(湖北省水利水電科學(xué)研究院，湖北 武漢 430070)

1 工程概述

黃茅山水電站位于湖北省襄州區(qū)龍王鎮(zhèn)，現(xiàn)有新、老兩個水電站。黃茅山老電站于1987年投入使用，現(xiàn)有三臺機組運行。老電站現(xiàn)運行水頭約7.30m，三臺水輪發(fā)電機額定功率分別為630kW、630kW和200kW，型號分別為SF500-20/2150、SF500-20/2150和SF200-12/850。其中630kW的水輪發(fā)電機額定功率因數(shù)為0.8，額定電壓6.30kV，額定電流57.60A，額定轉(zhuǎn)速300r/min；200kW的水輪發(fā)電機額定功率因數(shù)為0.8，額定電壓0.40kV，額定電流361A，額定轉(zhuǎn)速500r/min。老電站進水池前通過長約600m的引水渠將小清河(溢流壩前新電站進水池旁)的水引到老電站，然后通過三個引水壓力管道分別進入三臺水輪機將水能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能進而轉(zhuǎn)化為電能，再流入尾水渠，最后匯入小清河。

黃茅山新電站于2015年投入運行，現(xiàn)有兩臺機組運行。新電站現(xiàn)運行水頭約7.10m，安裝兩臺型號相同水輪機組，水輪機型號為ZDTP502-LH-200，額定水頭7.50m，額定流量為15.92m3/s，額定功率為1064kW，額定轉(zhuǎn)速187.50r/min；發(fā)電機型號為SF1000-32/3300，額定功率因數(shù)為0.8，額定電壓為6.30kV，額定電流為114.60A。黃茅山新電站直接引用小清河的水進入引水壓力管道，然后通過水輪機將水能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能進而轉(zhuǎn)化為電能，通過尾水渠匯入小清河。

2 效益分析思路

此次分析評價新電站發(fā)電對老電站發(fā)電的影響，主要方法是通過監(jiān)測新電站正常發(fā)電和不發(fā)電時，在上、下游其他水電站照常發(fā)電和老電站導(dǎo)葉開度不變的情況下，對老電站的各項指標(biāo)進行分析。按此思路，主要對上游進水位及下游尾水位進行檢測，上游3個點，分別為位于新電站前池、老電站進水池和溢洪堰部位。下游3個點，分別位于新、老電站尾水渠處和下游尾水交匯處。同時對新、老電站的機組導(dǎo)葉開度和功率等指標(biāo)進行檢測。要求為：?待水位穩(wěn)定后方可對上述指標(biāo)進行監(jiān)測；?新電站關(guān)機待水位穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)；?監(jiān)測日前該地區(qū)7天內(nèi)沒有降水。

3 水位測量點的選擇和布置

通過對新、老電站的實地考察，決定選取8個基準(zhǔn)點：1號基準(zhǔn)點為溢洪道水位基準(zhǔn)點，位于溢洪道左側(cè)；2號基準(zhǔn)點為新電站站前進水池水位基準(zhǔn)點，位于新電站攔污柵旁邊；3號基準(zhǔn)點為老電站涵洞進口水位基準(zhǔn)點，位于新電站旁邊的老電站引水渠涵洞進水口左側(cè)；4號基準(zhǔn)點為老電站涵洞出口水位基準(zhǔn)點，位于新電站旁邊的老電站進水明渠涵洞出口左側(cè)；5號基準(zhǔn)點為新電站尾水水位基準(zhǔn)點，位于新電站尾水渠左側(cè)；6號基準(zhǔn)點為老電站進水池水位基準(zhǔn)點，位于老電站進水池右側(cè)；7號基準(zhǔn)點為老電站尾水水位基準(zhǔn)點，位于老電站尾水渠右側(cè)；8號基準(zhǔn)點為尾水交匯處水位基準(zhǔn)點，位于尾水交匯處右側(cè)。

針對此次新電站對老電站發(fā)電影響的評價，主要測試點為新電站進水池前的水位、老電站進水池水位、老電站尾水水位以及尾水交匯處水位，其他測試點為參考水位點。其中新電站進水池水位有新電站允許發(fā)電的最低水位值(84.00m)，此次工程測量的是進水池水位高于新電站允許發(fā)電的最低水位；老電站進水池水位和尾水水位是直接影響老電站發(fā)電量的參數(shù)；尾水交匯處水位可以作為上游來水量是否變化的參考。

4 實測技術(shù)參數(shù)及分析

4.1 實測技術(shù)參數(shù)

在各種工況下，對新、老電站進出口水位及功率進行實測。實測分兩種工況進行：工況一為新、老電站同時開機的情況；工況二為新電站停機老電站正常運行的情況。

經(jīng)現(xiàn)場對兩種工況進行實測：工況一，新、老電站同時發(fā)電時，新電站功率1號機組907kW，2號機組903kW，老電站進口水位83.921m，尾水水位為76.632m，老電站功率1號機組510kW，2號機組510kW，3號機組110kW；工況二，新電站停機老電站正常運行時，老電站進口水位84.206m，尾水水位為76.637m，老電站功率1號機組560kW，2號機組560kW，3號機組120kW。

4.2 技術(shù)參數(shù)合理性分析

實測新電站進水池水位在新電站停機后，在一定時間內(nèi)隨時間增加。約24h后，水位基本穩(wěn)定。從理論上分析，由于上游來水流量不變，新電站停機后原經(jīng)新電站的流量將溢流和通過老電站，溢流流量將增加，根據(jù)溢流量水力計算公式可得到溢洪道前的水位增加，新電站進水池水位也在溢洪道前，所以水位也會增加，待達到新平衡后，新電站進水池水位將穩(wěn)定在一定值。新電站進水池實測水位變化趨勢與理論分析相符合，因此此次新電站水位實測有效。

