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        隔河巖水電站水資源的高效利用與水害防范

        2020-05-22 08:24:50梁文岳覃進(jìn)一
        水電與新能源 2020年4期
        關(guān)鍵詞:水能清江水頭

        梁文岳,覃進(jìn)一

        (湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司,湖北 宜昌 443000)

        1 水資源的充分利用

        1.1 梯級發(fā)電重復(fù)利用水能

        為更充分的利用水能,優(yōu)化水能資源的配置,清江流域以清江梯調(diào)為遠(yuǎn)方集中控制中心,三級電站為水能利用點(diǎn)形成梯級水能開發(fā)模式。通過利用串聯(lián)水庫形成的巨大優(yōu)勢,提高庫容的重復(fù)利用,根據(jù)水量平衡的原則,整合水庫調(diào)度、發(fā)電調(diào)度等方面的因素[1],縮短開機(jī)時間,極大提高水能、設(shè)備、人力等資源的最大化和可利用率,將水能可持續(xù)利用的目標(biāo)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

        1.2 精準(zhǔn)水情保障發(fā)電效益

        水情的準(zhǔn)確預(yù)測可以有效提高水能利用效率。清江流域的水情自動測報系統(tǒng)以及流域各地區(qū)水文部門的防汛報訊為水資源科學(xué)調(diào)度、電能最大化提供堅實(shí)的保證。清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司于2008年對原有的系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化,更新后的系統(tǒng)有效降低了傳輸延時,加強(qiáng)了站點(diǎn)的互換功能,能及時準(zhǔn)確地為3座水電站的發(fā)電計劃提供可靠保證。隔河巖水庫總庫容30.18億m3(正常水位200 m時),防洪庫容8.7億m3,汛期限制水位193.6 m,在此水位下防洪庫容可達(dá)5億m3。隔河巖電站運(yùn)行部門聯(lián)合梯級調(diào)度利用氣象與水情信息,通過加密巡檢巡視,觀測現(xiàn)場環(huán)境狀況,再結(jié)合設(shè)備狀態(tài)與梯級調(diào)度及時溝通聯(lián)系,綜合電網(wǎng)等各方面的需要,計算每年動態(tài)最優(yōu)水位,優(yōu)化水庫調(diào)度方案,規(guī)劃發(fā)電計劃,汛期加快騰出庫容,汛后期提前回蓄水位等一些列措施,防棄水、保發(fā)電,避免造成水資源的浪費(fèi)。

        1.3 棄水搶發(fā)減少水能損失

        因清江流域梯級發(fā)電規(guī)模的形成以及科學(xué)精準(zhǔn)調(diào)度,隔河巖水電站受厄爾尼諾氣候影響的棄水在近10年來占比不到20%。但棄水的形成,無疑是對低碳、綠色能源的浪費(fèi),也會影響經(jīng)營效益。隔河巖水電站從運(yùn)行管理、人員調(diào)配等方面使防汛工作規(guī)范化、制度化,完成防汛設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)項目200余項,完成4臺機(jī)組以及80余臺套輔助設(shè)備計劃檢修,保證設(shè)備健康水平。在2016-07-19日超百年一遇洪水到來時,保持機(jī)組安全運(yùn)轉(zhuǎn)而不停機(jī),在泄洪的同時,減少停機(jī)時間,加大發(fā)電力度,增加發(fā)電量,將水能資源得到安全充分利用。

        2 水資源的高效轉(zhuǎn)換

        水輪機(jī)的出力和發(fā)電水頭、發(fā)電流量成正比(N=9.81ηQH),也就是說水頭越高,流量越大,其能量也就越大[2]。水頭的變化會直接影響機(jī)組的有功調(diào)節(jié)性能,進(jìn)而影響水能利用率,影響發(fā)電效率。

