尹 坤，陳應(yīng)球，邵 堃，劉本銀

（華能西藏發(fā)電有限公司，拉薩 850000）

1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的提出

飛仙關(guān)水電站工程位于雅安市蘆山縣飛仙關(guān)鎮(zhèn)，為青衣江干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第一級(jí)，下一級(jí)為已建雨城電站。壩址距下游飛仙關(guān)峽口約150m，電站設(shè)計(jì)正常蓄水位623m，正常尾水位598m，下游校核洪水位627m。

飛仙關(guān)電站下一梯級(jí)電站雨城電站正常蓄水位為598m，回水至峽口下游與飛仙關(guān)電站尾水銜接。通過(guò)枯水時(shí)段的現(xiàn)場(chǎng)觀察（即時(shí)流量約150m3／s），峽口處河道最窄處枯水期河面僅約15m，較上、下河道有非常明顯的縮窄，峽口上、下游水流相對(duì)平緩，峽口處天然河道水流流速則較大，有明顯的跌落，峽口“阻流頂水”現(xiàn)象較明顯。由于該峽谷河段的節(jié)制作用，使得飛仙關(guān)水電站尾水位有所壅高，且造成尾水洪、枯水位變幅近30m（P=0.2%的校核洪水位與設(shè)計(jì)尾水位水位差），對(duì)行洪和發(fā)電較為不利。因此，有必要對(duì)飛仙關(guān)峽口進(jìn)行河道拓寬疏浚，擴(kuò)大峽口處的過(guò)流面積，特別是拓寬小流量情況下的過(guò)水面積，降低壩下水位，增大發(fā)電水頭，增加裝機(jī)容量和發(fā)電量，同時(shí)有利于河道行洪，最終達(dá)到“挖潛增效”的目的。

2 峽口擴(kuò)寬開(kāi)挖方案的設(shè)計(jì)

峽口拓寬開(kāi)挖方案的設(shè)計(jì)主要考慮拓寬峽口河床后盡可能減少峽口“阻流頂水”，增加枯水期峽口過(guò)流斷面，降低河道水流流速。根據(jù)峽口位置地形，擬定的開(kāi)挖方案為：在不影響高漫灘臺(tái)地以上高邊坡穩(wěn)定和下游G318的情況下，盡可能地拓寬河床，開(kāi)挖底高程按河床深溝段高程確定，以最大限度地增加小流量時(shí)的過(guò)流斷面，對(duì)開(kāi)挖后坡面采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施。

具體實(shí)施方案如下：峽口拓寬整治位于左岸，順?biāo)飨蜷_(kāi)挖長(zhǎng)度約為370m，開(kāi)挖底高程約為593m，拓寬峽口河道10～35m，開(kāi)挖坡比采用1：0.75，開(kāi)口線距陡巖為3～10m。

3 峽口拓寬后水位流量關(guān)系曲線的對(duì)比

根據(jù)擬定的峽口拓寬斷面資料，參考不同設(shè)計(jì)階段所測(cè)量的同時(shí)水邊線資料，利用雨城電站回水計(jì)算成果，并結(jié)合峽口河段的實(shí)際糙率，采用水力學(xué)公式計(jì)算，重點(diǎn)進(jìn)行合理性分析。最終確定峽口拓寬后的飛仙關(guān)水電站壩下100m水位流量關(guān)系曲線，與拓寬前的水位流量關(guān)系曲線對(duì)比見(jiàn)圖1。

圖1 峽口拓寬前后壩下100m水位流量關(guān)系曲線對(duì)比圖

從圖1可以看出，在各級(jí)流量下，峽口拓寬后，壩下水位均有不同程度的降低。在正常發(fā)電流量情況下，水位降低約50cm；在下游校核流量情況下，水位降低約3.8m，峽口拓寬整治對(duì)發(fā)電和行洪的影響比較顯著。

4 水庫(kù)動(dòng)能分析

4.1 邊界條件及計(jì)算結(jié)果

原可研階段設(shè)計(jì)的飛仙關(guān)水電站裝機(jī)容量為100MW，水電站單獨(dú)運(yùn)行時(shí)裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)為4 524h。根據(jù)峽口拓寬重新計(jì)算的壩下100 m水位流量關(guān)系曲線，初擬以下3個(gè)方案進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算。

1）維持原裝機(jī)容量不變，計(jì)算動(dòng)能指標(biāo)。

2）基本維持原裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)，確定裝機(jī)容量及其他動(dòng)能指標(biāo)。

3）根據(jù)四川現(xiàn)有同類(lèi)型水電站裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)，同時(shí)考慮到主機(jī)廠家已完成部分設(shè)計(jì)和設(shè)備下料，在不影響主機(jī)制造進(jìn)度和保證現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度前提下，水輪機(jī)流道尺寸不變，確定裝機(jī)容量及其他動(dòng)能指標(biāo)。

在其他計(jì)算基本資料（徑流資料及設(shè)計(jì)代表年選擇、庫(kù)容曲線、水頭損失、綜合用水，壩前設(shè)計(jì)水位、電站運(yùn)行方式、設(shè)計(jì)水平年和設(shè)計(jì)保證率）都保持不變的情況下，對(duì)以上3種方案進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 飛仙關(guān)水電站各裝機(jī)容量動(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

4.2 計(jì)算結(jié)果分析

從能量指標(biāo)看，由于下游水位流量關(guān)系曲線的變化，方案一至方案三均較原可研的年發(fā)電量有所增加，且枯期電量增加約270萬(wàn)kWh；隨著裝機(jī)容量的加大，方案一至方案三的多年平均發(fā)電量隨之增大。

