鐘 娜，張皓天

(1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江省抽水蓄能工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 311122)

與一般抽水蓄能電站相同，縉云抽水蓄能電站(以下簡(jiǎn)稱“縉云電站”)水庫(kù)規(guī)模和集水面積不大。其裝機(jī)規(guī)模較大，機(jī)組發(fā)電流量占下水庫(kù)入庫(kù)洪水的比重較大，機(jī)組的發(fā)電流量對(duì)上、下水庫(kù)的洪水調(diào)節(jié)計(jì)算有較大影響。本文分析縉云電站特點(diǎn)，對(duì)下水庫(kù)采取的洪水調(diào)度原則、洪水調(diào)節(jié)成果，確定的泄洪設(shè)施規(guī)模及電站的停機(jī)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行探討。

1 工程概況

縉云電站位于浙江省麗水市縉云縣境內(nèi)，地處浙江中南部，靠近溫州、臺(tái)州、麗水負(fù)荷中心，地理位置較好。其建成后承擔(dān)浙江電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用[2]等任務(wù)?？N云電站上水庫(kù)正常蓄水位926.00 m，死水位899.00 m；下水庫(kù)正常蓄水位325 m，死水位298 m，總裝機(jī)容量180萬(wàn)kW，上下水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容按日連續(xù)滿發(fā)6 h設(shè)計(jì)；考慮水損備用庫(kù)容等需求，上下水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容分別為865萬(wàn)、823萬(wàn)m3。

縉云電站按裝機(jī)規(guī)模確定為一等大(1)型工程根據(jù)DL5180—2003《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》及 GB50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定，上、下水庫(kù)等永久擋水建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)按200年一遇洪水設(shè)計(jì)，2 000年一遇洪水校核；廠房、輸水系統(tǒng)等發(fā)電建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)按200年一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000年一遇洪水校核。

電站上水庫(kù)大壩位于縉云縣大洋鎮(zhèn)漕頭村方溪源頭，壩址以上集水面積3.93 km2，2 000年一遇24 h洪量298萬(wàn)m3?？尚行匝芯侩A段，經(jīng)泄洪設(shè)施規(guī)模比選，不設(shè)泄洪設(shè)施比設(shè)施泄洪設(shè)施規(guī)?？晒?jié)省1 766萬(wàn)元，選擇上水庫(kù)不設(shè)置泄洪設(shè)施，各頻率洪水位按24 h暴雨形成的洪量全部蓄于正常蓄水位以上計(jì)算。上水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位930.5 m，校核洪水位932.1 m。

圖1 電站位置示意

下水庫(kù)壩址位于方溪干流河段上，龍宮洞水電站至方溪二級(jí)水電站之間、北坑匯合口上游約700 m(見(jiàn)圖1)，壩址以上集水面積20.5 km2(含上水庫(kù))。河道狹窄曲折，河谷斷面呈“V”字形，屬河道峽谷型水庫(kù)。下水庫(kù)主壩為面板堆石壩，預(yù)可行性研究階段初擬泄洪設(shè)施為開(kāi)敞式溢洪道和導(dǎo)流泄放洞，泄放洞正常蓄水位泄流能力約278 m3/s，可行性研究階段經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，將導(dǎo)流泄放洞正常蓄水位泄流能力調(diào)整為89 m3/s，相當(dāng)于下水庫(kù)壩址2～3年一遇洪峰流量。

2 洪水調(diào)度規(guī)則

抽水蓄能電站的上、下水庫(kù)通過(guò)輸水系統(tǒng)相連，上、下水庫(kù)的水量在發(fā)電和抽水工況時(shí)在上下水庫(kù)之間轉(zhuǎn)換，兩庫(kù)實(shí)際上是一個(gè)整體?？N云電站上水庫(kù)不設(shè)泄洪設(shè)施，上庫(kù)洪水通過(guò)機(jī)組泄放至下水庫(kù)，因此下水庫(kù)的調(diào)洪時(shí)需按照上下水庫(kù)的水位(上下水庫(kù)的調(diào)節(jié)水量，含備用庫(kù)容)進(jìn)行調(diào)度。即

(1)

式中，Vsi、Vxi為i時(shí)刻上水庫(kù)和下水庫(kù)的庫(kù)容；Zsi、Zxi為i時(shí)刻上水庫(kù)和下水庫(kù)的水位；Zss、Zxs為i時(shí)刻上水庫(kù)和下水庫(kù)的死庫(kù)容；Vst、Vxt為上水庫(kù)和下水庫(kù)的調(diào)節(jié)庫(kù)容，分別由6 h發(fā)電水量和上、下水庫(kù)的水損備用庫(kù)容50萬(wàn)m3組成。

