英布鲁水电站的运行方式

2011-07-24席燕林杨安文翁建平

水利水电工程设计 2011年4期

李林席燕林杨安文翁建平

刚果英布鲁水电站位于刚果河支流莱菲尼河下游,距与刚果河汇合口14 km,距首都布拉柴维尔215 km。电站的主要任务是发电,承担刚果电力系统调峰、调频和骨干电站作用,目前是刚果惟一最大的电站。英布鲁电站水库正常蓄水位308.5 m,死水位308.2m,设计洪水位308.5 m,校核洪水位308.5 m。水库总库容5.84亿m3,调节库容0.15亿m3。电站设计水平年为2015年。

1 入库水量分析

莱菲尼河流域有旱季、雨季之分。旱季为6月中旬～9月末,雨季为10月初～6月上旬。莱菲尼河径流来源于降雨,流域全年各月都会降雨,雨季约8个月有降雨,降雨占全年降雨量的比例为89%。雨季内各月降雨较均匀,11月降雨量最大,约占全年降雨量的13.8%。

英布鲁水电站入库径流系列采用坝址上游45 km处布旺贝水文站为入库站,有1952—1993年共42年的长系列水文资料,该系列多年平均径流量132亿m3。根据布旺贝水文站实测资料,以1.155换算系数得出英布鲁入库径流系列,其多年平均径流量152亿m3。

英布鲁水电站入库径流年内、年际分配比较均匀,多年平均流量为484 m3/s,电站丰 (P=25%)、平 (P=50%)、枯 (P=75%)月平均流量分别为515,479,446 m3/s。最大流量为716 m3s,最小流量为 390 m3/s,英布鲁坝址 1952—1993年月系列不同频率流量见表1。

表1 1952—1993年月系列不同频率流量表 m3/s

2 发电运行方式

2.1 枢纽电站基本情况

英布鲁坝址以上河道坡度平缓,平均坡降0.3‰,河谷开阔,河流蜿蜒曲折,坝址上游80 km处分布有布旺贝村,人口约1 000人,受此影响,水库的正常蓄水位为308.5 m。由于水库入库径流年内、年际分配比较均匀,为充分利用水头,水库应具有日调节库容,才能满足电网的需求。经分析计算,水库满足日调节时,需要库容1 500万m3,对应的水位为308.2m,此水位即作为水库的死水位。

电站装机容量120 MW,装有4台单机容量为30MW的轴流转桨式机组。电站多年平均发电量681.49 GW◦h,保证出力68.00MW,装机利用小时5 679 h。英布鲁水电站电能指标如下。

装机容量/MW 120

保证出力/MW 68.00

多年平均发电量/GW◦h 681.49

最大发电水头/m 20.41

最小发电水头/m 16.10

平均水头/m 18.38

加权平均水头/m 18.33

水库没有防洪和灌溉要求,当电站进行调峰运行时,下泄流量达到860 m3/s,维持2 h左右,调峰下泄流量接近1 000年一遇洪峰流量962 m3/s。

2.2 电站运行方式

英布鲁水电站的发电运行方式主要由电站出力特性、电网负荷要求、电力电量平衡结果和机组特性等因素决定。

英布鲁水电站各月多年平均流量和多年平均出力见表2。

刚果电力用户主要是国有企业和私人企业、普通用户以及行政、市政等部门,其用电比例分别为41%,38%,21%。参考电力系统的用户组成,并对已收集到的负荷曲线进行负荷特性分析,采用历史负荷曲线修改法得出设计水平年最大负荷月份的典型日负荷曲线,详见表3。由表3可知,设计日负荷曲线的负荷率γ为0.794,最小负荷率β为0.695,电网在晚上19:00～20:00出现负荷高峰。

根据设计水平年2015年的负荷预测,刚果电力系统最大发电负荷将达224.9 MW,日丰谷差最大达68.6MW。2015年电力系统电源点主要有朱埃水电站 (15 MW)、姆古古鲁水电站 (74 MW)、黑角火电站 (25 MW)、新建火电站 (30 MW)以及英布鲁水电站。总装机容量为264 MW,其中水电占79%,火电占21%。

