50兆瓦。機組裝機高程136.20m，水輪機直徑5.0m。陶岔電廠利用引水流量發電，服從總干渠供水調度要求。電站正常運行水頭范圍取6m-22.66m，考慮極端最大水頭24.86m時機組仍可運行。

2.渠首樞紐工程應急調度指導思想

渠首樞紐工程在輸水調度方面有別于一般節制閘最大的不同在于，一般節制閘要按照閘前常水位控制，而渠首樞紐工程控制的是入總干渠流量。不管樞紐工程的運行方式是引水閘單獨過流，或者機組單獨過流，或者機組和引水閘共同過流，都必須要保證入總干渠流量達到目標流量。因此樞紐工程在發生應急突發事件時，應急調度的指導思想就是在最短的時間段內采取最有效的應對措施恢復入總干渠流量。

3.渠首樞紐工程應急調度的工況分析及應對策略

渠首樞紐工程的正常的運行調度方式要根據上下游之間的水頭來確定。由于渠首樞紐工程的上游是通過引渠與丹江口水庫相連接，下游與總干渠相連接，總干渠的水位控制相對較為穩定，因此樞紐工程的運行調度方式主要根據丹江口水庫水位進行選擇。

當水頭低于 6m（相應庫水位約 154m～156m），大于 24.86m（相應庫水位約 172.2m）時電站機組停機，通過渠首引水閘過流滿足受水區引水要求 。此時須啟用備用電源確保樞紐正常運行。這種工況下出現的應急突發事件包括閘門異動、下滑、卡死等設備故障，此時引水閘的功能和一般節制閘相同，因此應對策略和措施可參照一般節制閘。

當水頭在 6m（相應庫水位約 154m～156m）～24.86m（相應庫水位約172.2）之間時，總干渠引水流量通過渠首電站發電下泄，電站最大引水流量為 420m3 /s（相應水頭范圍約為13.5m～16.1m）。在這個水頭區間下，滿足機組運行條件，正常情況輸水調度運行方式為全部機組過流或機組+引水閘共同過流。“以水定電，水電聯調”的運行調度模式是當前渠首樞紐工程最主要也是最重要的運行模式。這種運行模式的核心內容就是機組參與運行調度，根據入總干渠目標流量的要求，讓水流盡可能多從機組通過，盡可能多發電，創造盡可能多的經濟效益。機組參與調度是當前樞紐工程常態化的運行調度模式，因此機組參與調度出現突發事件的應急調度策略是應該掌握的最重要的應急調度策略。

機組參與調度的運行模式出現突發事件最主要的表現機組故障停機，入總干渠流量驟減，導致總干渠水位快速下降，影響中線工程平穩安全運行。

3.1 入總干渠目標流量<機組過流能力1/2

（1）一臺機組（出力值X兆瓦）故障停機

一般情況下，兩臺機組同時參與運行調度，如果一臺機組（出力值X兆瓦）故障停機，一臺機組（出力值Y兆瓦）正常運行。

應急調度策略一：由于入總干渠目標流量<機組過流能力1/2，則一臺機組過流能力可以滿足入總干渠目標流量，因此一臺機組事故停機，可以將正常運行機組出力值調整增加至（X+Y）兆瓦，保證入總干渠目標流量。

應急調度策略二：根據正常情況下兩臺機組過流分配，計算出故障機組過流Q1，利用e=Q1/0.8136×b×√2gh，計算出引水閘需要開啟開度e。然后快速開啟引水閘至目標開度e，保證總干渠目標流量。

（2）兩臺機組同時故障停機

應急調度策略：根據目標流量Q，利用e=Q/0.8136×b×√2gh，計算出引水閘需要開啟開度e。然后快速開啟引水閘至目標開度e，保證總干渠目標流量。

3.2 機組過流能力≥入總干渠目標流量≥機組過流能力1/2

一般情況下，兩臺機組同時參與運行調度，一臺機組出力值X兆瓦，一臺機組出力值Y兆瓦。

（1） 一臺機組（出力值X兆瓦）故障停機

應急調度措施一：根據正常情況下兩臺機組過流分配，計算出故障機組過流Q1，利用e=Q1/0.8136×b×√2gh，計算出引水閘需要開啟開度e。然后快速開啟引水閘至目標開度e，保證總干渠目標流量。

應急調度措施二：由于入總干渠目標流量>機組過流能力1/2，則一臺機組過流能力無法滿足入總干渠目標流量，因此一臺機組事故停機，可以將正常運行機組出力值和流量調整增加至一臺機組最大出力值M兆瓦和流量Qmax，根據目標流量Q，利用e=（Q-Qmax）/0.8136×b×√2gh，計算出引水閘需要開啟開度e。然后快速開啟引水閘至目標開度e，保證總干渠目標流量。

注：應急調度措施二由于涉及相對較為復雜計算，并且操作過程中機組和引水閘同時調整，操作環節多，處置時間長，在應急突發事件處置過程中，有可能會發生誤操作，因此不建議采用。

（2）兩臺機組同時故障停機

應急調度策略：同3.1（2）

3.3 入總干渠目標流量>機組過流能力

入總干渠目標流量>機組過流能力，則樞紐工程的運行方式時機組和引水閘共同過流。此時一臺機組出力值X兆瓦，一臺機組出力值Y兆瓦，引水閘總開度e mm。

（1） 一臺機組（出力值X兆瓦）故障停機

應急調度措施：根據正常情況下兩臺機組過流分配，計算出故障機組過流Q1，利用e’=Q1/0.8136×b×√2gh，計算出引水閘需要增加開度e’。然后快速開啟引水閘至目標開度E=e+e’，保證總干渠目標流量。

（2） 兩臺機組同時故障停機

應急調度措施：根據目標流量Q，利用E=Q/0.8136×b×√2gh，計算出引水閘需要開啟總開度E，引水閘需要增加e’=E-e，快速增加引水閘總開度e’，達到目標開度E，保證總干渠目標流量。

4.總結

通過對渠首樞紐工程應急調度的工況分析制定了相應的應對策略，運行管理實踐中證明這些應急調度策略是針對性強、行之有效的，對渠首樞紐工程在突發事件處置過程中發揮了至關重要的指導作用，對確保南水北調中線工程供水安全具有重要意義。后續運行管理處過程中，結合經驗積累和運行調度實踐，可進一步優化應急調度策略。

參考文獻

[1]《南水北調中線干線工程輸水調度暫行規定（試行）》（Q/NSBDZX101.01—2018）.

[2]《南水北調中線干線工程突發事件應急調度預案》（Q/NSBDZX 409.22—2019）.

作者簡介

曹先振，男，出生日期 1984.10.13----籍貫：河南省濮陽市臺前縣，工作單位：南水北調中線建管局渠首分局陶岔管理處，學歷：本科研究方向：南水北調工程運行管理。