下庫(kù)泄放洞由施工導(dǎo)流洞改建而成，進(jìn)口底高程為265 m，遠(yuǎn)低于下庫(kù)死水位。根據(jù)式(1)，當(dāng)F(Vsi，Vxi)>0，表明有洪水入庫(kù)，且已超出上下水庫(kù)的發(fā)電調(diào)節(jié)庫(kù)容+水損備用庫(kù)容50萬(wàn)m3。這時(shí)需開(kāi)啟導(dǎo)流泄放洞閥門，泄放洪水，以盡量減少洪水對(duì)發(fā)電庫(kù)容的侵占。當(dāng)入庫(kù)洪水逐漸增加，下水庫(kù)水位漲至下水庫(kù)正常蓄水位265 m時(shí)，溢洪道啟用，通過(guò)溢洪道與泄放洞同時(shí)泄洪。

由于機(jī)組發(fā)電流量對(duì)下庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算影響較大，迭加發(fā)電流量的洪水頻率，對(duì)電站的特征洪水位影響較大，擬定調(diào)度原則時(shí)需選擇合適的迭加標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，鑒于洪水發(fā)生時(shí)間的不確定性，從工程設(shè)計(jì)安全考慮，在擬定的電站運(yùn)行方式基礎(chǔ)上進(jìn)行不同時(shí)間遭遇的組合計(jì)算，以尋求最不利的組合工況。

根據(jù)上述分析，擬定縉云電站的下水庫(kù)的洪水調(diào)度規(guī)則：

(1)當(dāng)下庫(kù)水位在死水位至正常蓄水位之間，且上、下水庫(kù)死水位以上水量超過(guò)6 h發(fā)電調(diào)節(jié)庫(kù)容+50萬(wàn)m3的水損備用庫(kù)容時(shí)，開(kāi)啟導(dǎo)流泄放洞泄洪；當(dāng)水位繼續(xù)上漲至正常蓄水位時(shí)，溢洪道參與泄洪。

(2)當(dāng)入庫(kù)流量小于泄洪設(shè)施的泄流能力時(shí)，按入庫(kù)流量泄洪，水庫(kù)水位不變；當(dāng)入庫(kù)洪水超出泄洪設(shè)施的泄流能力時(shí)，按泄洪設(shè)施的泄流能力下泄，水位壅高。

(3)在洪峰流量出現(xiàn)前，控制泄放洞的流量，實(shí)現(xiàn)下泄流量不超過(guò)壩址已出現(xiàn)的最大洪峰流量；當(dāng)洪峰流量出現(xiàn)后，控制下泄流量不超過(guò)壩址洪峰流量。

(4)洪水結(jié)束后，如果上、下水庫(kù)水位仍未恢復(fù)正常情況，即上、下水庫(kù)死水位以上總蓄水量仍超出超過(guò)6 h發(fā)電調(diào)節(jié)庫(kù)容+50萬(wàn)m3的水損備用庫(kù)容，繼續(xù)利用溢洪道和導(dǎo)流泄放洞泄放洪水，直至上、下水庫(kù)水位恢復(fù)正常情況。

(5)電站上水庫(kù)因不設(shè)泄洪設(shè)施，上水庫(kù)抽水量受上水庫(kù)正常蓄水位控制，上水庫(kù)水位達(dá)到正常蓄水位后，電站停止抽水，洪水經(jīng)機(jī)組發(fā)電后通過(guò)下水庫(kù)泄放。

(6)對(duì)下庫(kù)水位在327.9 m以下時(shí)，均按天然洪水和電站滿發(fā)6 h流量進(jìn)行疊加，考慮不同時(shí)間組合，尋求天然洪水與電站發(fā)電的最不利組合；當(dāng)水庫(kù)水位高于327.9 m時(shí)，電站停機(jī)。取各頻率洪水壩前最高洪水位的外包線，即求得該頻率洪水壩前最高洪水位及相應(yīng)最大下泄流量。

此外，從偏安全考慮，工程設(shè)計(jì)時(shí)還考慮導(dǎo)流泄放洞故障，汛期發(fā)生洪水的偏不利工況，考慮電站停止運(yùn)行，溢洪道自由泄流的情況，對(duì)水庫(kù)各頻率洪水位進(jìn)行校核。

3 洪水調(diào)節(jié)成果及分析

根據(jù)擬定的洪水調(diào)度原則，進(jìn)行縉云電站下水庫(kù)的洪水調(diào)節(jié)計(jì)算?？N云電站下水庫(kù)各頻率的最高洪水位和最大下泄流量成果見(jiàn)下表1。

由表1可見(jiàn)：

(1)對(duì)于1%及以上頻率洪水，最高洪水位出現(xiàn)時(shí)，溢洪道和泄放洞均敞泄、按泄流能力泄洪，表明泄洪設(shè)施規(guī)模與工程的適應(yīng)性很好；同時(shí)避免了高水頭泄放洞頻繁調(diào)整泄量可能產(chǎn)生的閘門運(yùn)行調(diào)度的難度及穩(wěn)定性問(wèn)題。

(2)縉云電站的6臺(tái)機(jī)組滿發(fā)流量357 m3/s，已超出下庫(kù)壩址大壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪峰流量。目前，下庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位高出正常蓄水位3.30、4.30 m，仍在樞紐設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)，表明確定的停機(jī)水位是合適的。若繼續(xù)抬高停機(jī)水位，將引起下泄流量超出入庫(kù)洪峰流量，造成人造洪水，對(duì)下游防洪不利。