        2.1 減少高水耗運(yùn)行時間

        隔河巖水電站最大發(fā)電水頭121.5 m,最小發(fā)電水頭80.7 m,水量利用率達(dá)92.3%。隔河巖水電站與清江梯調(diào)配合優(yōu)化運(yùn)行,根據(jù)梯級電站階段性發(fā)電計劃加大對機(jī)組實(shí)時出力的控制力度,控制機(jī)組小出力運(yùn)行時間,通過反饋調(diào)節(jié)過機(jī)流量,優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行工況,減少水頭損失,達(dá)到節(jié)能增效目的。

        2.2 利用綜合特性曲線降低過機(jī)流量

        根據(jù)隔河巖機(jī)組綜合特性圖(見圖1)水頭、流量及出力的關(guān)系,優(yōu)化調(diào)速器反應(yīng)時間,調(diào)節(jié)調(diào)速系統(tǒng)的開限,既不能因開限過高而造成過負(fù)荷運(yùn)行,也不能因?yàn)殚_限的壓制,使機(jī)組不能滿負(fù)荷運(yùn)行。圖中1列舉了三種不同水頭下,機(jī)組出力與過機(jī)流量的對應(yīng)關(guān)系,通過不斷的調(diào)節(jié)與修正,在滿足負(fù)荷的要求下降低過機(jī)流量,減少水能損失。

        圖1 隔河巖機(jī)組綜合特性圖

        2.3 減少因外界環(huán)境影響造成的水頭損耗

        隔河巖水利樞紐進(jìn)水口上游有一處客運(yùn)碼頭,一處旅游碼頭,樹枝及生活垃圾等經(jīng)常堆積于壩前攔污柵處,尤其在暴雨過后,樹枝及垃圾的存在使機(jī)組水頭損失特別大,電站運(yùn)行管理過程中通過加強(qiáng)人工清污外,還與地方協(xié)調(diào)配合,將污物盡量提前在上游河道清除,避免過多堵塞到攔污柵前,通過這些措施減少水耗,提高發(fā)電效益。

        3 水害的防范

        水資源合理利用可以造福人民,但因自然災(zāi)害、壩體滲水處理不及時、擋水建筑物損壞以及發(fā)電設(shè)備設(shè)施故障等防范措施未做到位,同樣可導(dǎo)致水淹廠房事故發(fā)生,引起重大人身傷亡和財產(chǎn)損失。

        2009-08-17日,俄羅斯薩揚(yáng)-舒申斯克水電站發(fā)生特別重大的事故,因其2號機(jī)組頂蓋43顆螺栓斷裂,頂蓋與轉(zhuǎn)子在高壓水的作用下飛出機(jī)坑,水不受控制后全部沖入廠房,造成水淹廠房事故。其中2、7號和9號水輪發(fā)電機(jī)組徹底被毀,其余水輪發(fā)電機(jī)組全部受損,事故造成75人死亡。事故后分析發(fā)現(xiàn),薩揚(yáng)電站6號機(jī)組檢修,檢修閘門落下,進(jìn)水管路無水,因此損壞最輕;5號機(jī)組正常運(yùn)行,事故發(fā)生后導(dǎo)葉自行關(guān)閉,將水能控制,損壞也比較輕[3]。

        水害無處不在,突然襲擊的暴雨,檢修泵、滲漏排水泵等設(shè)備問題,供水水管破裂,壓力鋼管漏水,頂蓋排水不暢等問題都可能造成水淹廠房,甚至造成機(jī)毀人亡的水害事故。因此隔河巖電站運(yùn)行管理中通過對擋水建筑物滲漏水的監(jiān)測、設(shè)備缺陷的排查、水壓水位的監(jiān)視等將水能限制在可控范圍內(nèi),力求安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        3.1 通過水泵啟停間隔發(fā)現(xiàn)大壩廊道漏水情況

