大广坝水电站溢洪道无检修闸门条件下水库运行方式.doc

大广坝水电站溢洪道无检修闸门条件下水库运行方式2006年6月水力发电第2期大广坝水电站溢洪道无检修闸门条件下水库运行方式卢毓伟(中南勘测设计研究院,湖南长沙410014)摘要大广坝水电站1995年l0月因台风造成浮式检修门的钢绳断裂而被冲至水库下游.浮式榆修闸门报废.其后,有关研究报告建议恢复浮式检修门,以减少电量损失.但鉴于浮式检修门在适用范围上的局限性及1995年的经验教训,电站不再考虑恢复使用浮式检修门.2002年1月,大广坝水电站大坝安全定期检查第二次专家组会议在大广坝水电站召开.会议建议,由于大广坝两岸土坝长达5123m.防线长,为防止漫顶,必须确保溢洪道闸门的安全运行.这就要求溢洪道工作闸门必须具备检修条件.本文的主要研究内容是:在无检修闸门的条件下.溢洪道作闸门要具备检修条件,水库应以何种方式运行.关键词大广坝水电站检修闸门检修条件水库运行方式1工程概况大广坝水利水电工程位于昌化江中游,海南省西部东方市境内.坝址以上控制流域面积3498km,占昌化江全流域面积的69%.坝址多年平均流量96.6m3/s,年径流总量3O.5亿m.水库正常蓄水位为140.OOm,死水位ll6.00,总库容l7.1亿m3,有效库容l3.15亿rn3,为多年调节水库.水电站装机4台,总容量24万kW,多年平均发电量5.O4亿kW?h.大广坝工程属I等大(1)型工程.永久性水工建筑物级别为I级,水库工程建筑物的设计洪水标准为1000年一遇,相应的设计洪水位140.07m;可能最大洪水PMF校核,相应的校核洪水位141.97m.溢流坝采用开敝式溢流孑L,共有l6孑L,平孑L宽度16m,堰顶高程126.OOm,孑L口设置l6扇16m14.5m(宽表1高)弧形闸门,同时设计配备有一扇浮式检修闸门.2任务来源,研究内容大广坝于1993年12月下闸蓄水,同年l2月第l台机组并网发电,1995年3月底4台机组投入运行.1995年lO月因台风造成浮式检修门的钢绳断裂而被冲至水库下游,浮式检修闸门报废.按有关规范规定,如果水库每年连续有2个月以运行水位低于溢洪道堰顶高程(大广坝为126.OOm),可考虑不设检修门.大广坝水库1995-2001年实际运行情况是,自1995年以来,水库每年均有2个月以上的时间低于126.OOm,均满足对闸门进行检修的要求(见表1).但从设计角度而言,大广坝属多年调节水库,按设计原则正常调度,水库年消落水位应该为137.OOm.为此,大广坝水利水电工程年份来水总量(亿m)平均水位(m)最高水位(m)最低水位(m)低于126的月份l99644.150l30.16140.06l17.1647l99726-396l30.46l39.05l22.6o5-81998l5.550l24.8ll34.10l15.806l2199922.170l19.24l30.55l15.5lll02ooO31.500l26.92l39.19l20.33l8200l42.410l31.52l39.93l23.2656平均30.363l27.19l37.15l19.1152中南水力发电第2期褒2月份123456789101112年平均_.月平均灌溉流量4.334.754.935.145.494.755.295.8750H63.993353.764.72(ITI3/s)表3比较方案假设条件检修时间年消落水位计算发电量方案一4月初水位为126.00rn4-5月122.59m5.12亿kW-h方案二5月初水位为126.00m5-6月125.19m5.15亿kW?h特殊情况下大坝防洪能力研究报告建议,要求恢复浮式检修门,以减少电量损失,但鉴于浮式检修门在适用范围上的局限性(仅适用于水位133.5m137.00m的情况)及1995年的经验教训,不再考虑恢复使用浮式检修门.2002年1月,海南省大广坝水电站大坝安全定期检查第二次专家组会议在大广坝水电站召开.会议建议,由于大广坝两岸土坝长达5123m,防线长,为防止漫顶,必须确保溢洪道闸门的安全运行.这就要求溢洪遭工作闸门必须具备检修条件.因此,本文的主要研究内容是:在无检修闸门的条件下,溢洪道工作闸门要具备检修条件,水库应以何种方式运行.3无检修闸门条件下水库运行方式鉴于目前的情况,大广坝溢洪道工作闸门要具备检修条件,水库必须保证至少连续两个月运行水位低于126.00m.