蜀河水电厂厂顶过流运行方式优化与增发电量分析

杨 号

（蜀河水力发电厂 陕西 旬阳 725721）

1 工程概况

蜀河水电站位于陕西省旬阳县境内的汉江上游干流上，坝址在旬阳县蜀河镇上游约1km处，距旬阳县城51km，距上游已建的安康水电站约120km，距下游已建的丹江口水电站约200km，是汉江上游梯级开发规划中的第六个梯级电站，是陕西汉江投资开发有限公司开发的第二个水电站。坝址以上集水面积为49400km2，占汉江流域面积的31.1%。

蜀河水电站工程的主要任务是发电，并兼顾航运等。工程规模为二等大（2）型，主要建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核，相应洪峰流量分别为30000m3/s和38100m3/s；泄水建筑物下游消能及防护工程按五十年一遇设计，相应洪水流量27800 m3/s。坝址处多年平均流量732m3/s，年径流量231亿m3。设计洪水位为222.05m、校核洪水位为227.15m（总库容为3.235亿m3）、正常蓄水位217.30m（相应库容1.76亿m3）、死水位为215.00m、汛期排沙水位为212.00m。调节库容为0.24亿m3，为日调节水电站。正常蓄水位下水库面积11.34km2，回水长度47km。

蜀河水电站为厂顶溢流厂房，安装六台灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量45MW，总装机容量270MW，保证出力57.4MW，年平均发电量9.53亿kW·h，年利用小时3530h。坝顶高程230m，坝顶长度320m，最大坝高72m。枢纽建筑物从右至左由右副坝表孔坝段（1孔）、泄洪闸表孔兼垂直升船机坝段（1孔）、泄洪闸表孔坝段（4孔）、导墙坝段、厂房坝段（厂房表孔6孔，机组6台）、安装间表孔坝段（安装间右表孔1孔、安装间左表孔1孔）等组成。

2 初设（2010年）水库运行方式

平枯水期(11月到次年4月)：控制库水位在217.30m运行。

5月～10月：采用分界流量控制坝前运行水位。入库流量小于3000m3/s时，水库水位维持在217.30m～215.00m之间运行，电站正常发电、通航，多余水量通过开启泄洪闸下泄；入库流量大于等于3000m3/s～5000m3/s时，考虑到高含沙水流或推移质在坝前淤积，库水位降至212.00m运行，电站低水位发电、停止通航，多余水量通过开启泄洪闸下泄；入库流量大于5000m3/s时，机组不发电；入库流量在5000m3/s～10000m3/s之间时，控泄出库流量不大于10000m3/s（下游不出现人造洪峰），机组不发电，枢纽主要任务是泄洪并尽可能的降低库水位进行拉沙，水库运行水位在212.00m以下；入库流量大于10000m3/s时，大坝为自然泄流状态，机组不发电，最大可能降低库水位；当遇20年一遇洪水时，保持旬阳县城处天然河床，不造成县城淹没损失。

3 运行方式的更改经过

蜀河水电站近年来洪水频发，且峰高量大（2010年发生洪水4场，其中7.18洪水入库洪水洪峰流量达24400m3/s；2011年发生洪水5场，其中9.19洪水入库洪水洪峰流量达17800m3/s），原设计的入库洪水达到5000m3/s停机、开启厂表泄洪，导致机组开停频繁。蜀河水电站机组为灯泡贯流式，机组开停机时需要高压顶轴油泵投入，方可安全开停机，开停机程序较为复杂，且投运之初机组缺陷较多，如在汛期大发期间不能按时开停机，将造成水能资源的较大浪费。为此，在2011年6月蜀河电厂组织的《蜀河水电站2011年泄洪建筑物试运行方式》（西北院编写）研讨会上，蜀河电厂与会人员提出：蜀河水电站洪水频发，超5000m3/s洪水为常态洪水，当入库流量小于8000m3/s时五孔大流量的泄洪闸完全能够满足泄洪要求，建议将机组全停、厂表溢流条件更改为入库洪水达到8000m3/s，水头小于10.5m。后经西北院模型试验，认为可行。

4 2011年水库试运行方式

11月到次年4月：控制库水位在217.30m运行。

5月～10月：采用分界流量控制坝前运行水位。当入库流量小于或等于3000m3/s时，电站运行水位为215m～217.3m之间运行，并且当机组发电流量大于或等于1560m3/s时，开启排沙孔；当入库流量在3000m3/s～5000m3/s之间，电站降低库水位至排沙水位212.0m，电站低水位运行发电；当入库流量大于或等于5000m3/s～8000m3/s期间，厂房表孔不过流，开启右岸河床泄洪闸进行敞泄，降低库水位拉沙，尽量泄空水库；入库流量大于8000m3/s时（或上下游水头差小于10.5m），机组不发电；当入库流量大于或等于8000m3/s～16900m3/s期间，逐渐开启厂房表孔，尽量降低库水位泄洪、拉沙，继续泄空水库；当入库流量在大于或等于5年一遇洪水流量16900m3/s时，开启右副坝表孔和安装间左孔，并且所有泄洪建筑物孔口全部开启敞泄。