        2016-09-15日,隔河巖運(yùn)行值班員發(fā)現(xiàn)大壩右護(hù)泵站水泵啟停頻率減少這一現(xiàn)象。通過查閱歷史數(shù)據(jù)和記錄,當(dāng)天與前幾日情況差不多,均在20~30 h啟動一次,這與機(jī)組正常備用狀態(tài)下的3h左右啟動一次差異巨大(圖2)。在現(xiàn)場人員排除通訊故障、傳感器故障等問題后,結(jié)合右護(hù)泵站所處在4號機(jī)組引水隧洞旁的實(shí)際情況,通過調(diào)用監(jiān)控系統(tǒng)歷史站4號機(jī)組檢修時間段(9月12~21日)引水隧洞排水前后右護(hù)泵站水位變化曲線,對比分析后,合理推斷出隔河巖4號機(jī)組引水隧洞存在滲漏情況,并在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)引水洞內(nèi)混凝土多處破損的重大缺陷。

        圖2 2019-09-07日至27日右護(hù)水泵啟動時間間隔圖

        3.2 通過滲漏泵啟停頻率發(fā)現(xiàn)三號機(jī)蝸殼放空閥處破裂情況

        2016年12月,運(yùn)行人員在數(shù)據(jù)統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)滲漏泵啟動頻率變快,啟動時間間隔變短的不正?,F(xiàn)象(見圖3)。

        圖3 2016年9月至12月廠房滲漏泵啟停間隔時間圖

        在排除滲漏泵設(shè)備本身問題后,加強(qiáng)全廠巡視巡查,隨后發(fā)現(xiàn)3號機(jī)蝸殼放空閥處有沙眼,漏水量較大。經(jīng)過對該沙眼的簡單處理后,發(fā)現(xiàn)滲漏泵啟停間隔時間有所變長,因此確定了水量的來源。之后在3號機(jī)檢修中,將該位置重新進(jìn)行了混凝土的灌注,避免了沙眼的擴(kuò)大,有效地制止了水災(zāi)的發(fā)生。

        隔河巖水電站在運(yùn)行管理過程中通過不斷地將關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析,及時發(fā)現(xiàn)安全隱患,并擇機(jī)處理水害的危險,做到防微杜漸,避免重大事故的發(fā)生。

        3.3 確保防汛設(shè)備可靠運(yùn)行,大壩防汛功能萬無一失

        防洪是水利工程的重要功能,具有重要的民生意義。1998-08-07日,隔河巖4臺機(jī)組全停,關(guān)閉所有泄洪閘門,長江第4次洪峰61 500 m3/s通過宜昌河段,隔河巖截住了清江洪峰2 700 m3/s,致使水庫蓄水位達(dá)到203.94 m,逼近204 m的校核水位,使下游沙市水位降低18~20 cm,避免了災(zāi)害性的荊江分洪,為長江錯峰承擔(dān)了巨大的風(fēng)險。隔河巖在“九八”抗洪中作出了關(guān)鍵性的貢獻(xiàn),發(fā)揮了重要作用,將洪水災(zāi)害降至最低。2016-07-19日,隔河巖水庫斷面還原天然河道洪峰流量達(dá)到18 700 m3/s,超過百年一遇。隔河巖水庫調(diào)蓄洪水3.44億m3。19日16時最大入庫洪水9 742 m3/s,20日20時最大出庫流量6 610 m3/s,削減洪峰3 130 m3/s,削峰率34%,電站的防洪效益凸顯。

        防汛設(shè)備可靠運(yùn)行的背后,是日常運(yùn)行管理中加強(qiáng)對防汛電源倒閘的演練及運(yùn)行監(jiān)視,堅持根據(jù)“防大汛、防早汛”的指導(dǎo)方針,策劃、落實(shí)防汛設(shè)備設(shè)施檢修計劃,保證防汛設(shè)備在危急關(guān)頭“召之即來,來之能戰(zhàn)”,確保大壩防汛萬無一失。

        4 結(jié) 語

        水電站提高水資源的利用率,不僅涉及經(jīng)濟(jì)效益,也有對資源可持續(xù)發(fā)展利用的責(zé)任。通過分析清江流域及隔河巖水電站節(jié)水增效及水害的防范的做法,不僅有利于該電站自身提高,而且對于我國其他流域及其電站優(yōu)化水資源利用,提高水能效率,做好水災(zāi)預(yù)防,都具有十分重要的意義。

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