2015年12月 (负荷最大月份)不同来水情况典型日电力电量平衡结果详见表4。当莱菲尼河来水量保证率为95%的枯水时,基荷出力为51.4 MW,峰、腰荷出力为68.6 MW；在12月份入库水量保证率为50%或5%的平水或丰水时,英布鲁水电站工作位置下移,基荷出力增加,峰、腰荷出力减少。

根据上述影响电站发电运行方式因素的分析,确定英布鲁水电站发电运行方式为:电站正常运行方式和电站调峰运行方式。

表2 英布鲁水电站各月多年平均流量及水流出力表

表3 刚果全网设计水平年典型日负荷过程

表4 设计水平年1 2月份不同来水情况英布鲁水电站工作位置表

2.2.1 电站正常运行方式

一般情况下,水库维持在正常蓄水位308.50m运行,水电站全天24 h有2台机组承担基荷,随着日内负荷的升高 (早上 8:00和 9:00,晚上17:00和18:00),第3台机组投入运行,承担腰荷,当到晚上19:00～20:00负荷最高峰时,第4台机组投入运行,承担峰荷,此时电站4台机组全部投入运行。

2.2.2 电站调峰运行方式

机组调峰时,通过调节水轮机叶片的开度,控制发电流量,当晚上19点至20点时,叶片全部打开,4台机组最大下泄流量为860 m3/s,维持2 h左右。水电站调峰时,需动用水库日调节库容水量,上游水位将有所降低,最低可降至死水位308.20 m。

根据设计水平年负荷要求,英布鲁水电站当承担基荷时,机组出力最小约50 MW,相应机组发电流量约为270 m3/s(英布鲁水电站1台机组发电额定流量为215 m3/s,需2台机组投入运行),满足了莱菲尼河下游流量不得小于200 m3/s的生态要求。

机组最小发电运行水头为16.1 m,经分析计算,在洪水期当来水大于860 m3/s时,尾水位将超过291.8m,这时由于水头较低受阻而停机不能发电。

2.3 电站机组检修安排

本水电站装有4台单机容量为30 MW的轴流转桨式机组。每台机组每4年检修1次,即4台机组在4年中可轮流检修1遍。机组检修时间约为2个月,安排在电网负荷较低且入库流量较小的月份。根据刚果电网实际的年负荷过程,6月和7月的负荷率分别为88.9%和92.9%,且处于枯水期,因此,检修时间安排在6、7月份为宜。在机组检修期间,可安排2台机组发基荷电量,1台机组参与调峰,从而不影响电站的发电效益。

3 水库防洪运行方式

英布鲁水电枢纽工程为一等工程,主要建筑物按1级设计,设计与校核洪水标准分别为1 000年一遇和10 000年一遇加20%,相应洪峰流量分别为962 m3/s和1 280 m3/s。

英布鲁水库没有防洪任务,汛期的调度方式以保证工程本身安全度汛为原则。水库汛期运行水位为正常蓄水位308.5 m。

英布鲁水电站的泄流设施为2个底孔和1个表孔,在正常蓄水位308.50 m时,不包括电站的总泄流为1 890 m3/s。

汛期泄洪建筑物的调度方式主要取决于入库洪水的大小,当洪水入库时,电站照常发电运行,随着入库洪水的增加,首先用底孔参与泄洪,当底孔闸门全部打开,水位仍上涨,然后再用表孔泄洪。具体防洪运行方式如下:当汛期流量小于等于4台机组发电流量860 m3/s时,枢纽通过发电下泄；当汛期流量大于860 m3/s小于等于1 560 m3/s时,机组停止发电,枢纽通过2个底孔参与泄洪；当汛期流量大于1 560 m3/s时,机组停止发电,枢纽通过2个底孔和1个表孔参与泄洪。

在洪水期,机组最小发电运行水头为16.1 m,经分析计算,当来水大于860 m3/s时,因尾水位将超过291.8 m水头受阻而停机不发电,因此,在进入洪水期应通过水情测报系统提前掌握来水情况,水库提前增加下放流量,尽量控制下放流量在860 m3/s以下。