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(wù)是發(fā)電,承擔(dān)剛果電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)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(shè)計(jì)洪水位308.5 m,校核洪水位308.5 m。水庫總庫容5.84億m3,調(diào)節(jié)庫容0.15億m3。電站設(shè)計(jì)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(huì)降雨,雨季約8個(gè)月有降雨,降雨占全年降雨量的比例為89%。雨季內(nèi)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(zhǎng)系列水文資料,該系列多年平均徑流量132億m3。根據(jù)布旺貝水文站實(shí)測(cè)資料,以1.155換算系數(shù)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(nèi)、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(fā)電運(yùn)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(nèi)、年際分配比較均勻,為充分利用水頭,水庫應(yīng)具有日調(diào)節(jié)庫容,才能滿足電網(wǎng)的需求。經(jīng)分析計(jì)算,水庫滿足日調(diào)節(jié)時(shí),需要庫容1 500萬m3,對(duì)應(yīng)的水位為308.2m,此水位即作為水庫的死水位。

電站裝機(jī)容量120 MW,裝有4臺(tái)單機(jī)容量為30MW的軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組。電站多年平均發(fā)電量681.49 GW?h,保證出力68.00MW,裝機(jī)利用小時(shí)5 679 h。英布魯水電站電能指標(biāo)如下。

裝機(jī)容量/MW 120

保證出力/MW 68.00

多年平均發(fā)電量/GW?h 681.49

最大發(fā)電水頭/m 20.41

最小發(fā)電水頭/m 16.10

平均水頭/m 18.38

加權(quán)平均水頭/m 18.33

水庫沒有防洪和灌溉要求,當(dāng)電站進(jìn)行調(diào)峰運(yùn)行時(shí),下泄流量達(dá)到860 m3/s,維持2 h左右,調(diào)峰下泄流量接近1 000年一遇洪峰流量962 m3/s。

2.2 電站運(yùn)行方式

英布魯水電站的發(fā)電運(yùn)行方式主要由電站出力特性、電網(wǎng)負(fù)荷要求、電力電量平衡結(jié)果和機(jī)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(yè)和私人企業(yè)、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(tǒng)的用戶組成,并對(duì)已收集到的負(fù)荷曲線進(jìn)行負(fù)荷特性分析,采用歷史負(fù)荷曲線修改法得出設(shè)計(jì)水平年最大負(fù)荷月份的典型日負(fù)荷曲線,詳見表3。由表3可知,設(shè)計(jì)日負(fù)荷曲線的負(fù)荷率γ為0.794,最小負(fù)荷率β為0.695,電網(wǎng)在晚上19:00～20:00出現(xiàn)負(fù)荷高峰。

根據(jù)設(shè)計(jì)水平年2015年的負(fù)荷預(yù)測(cè),剛果電力系統(tǒng)最大發(fā)電負(fù)荷將達(dá)224.9 MW,日豐谷差最大達(dá)68.6MW。2015年電力系統(tǒng)電源點(diǎn)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(jī)容量為264 MW,其中水電占79%,火電占21%。

2015年12月 (負(fù)荷最大月份)不同來水情況典型日電力電量平衡結(jié)果詳見表4。當(dāng)萊菲尼河來水量保證率為95%的枯水時(shí),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(shí),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(jù)上述影響電站發(fā)電運(yùn)行方式因素的分析,確定英布魯水電站發(fā)電運(yùn)行方式為:電站正常運(yùn)行方式和電站調(diào)峰運(yùn)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(wǎng)設(shè)計(jì)水平年典型日負(fù)荷過程

表4 設(shè)計(jì)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(yùn)行方式

一般情況下,水庫維持在正常蓄水位308.50m運(yùn)行,水電站全天24 h有2臺(tái)機(jī)組承擔(dān)基荷,隨著日內(nèi)負(fù)荷的升高 (早上 8:00和 9:00,晚上17:00和18:00),第3臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行,承擔(dān)腰荷,當(dāng)?shù)酵砩?9:00～20:00負(fù)荷最高峰時(shí),第4臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行,承擔(dān)峰荷,此時(shí)電站4臺(tái)機(jī)組全部投入運(yùn)行。