實測老電站進水池水位，在新電站停機后，在一定時間內(nèi)隨時間增加，約24h后，水位基本穩(wěn)定。從理論上分析，由于上游來水流量不變，新電站停機后原經(jīng)新電站的流量將溢流和通過老電站，老電站的流量將增加，老電站進水池水位也會增加，待達到新的平衡后，老電站進水池水位將穩(wěn)定在一定值。因此，老電站進水池實測水位變化趨勢與理論分析相符合，此次老電站進水池水位實測有效。

實測老電站尾水水位，在新電站停機后，先大幅度降低后再小幅度上升，約24h后，水位穩(wěn)定(與新電站停機前基本一致)。根據(jù)分析，新電站停機后，新電站的尾水量將迅速減少至零，老電站尾水水位將迅速下降，與之相通的老電站尾水水位短時內(nèi)降低；由于上游來水流量不變，待原經(jīng)新電站流量通過溢流和老電站流到下游時，下游水位將會提高，老電站尾水水位也會增加，待達到新的平衡后，老電站尾水水位將穩(wěn)定在一定值(與新電站停機前基本一致)。老電站尾水實測水位變化趨勢與理論分析相符合，因此此次老電站尾水水位實測有效。

實測老電站功率，在新電站停機后，先增加后緩慢減少，最后趨于穩(wěn)定。根據(jù)分析，老電站的發(fā)電功率在新電站停機以后，先因水位差的增大而提高，后由于水位的逐漸平穩(wěn)而逐漸降低，最終穩(wěn)定于高于新、老電站同時發(fā)電時的功率。老電站功率變化趨勢與理論分析相符合，因此此次老電功率實測有效。

因此，新、老電站的水位及功率變化情況符合基本的水動力學(xué)原理，故測量數(shù)據(jù)有效，可作為評定對老電站發(fā)電量影響的數(shù)值依據(jù)。

5 新電站對老電站影響分析

5.1 影響老電站發(fā)電因素

5.1.1 來水流量

此次評價是基于上游來水流量不變且溢洪道存在溢流的情況下進行的。該情況下，上游來水量大于新、老電站總發(fā)電流量，不存在新電站搶老電站發(fā)電流量或來水流量不足的問題。

5.1.2 上、下游水位

新、老電站同時發(fā)電時，溢流堰水位為84.19m(此次測量值，下同)?；谏嫌蝸硭髁坎蛔?，下游尾水交匯處的水位不變。

新電站不發(fā)電、溢流堰閘門開度不變時，溢流堰由于過流量增加，溢流堰水位升至84.39m。上游水位抬高約0.19m，老電站下游尾水水位抬高約6.50mm，從而影響老電站的發(fā)電出力；新電站不發(fā)電、溢流堰閘門開度加大時，可使溢流堰過流量增加而保持原水位84.19m。老電站上游進水池水位不變，同時老電站尾水位在新電站發(fā)電、不發(fā)電兩種情況下也不變，因此，在此情況下，老電站的發(fā)電出力不受影響。

5.1.3 電站進出水流流態(tài)

老電站進水池和出水渠水流不穩(wěn)定，流態(tài)的不穩(wěn)定可能導(dǎo)致水頭損失增大。

5.2 新、老電站技術(shù)參數(shù)變化及影響分析

在新、老電站同時發(fā)電時，可從實測技術(shù)參數(shù)中得到，老電站進水池水位為83.92m，老電站尾水水位為76.63m，老電站進水池水位與尾水水位之差為7.29m，即毛水頭為7.29m，老電站三個機組發(fā)電功率分別為510kW、510kW、110kW，即老電站發(fā)電功率為1130kW；溢流堰閘門開度不變，在新電站不發(fā)電、老電站發(fā)電時，可以從實測技術(shù)參數(shù)中得到，老電站進水池水位為84.21m，老電站尾水水位為76.64m，老電站進水池水位與尾水水位之差為7.57m，即毛水頭為7.57m，老電站三個機組發(fā)電功率分別為535kW、535kW、110kW，即老電站發(fā)電功率為1180kW。

這里可以得出，新電站停機后，老電站的進水池水位會上升，尾水水位上升很小，毛水頭增加，由水輪機出力計算公式可以得到老電站機組出力會有所增加，老電站的發(fā)電功率也會有所增加。

從老電站進水池和尾水水位的變化和發(fā)電功率來分析，老電站毛水頭從7.29m增加到7.57m，毛水頭增加了0.28m，即老電站毛水頭增加了3.84%；老電站發(fā)電功率從1130kW增加到1180kW，增加了50kW，即老電站發(fā)電功率增加了4.42%。

因此，從監(jiān)測的結(jié)果來看，新電站發(fā)電與不發(fā)電時，老電站進水池水位分別為83.92m和84.20m，尾水位分別為76.63m和76.64m。新電站停止發(fā)電后，老電站進水池水位上升0.28m，尾水位基本不變。在

新電站停機，但通過控制閘門開度保持溢洪道水位不變(即新電站同時發(fā)電)的情況下，老電站上游水位也不變，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，在兩種情況下尾水位也不變，因此老電站毛水頭也不變，老電站發(fā)電功率不受新電站發(fā)電影響。