從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，通過(guò)拓寬峽口、疏浚河道，從而降低下游水位總的來(lái)說(shuō)是經(jīng)濟(jì)的，適當(dāng)增大裝機(jī)是有利的。

5 裝機(jī)容量調(diào)整及廠房結(jié)構(gòu)變化

由于峽口拓寬整治后，壩下水位有所降低，機(jī)組工作水頭相應(yīng)發(fā)生變化，考慮到水輪發(fā)電機(jī)組已經(jīng)訂貨，機(jī)組的設(shè)計(jì)已進(jìn)行到具體的部件加工圖階段，已完成部分水輪機(jī)埋入部件制作或鑄件木模制作的實(shí)際情況。所以最終確定的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案為：在機(jī)組流道尺寸不變、不影響廠家生產(chǎn)制作和供貨以保證現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度的前提下，通過(guò)機(jī)組設(shè)計(jì)優(yōu)化，單機(jī)裝機(jī)容量由50MW提高到了53MW。

電站單機(jī)裝機(jī)容量由50MW提高到了53MW，水輪機(jī)槳葉安裝高程調(diào)整為592.00m，較原設(shè)計(jì)降低1.5m，廠房除整體下降1.5m外，廠房結(jié)構(gòu)基本沒(méi)發(fā)生變化。對(duì)應(yīng)于安裝高程的降低，廠房的建基高程降低1.5m，尾水渠底高程降低0.5m，石方開(kāi)挖和砼工程量相應(yīng)增大。

6 機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)整

在峽口河道拓寬整治后，電站額定水頭由20.0m提高到20.7m，在保持水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑6.2m不變的情況下，使水輪機(jī)在高效區(qū)安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)反復(fù)計(jì)算，機(jī)組在額定水頭20.7m的情況可發(fā)出的出力為53MW。根據(jù)廠家提供的轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線進(jìn)行分析：當(dāng)額定水頭由20.0m提高到20.7m，單機(jī)裝機(jī)容量由50MW提高到53MW時(shí)，水輪機(jī)額定工況點(diǎn)效率增加，能量指標(biāo)更好，穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域也更優(yōu)，但空蝕系數(shù)增加，機(jī)組安裝高程需降低。與原方案比較，主廠房除整體下降1.5m外，長(zhǎng)、寬尺寸均沒(méi)有發(fā)生變化。

電站裝機(jī)單機(jī)容量增加3MW后，發(fā)電機(jī)因容量增加導(dǎo)致總重比原方案增加24t，其余設(shè)備如調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備、橋機(jī)等均與原方案相同。上游正常水位未變，尾水位有所降低，主廠房流道尺寸、閘門(mén)孔口尺寸未變，僅安裝高程降低了1.5m，閘門(mén)及埋件的設(shè)計(jì)基本無(wú)變化。

發(fā)電機(jī)額定電流由3 234A增加為3 429A，使得發(fā)電機(jī)出口及中性點(diǎn)電流互感器額定電流由4 000A增加為5 000A；連接發(fā)電機(jī)出口與主變壓器低壓側(cè)的共箱母線額定電流由4 000A增加為4 500A；10kV高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電流互感器額定電流由4 000A增加為5 000A，主變壓器額定容量未變，仍為63MVA，220kV設(shè)備參數(shù)未受影響。

繼電保護(hù)、測(cè)量及自動(dòng)裝置系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)；220V直流電源系統(tǒng)及UPS系統(tǒng)、全廠公用設(shè)備的控制系統(tǒng)、機(jī)組輔助設(shè)備的控制系統(tǒng)等硬件配置基本不變，對(duì)電氣一次設(shè)備變化影響較小。

7 投資估算

根據(jù)2011年三季度價(jià)格水平，參照原可研階段概算編制其他相關(guān)邊界條件，計(jì)算本次優(yōu)化設(shè)計(jì)方案需增加的工程靜態(tài)總投資為1440萬(wàn)元。

電站裝機(jī)容量增加6MW后，較原設(shè)計(jì)方案相對(duì)投資增加1440萬(wàn)元，電站單獨(dú)運(yùn)行及聯(lián)合運(yùn)行的年發(fā)電量、枯期發(fā)電量都有明顯增加，補(bǔ)充單位千瓦投資為2400元，聯(lián)合運(yùn)行補(bǔ)充單位電能投資為0.914元，補(bǔ)充單位千瓦投資和補(bǔ)充單位電能投資均較低。

8 結(jié)語(yǔ)

飛仙關(guān)水電站通過(guò)峽口拓寬優(yōu)化設(shè)計(jì)，起到了挖潛增效的效果，經(jīng)濟(jì)效益明顯。峽口拓寬后壩下水位降低，增加了大壩汛期泄洪能力，有利于防洪，同時(shí)降低了壩前設(shè)計(jì)及校核洪水位，增大了壩體安全系數(shù)。

此次優(yōu)化設(shè)計(jì)存在的不足在于啟動(dòng)時(shí)間較晚，主廠房及安裝間整體下沉1.5m后，對(duì)正在施工的廠房壩段爆破開(kāi)挖造成了一定的影響，二次開(kāi)挖增加了投資。如果該優(yōu)化設(shè)計(jì)能在可研階段完成，由于下游洪水位的降低，大壩過(guò)流能力增加，壩前校核洪水位隨之降低，后續(xù)可開(kāi)展降低壩頂高程、降低廠房下游防洪墻高度等設(shè)計(jì)優(yōu)化項(xiàng)目，能取得降低工程總體投資，加快施工進(jìn)度的更好的效果。

［1］ 楊建東.某水電站出線門(mén)形架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2011（04）：78-79+82.

［2］ 詹建美.回龍水電站施工導(dǎo)流圍堰設(shè)計(jì)與施工［J］.山西建筑，2009（01）：45-48.