表1 縉云電站下水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果

注：括號(hào)中數(shù)字為溢洪道和導(dǎo)流泄放洞的最大泄量。

(3)考慮泄放洞故障、機(jī)組停機(jī)的校核工況，大壩200年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和2 000年一遇校核標(biāo)準(zhǔn)洪水位分別為329、330 m，分別比設(shè)計(jì)工況超出0.70 m，最終大壩的設(shè)計(jì)、校核洪水位按校核工況采用。

鑒于洪水調(diào)度原則中選擇下水庫(kù)水位在327.9 m以上即停機(jī)，本文對(duì)P=0.5%廠房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下電站發(fā)電受影響程度進(jìn)行分析，見(jiàn)表2。

表2 洪水期縉云電站發(fā)電運(yùn)行受影響程度分析(P=0.5%)

由表2可見(jiàn)，當(dāng)縉云電站下水庫(kù)遭遇廠房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水，48個(gè)計(jì)算組合中，有38%的組合電站可發(fā)足6 h，電站發(fā)電不受入庫(kù)洪水的影響；有86%的組合電站可發(fā)足4 h；僅有14%的組合電站發(fā)電時(shí)間不足4 h，但仍可達(dá)3.9 h，大于縉云電站日平均利用小時(shí)數(shù)3 h。這表明目前采取的停機(jī)水位對(duì)縉云電站來(lái)說(shuō)是合適的。

4 討 論

(1)縉云電站設(shè)計(jì)、校核工況水庫(kù)出現(xiàn)最高洪水位時(shí)，溢洪道和泄放洞均按泄流能力泄洪，表明溢洪道和泄放洞的規(guī)模與水庫(kù)規(guī)模是匹配的；同時(shí)，縉云電站可研時(shí)也研究了掛閘溢洪道對(duì)工程經(jīng)濟(jì)性的影響。技術(shù)方案比較顯示，開(kāi)敞式溢洪道比掛閘溢洪道壩高增加2.8 m，溢洪道寬度縮小7 m，前者費(fèi)用僅比二者增加400萬(wàn)元；可研設(shè)計(jì)考慮縉云電站下庫(kù)洪水匯水時(shí)間短，峰高量大，開(kāi)敞式溢洪道比掛閘溢洪道運(yùn)行靈活、可靠性更高，選擇開(kāi)敞式溢洪道。

(2)縉云電站建成后作為浙江省重要的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相及緊急事故備用電站，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理情況下應(yīng)盡量選擇較高的發(fā)電停機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。但技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表明，縉云電站選擇目前的停機(jī)標(biāo)準(zhǔn)是比較經(jīng)濟(jì)的，機(jī)組提高停機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，電站的經(jīng)濟(jì)性變差；同時(shí)，從國(guó)家能源局批復(fù)的浙江省2020年水平的選點(diǎn)規(guī)劃推薦站點(diǎn)規(guī)模和布局來(lái)看，浙江省內(nèi)已在建及規(guī)劃抽蓄已達(dá)到1 220萬(wàn)kW。其中，在浙中地區(qū)已有仙居和桐柏兩座抽水蓄能電站，即使有外送上海和江蘇的需求，但仍有部分容量留在浙江?；诖耍N云電站汛期的停機(jī)標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)降低也是合適的；因此，對(duì)于抽水蓄能電站的停機(jī)水位，應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)的需求、省內(nèi)抽水蓄能電站的布局及規(guī)模和電站的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行選擇。

(3)縉云電站下水庫(kù)在水位超出327.9 m以上時(shí)機(jī)組停止發(fā)電，看似停機(jī)標(biāo)準(zhǔn)僅P=5%一遇。實(shí)際上，即使對(duì)于P=0.5%廠房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水，仍有38%的組合情況電站的發(fā)電運(yùn)行不受影響；最不利的組合情況電站也可發(fā)出3.9 h，仍大于電站設(shè)計(jì)日平均發(fā)電時(shí)間；且通過(guò)后期進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)度，如采取分級(jí)控制水位、逐級(jí)關(guān)機(jī)方案，至少可將停機(jī)時(shí)間控制在1.5 h以內(nèi)。

(4)縉云電站下水庫(kù)壩址上游建有龍宮洞水電站，該電站從外流域的大洋水庫(kù)引水發(fā)電，發(fā)電尾水進(jìn)入縉云電站下庫(kù)。從偏安全考慮，縉云電站在可研設(shè)計(jì)中，考慮了上游龍宮洞水電站汛期從大洋水庫(kù)引入的水量對(duì)入庫(kù)洪水的影響。對(duì)于抽水蓄能電站壩址上游有外流域引水的電站，應(yīng)考慮外流域引水對(duì)本電站入庫(kù)洪水的影響，尤其對(duì)于下水庫(kù)的壩址集水面積不大、外流域引水規(guī)模占比的情況。