由以上两种运行方式比较可以看出，根据2011年的水库试运行方式，当入库流量介于5000m3/s～8000m3/s之间时，机组仍可以低水位发电，这部分水量所发的电量就是水库运行方式改变后所增发的电量。

5 2011年蜀河水库降雨及来水情况

2011年蜀河水库流域降雨有明显的季节性和地域差异性，雨水时空分布不均。春汛降雨较少，多集中在3月下旬；4月份降雨明显偏少；5月份降雨较多且发生几次局地性大雨，降雨主要集中在 6、7、8、9月，以全流域中到大雨，局地大到暴雨为主，其中9月份降雨历时长、强度大，秋淋时段表现突出、维持时间较长；10月份降雨强度较小，但是持续时间相对较长。在降雨区域整体分布上，汉江洋县以下多于汉江洋县以上、汉江北岸多于汉江南岸，石泉～安康区间以及安康～蜀河区间降雨较多。全年石泉水库以上流域平均降雨量1224mm，石泉～安康区间平均降雨量1379mm，安康～蜀河区间平均降雨量1289mm；坝址蜀河降雨总量927.2mm（目前蜀河电站坝址未建设雨量站，采用蜀河水文站统计降雨量，日最大降雨量为89.7mm，发生在5月9日）。

2011年蜀河水库共发生洪水5场次，大、中、小三种类型洪水均有发生，其中最大一场洪水（9.19）洪峰流量 17793m3/s，入库洪水总量85.35亿m3；最小一场洪水（6.23）洪峰流量2264m3/s，入库洪水总量7.466亿m3。2011年蜀河水库入库总水量324.7亿m3，是多年平均年径流量（231亿m3）的140.56%，属于丰水年份；平均入库流量1028m3/s，是多年平均入库流量（732m3/s）的140.44%；汛期5月～10月入库水量261.6亿m3，占全年入库水量的80.6%；主汛期（7月～9月）入库水量199.8亿m3，占全年入库水量的61.5%。月最大入库水量102.9亿m3，发生在9月，占全年入库水量的31.7%；日最大入库水量13.20亿m3，发生在9月19日；瞬时最大入库流量为17793m3/s，发生在9月19日01时；瞬时最大出库流量为17760m3/s，发生在9月19日01时。2011年的4场洪水中，其中3场洪水的洪峰流量都超过了5000m3/s。

6 增发电量统计及分析

蜀河水库2011年共发生5场洪水，其中3场洪水洪峰流量均超过了5000 m3/s。2011年7月7日洪水，当入库流量大于5000 m3/s机组共运行了12小时，增发电量约为20.9万kW·h。2011年8月2日洪水，当入库流量大于5000 m3/s机组共运行了35小时，增发电量约为264.7万kW·h。2011年9月19日洪水，当入库流量大于5000 m3/s机组共运行了37小时，增发电量约为165.8万kW·h。2011年入库流量超过5000 m3/s的3场洪水共增发电量约451.4万kW·h。2011年由于蜀河水库水位未蓄至正常蓄水位217.3m、机组开机过程不流畅导致机组延迟开机等各方面原因，造成蜀河水库水量利用率低，该原因也造成了入库流量大于5000 m3/s时所增发电量有所减少，如果克服了以上困难，入库流量大于5000m3/s时所增发电量将会大幅提高。按照上网电价0.303元/kW·h计算，2011年3场洪水所创造的效益约为136.774万元。

7 结语

蜀河水电站是当前我国在枢纽布置、结构形式、运行方式等方面最为复杂的建筑物。尤其是在水库运行方面，前无经验可循，必须在实践中不断摸索、分析、完善，进一步优化水库运行方式。2011年只是将机组停机、厂表溢流的条件由入库流量5000m3/s更改为8000m3/s，就取得了如此可观的经济效益，况且此效益将伴随蜀河水电站终生存在；同时降低了开启厂表的频次，有利于厂房安全和度汛安全；大大减少了机组启停次数，降低了机组运行风险；当入库洪水小于8000m3/s，只操作五孔泄洪闸门，使得洪水调度相对简单，有利于安全度汛。蜀河水电站在增发电量方面，仍有很大的潜力可挖，希望在蜀河电厂技术人员今后的运行中不断的探索、研究。陕西水利