以此作为约束条件,下面分析在多年平均来水的条件下,水库的运行方式.3.1基本资料3.1.1水库水位,容积曲线采用初步设计最终成果.3.1.2径流系列入库径流采用1953-1994年系列.3.1.3水库水损(含蒸发和渗漏)采用初步设计最终报告成果,按3.5m3/s扣除.3.1.4引水灌溉流量水库在实际运行的1995-2000年中,包含了平,丰,枯三种不同年径流条件下灌溉用水情况,因此灌溉流量按该系列的平均值考虑(见表2).3.1.5发电水头损失根据不同开机情况计算如下:开一台机:HL=3.0677xl0-4Q开二台机:HL=3.7537xlO-4Q开三台机:HL=4.8970x10Qr2开四台机:HL=6.4976x10Qr23.1.6尾水水位一流量关系,采用1997年实测成果.3.2计算说明(I)电站m力系数K=8.5;按大广坝水利水电工程水库优化电力调度研究报告(下简称优化调度报告)的研究结论,保证出力为3.09万kW.(2)逐月平均入库流量为人库径流扣除灌溉引水流量及水库水损后的结果.(3)参照优化调度报告有关调度原则进行计算.(4)假设条件为:时段初水位为l26.00m.3.3计算成果及分析计算成果见表3(具体计算见表4,表5).由表3可以看,以上两种方案计算时段内(12个月)水库均可蓄满,而且发电量均比多年平均发电量还要多,但在此条件下,年消落水位将分别降到122.59m和125.19m.按大广坝水电站技施设计报告推荐,大广坝水库的年消落水位为137.00m,经复核比较后,优化调度报告建议大广坝水库的年消落水位为133.70m.因此按以上两种方案对水库进行控制,将引起年消落水位偏低的问题.理论上,降低消落水位运行将会导致电站的能量指标降低,造成电站的实际发电量较设计值偏小.但就这两个方案而言,方案二的运行方式要理想一些.理由如下:(1)方案二的年消落水位为125.19m(相应库容4.803亿m),方案一的年消落水位为122.59m(相应库容3.746亿m),前者与优化调度报告建议的大广坝水库的年消落水位(133.70m)差距较后者小,可以为连续枯水年的用水储备更多的水量.(2)计算时段内,方案二的计算发电量比方案一的计算发电量多一些.需要指出的一点是,方案二的检修时段为5-6第2期卢毓伟大广坝水电站溢洪道无检修闸门条件下水库运行方式53表4方案一时段初水位:126.OOm时段初库容:196.8mll/s-月K=8.5月平均月半均月平均时段末时段末月平均月平均月平均月发电量时段(月)入库流母出库流量发电流量水位库容下游水位净水头出力(万kW-h)(m_I/s1(m1(m1(m)(m3/s?月)(m)(m)(万kW)4l3.652.152.1l23.65158.354.1369.863.092254537.653.453.4l22.59142.554.1568.103.o92254686.752.952.9l24.80176.454.1468.703.0922547ll950.750.7l28.48244.754.1271.733.092254816447.847.8133_38361.054.0976.143.O922549254l34l34l37.50481.054.7778.989.006566l0232l44l44140.00569.254.8381.97l0.0373l7l180.880.880.8140.00569.254.3983.6l5.744l87l233.8l08108l37.92495.054.6083.277.645574l20.1l09l09l35.03406.054.6080.7674854572l4.4l131l3l31.26307.354.6377.327.435420310.2l2ll2l126.00196.854.6872.577465442合计5l2331,四月初将水位消落到126m,以便检修闸门.2,月平均入库流量为扣除灌溉流量和水损之后的流量值.备滗3,年按365d计算,月按30.4d计算.4,参照大广坝水利水电工程水库优化电力调度研究报告有关调度原则进行凋度.表5方案二时段初水位:126.OOm时段初库容:196.8m=/s-月K=8.5月平均月平均月平均时段末时段末月平均月平均月平均月发电量时段(月)入库流最出库流量发电流量水位库容下游水位净水头m力(万kW?h)(m,s1(m)(mA1(m)(m?