2.2.2 電站調(diào)峰運(yùn)行方式

機(jī)組調(diào)峰時(shí),通過調(diào)節(jié)水輪機(jī)葉片的開度,控制發(fā)電流量,當(dāng)晚上19點(diǎn)至20點(diǎn)時(shí),葉片全部打開,4臺(tái)機(jī)組最大下泄流量為860 m3/s,維持2 h左右。水電站調(diào)峰時(shí),需動(dòng)用水庫日調(diào)節(jié)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(jù)設(shè)計(jì)水平年負(fù)荷要求,英布魯水電站當(dāng)承擔(dān)基荷時(shí),機(jī)組出力最小約50 MW,相應(yīng)機(jī)組發(fā)電流量約為270 m3/s(英布魯水電站1臺(tái)機(jī)組發(fā)電額定流量為215 m3/s,需2臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行),滿足了萊菲尼河下游流量不得小于200 m3/s的生態(tài)要求。

機(jī)組最小發(fā)電運(yùn)行水頭為16.1 m,經(jīng)分析計(jì)算,在洪水期當(dāng)來水大于860 m3/s時(shí),尾水位將超過291.8m,這時(shí)由于水頭較低受阻而停機(jī)不能發(fā)電。

2.3 電站機(jī)組檢修安排

本水電站裝有4臺(tái)單機(jī)容量為30 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組。每臺(tái)機(jī)組每4年檢修1次,即4臺(tái)機(jī)組在4年中可輪流檢修1遍。機(jī)組檢修時(shí)間約為2個(gè)月,安排在電網(wǎng)負(fù)荷較低且入庫流量較小的月份。根據(jù)剛果電網(wǎng)實(shí)際的年負(fù)荷過程,6月和7月的負(fù)荷率分別為88.9%和92.9%,且處于枯水期,因此,檢修時(shí)間安排在6、7月份為宜。在機(jī)組檢修期間,可安排2臺(tái)機(jī)組發(fā)基荷電量,1臺(tái)機(jī)組參與調(diào)峰,從而不影響電站的發(fā)電效益。

3 水庫防洪運(yùn)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(jí)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)與校核洪水標(biāo)準(zhǔn)分別為1 000年一遇和10 000年一遇加20%,相應(yīng)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(wù),汛期的調(diào)度方式以保證工程本身安全度汛為原則。水庫汛期運(yùn)行水位為正常蓄水位308.5 m。

英布魯水電站的泄流設(shè)施為2個(gè)底孔和1個(gè)表孔,在正常蓄水位308.50 m時(shí),不包括電站的總泄流為1 890 m3/s。

汛期泄洪建筑物的調(diào)度方式主要取決于入庫洪水的大小,當(dāng)洪水入庫時(shí),電站照常發(fā)電運(yùn)行,隨著入庫洪水的增加,首先用底孔參與泄洪,當(dāng)?shù)卓组l門全部打開,水位仍上漲,然后再用表孔泄洪。具體防洪運(yùn)行方式如下:當(dāng)汛期流量小于等于4臺(tái)機(jī)組發(fā)電流量860 m3/s時(shí),樞紐通過發(fā)電下泄；當(dāng)汛期流量大于860 m3/s小于等于1 560 m3/s時(shí),機(jī)組停止發(fā)電,樞紐通過2個(gè)底孔參與泄洪；當(dāng)汛期流量大于1 560 m3/s時(shí),機(jī)組停止發(fā)電,樞紐通過2個(gè)底孔和1個(gè)表孔參與泄洪。

在洪水期,機(jī)組最小發(fā)電運(yùn)行水頭為16.1 m,經(jīng)分析計(jì)算,當(dāng)來水大于860 m3/s時(shí),因尾水位將超過291.8 m水頭受阻而停機(jī)不發(fā)電,因此,在進(jìn)入洪水期應(yīng)通過水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)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(jié) 語

英布魯水電站目前已投入運(yùn)行,電站應(yīng)根據(jù)入庫流量的變化、機(jī)組特性和電網(wǎng)實(shí)際需求,合理安排機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和工作位置,要在不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,在保證電站機(jī)組安全運(yùn)行前提下,達(dá)到充分利用水能資源,獲取最大發(fā)電效益的目的。