月)(m)【m)(万kW)537.651.551.5125.19l82.954.1370.653.O92254_686.772.772.7126.00l96.954.3369.644.303l377l1949.949.9129.46265.954.1272.853.092254-816460.860.8l33.68369.154.2276.223.9428749254146146137.38477.154.8478.699.77712810232l40140140.O0569.154.8082.059.767120,l180.880.880-8l40.o0569.254.3983.6l5.7441871233.893.093.0l38.365l0.054.4883-896.634837120.195.095.0136.03435.054.5081.856.6l48222l4.493.093.0l33.20356.354.4879326.274574310.293.093.0129.80273.554.4876.216.0243924l3.690.290.2l26.O01q6.854.4670.945.443969合计515481,五月初将水位消落到126m,以便检修闸f】.2,月平均入库流量为扣除灌溉流量和水损之后的流量值.备沣3,年按365d计算.月按30.4d计算.4,参照大广坝水利水电程水库优化电力凋度研究报告有关调度原则进行调度.月,6月份:赶广坝流域已进入汛期,如果遭遇大洪水,势必影响溢洪道:r作闸门的检修:【作.但据有关研究报告的研究结果:大广坝流域在1954-1994年的41年长系列中,年最大洪峰出现在5,6月份的均只有两次,而且量级较小,最大的一次发生在1974年6月,洪峰流量仅7940m/s.大广坝特大洪水一般发生在7月lO月.因此,该方案仍可考虑优先采用.对于年消落水位偏低的问题,我们可以结合大4-一.一一.生重堡生一.一一一.笙塑表6亿m3洪号径流量洪号径流量洪号径流量9406o9I.76696074.4ooO72.59407l93.33696085.4ooo73.09407302.9739609l3.5ool05.89408283.66996ll3-30l072.39409073.97997092.70l070.9_9409l33.0898072.80l08l6.595087.198l02.3径流量大于5.15亿m的洪水共6次,占95lOl2.O99lJ3.4总次数(22次)的27.3%.广坝水库的实际运行情况进行分析.在实际运行的19962001年中,大广坝水库平均年消落水位仅为l19.1lm,远低于技施设计报告推荐的137.OOm和优化调度报告建议的133.70m.之所以有如此之大的差别不仅仅是因为检修溢洪道工作闸门的需要,主要原因还有:大广坝水电站在系统中承担调峰,调频和事故备用任务,对稳定海南电网安全运行起着举足轻重的作用.为了电网的安全,首先考虑的是按电网的要求发电,而不是优先考虑保持较高的消落水位.1995年I2月2001年5月实际枯水期平均发电量(1.711亿kW?h)比设计枯水期平均发电量(1.235亿kW?h)大,也正是满足电网需求的结果.另外,大广坝流域来水比较集中,主汛期9-10月来水占全年的45.8%,从19942001年的洪水特征来看,历次洪水超过年库容5.15亿m(水位133.7m140.Om)的占到27.3%(见表6),再加上大广坝入库洪水的预见期非常短,如果采用发电预泄或是溢洪道预泄制约因素都比较多,效果非常有限.而且大广坝流域洪水主要由台风雨造成,在1954-1994年的41年最大洪水中,由台风雨(或热带低压)造成的占93%,而电网也往往在台风天气中遭受损坏导致系统负荷大大减少,因此在泄水期水电站不能达到设计规定的泄水期按预想出力发电的要求,从而导致水库大量弃水.所以大广坝水库的控制应用应充分考虑海南电网的特点及大广坝流域的天气特点才能比较合理地确定水库的运行方式.4主要结论及建议综合以上分析,建议大广坝水库在无检修闸门的条件下,按以下方式运行:(1)为满足闸门检修条件,1-4月加大出力,在5月初将水位消落到126.OOm,5月底水位消落不能低于125.1