蒲石河抽水蓄能电站初期蓄水及调度运行研究

赵忠文，王相波，李晓军，张彦东，郭世安，陈立秋

（1.辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁 丹东 118216；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

蒲石河抽水蓄能电站上水库为一人工水库，集水面积很小，基本上无天然径流汇入，故本文仅将下水库作为蓄水的水源库进行初期蓄水分析研究。根据蒲石河工程施工组织进度安排，计划2010年12月30日下水库下闸蓄水。

1 初期蓄水要求

1.1 蓄水期间水位控制要求

下闸蓄水之前，下水库大坝已建成，泄水建筑物已具备正常运行的条件，导流底孔于2010年5月15日开始下闸并进行底孔封堵，施工工期要求自封堵之日起，2个月到2个半月之内库水位不得超过56.00 m高程。泄洪排沙闸堰顶高程48.00 m，输水系统充排水试验要求下水库最低蓄水位要达到62.00 m以上，第1台机组发电调试水位要求达到62.79 m，4台机发电水位要求达到64.89 m，正常蓄水位减掉冰库容相应的水位为65.36 m。

1.2 电站初期发电对水库蓄水要求

蒲石河抽水蓄能电站首台机组采用水泵工况启动。根据机组调试要求，在第1台机组有水调试之前，下水库必须满足死库容1 616万m3的要求，输水系统充水量为24万m3，上水库需要达到死库容95万m3，用于首台机组先行调试项目所需水量170万m3，上水库死库容回填土石方孔隙所需水量53万m3，首台机组调试前所需要的总蓄水量为1 958万m3。

蒲石河抽水蓄能电站首台机组投入商业运行，抽水容量按1台机组满载抽水6 h计算，需要抽水（发电）调节库容为216万m3，故首台机组投入商业运行之前累计需水量2 174万m3，扣除输水系统占用水量24万m3及用于首台机组先行调试阶段所需水量170万m3，上、下水库所需最小总水量为1 980 万 m3。

蒲石河抽水蓄能电站第2台机组投入商业运行，需要增加的抽水 （发电）所需调节库容216万m3，第2台机组投入商业运行之前累计需水量2 196万m3。

电站第3、第4台机组投产前的所需水量，可根据机组的投产时间，在每台机组投产前分别充水216万m3，所需蓄水量满足电站4台机组抽水（发电）的要求，同时将备用水量和结冰水量蓄至水库中。

1.3 下水库坝址以下综合用水对蓄水要求

蒲石河抽水蓄能电站下水库坝址以下综合用水包括下游河道生态环境用水、下游居民生活生产用水、下游已建电站用水等。根据实际调查计算分析，下游生态环境用水最小流量为1.54 m3/s，下游居民生活用水流量为1.0 m3／s，下游生产用水 （大棚及鱼塘）流量为1.75 m3／s。下游2个径流式小水电站砬子沟和丰发水电站机组最大引用流量为 （5.68+37.64） m3/s。

由于蒲石河10月份以后来水量较少，水库蓄水期间在满足下游生态环境用水和下游生活、生产用水要求前提下，应首先满足蓄能发电用水需要，对下游已建水电站发电造成的影响可根据影响情况采取相应对策和补偿措施。

1.4 蓄水原则及方法

本研究采用来水保证率P=10%、P=25%、P=50%、P=75%和P=90%共5个典型年的日径流资料进行分析计算，求出不同特征蓄水位对应的蓄水时间。下闸蓄水期间下游放流按1.75 m3/s考虑。

2 计算成果分析

初期蓄水方案分析计算的计算成果详见表1和表2。

表1 12月30日下闸蓄水方案计算成果（最小下泄流量1.75 m3/s）

表2 12月30日下闸各来水保证率年型特征水位蓄水时间

根据蓄水方案计算成果及蓄水时间，按不同典型年来水计算，水库水位由48.0 m开始蓄水至死水位62.00 m，蓄水时间为83～106 d（3月22日～4月14日）。蓄水至正常蓄水位66.00 m，蓄水时间为155～206 d（6月2日～7月23日）。计算结果表明，初期蓄水方案对下游生态环境用水、生产及生活用水没有影响；蓄水至62.00 m水位期间，对下游丰发、砬子沟两座水电站发电量有一定影响，届时可根据实际来水情况和蓄水时间，经详细计算后给予相应的补偿；由62.00 m水位到正常蓄水位66.00 m期间，对下游各用水部门没有影响。

3 电站调度运行方式

3.1 调峰运行

根据2015年东北电网设计的枯水年电力电量平衡成果及蒲石河电站在各月典型日负荷图上的工作位置，蒲石河电站调峰发电时间由各月份负荷变化情况而定：冬、春季一般为早7：00或午11：00运行1～2 h，晚上17：00至21：00运行5 h；满装机运行时间一般为3 h左右；夏、秋季运行时间一般为上午9：00至12：00运行4 h，下午15：00至21：00运行7 h；考虑机组检修及承担系统备用，夏季日平均工作容量为400～900 MW。

3.2 填谷运行

蒲石河抽水蓄能电站一般于夜间23：00至次日凌晨5：00进行抽水工况运行，运行时间6 h。除机组检修时间外，一般均可按满装机运行，日平均抽水流量约为360 m3/s。

3.3 调频运行

由于蒲石河抽水蓄能电站运行灵活，容量增减速度快，投入运行后可视电力系统频率的变化情况跟踪负荷运行，保证系统的周波在允许的范围之内，从而提高电网供电质量。

3.4 紧急事故备用

蒲石河抽水蓄能电站上、下水库均留有一定的备用库容，备用水量165万m3，可供电站2台机组发电约2 h左右。由于电站除抽水和发电之外，每天约有一半的时间处于待用状态，因此在电力系统发生事故时可以利用电站空闲容量为系统提供紧急事故备用容量；抽水工况，当电力系统发生事故时，可以改变机组运行工况，由抽水工况转变为发电工况，可为系统提供两倍于电站装机容量的备用容量；当电站处于发电工况运行时，如电站未满负荷运行，可在系统发生事故时迅速将机组增加到满负荷运行，从而起到紧急事故备用的作用。

3.5 汛期电站运行原则

2011年为蒲石河抽水蓄能电站初期运行期，由于电站初期运行期可能存在一些不可预知的因素，实际运行时可视当时具体情况灵活掌握。为保证上、下水库大坝的安全，保证下水库泄洪排沙需要及库周居民正常生活、生产安全，汛期电站运行应遵循以下调度原则：

由于上水库未设置泄洪设备，根据上水库洪水调节计算成果，上水库水位达到正常蓄水位392.00 m时，电站停止抽水，允许水位继续上涨，当水位达到校核水位394.00 m，电站转为发电工况运行，库水位降至正常蓄水位392.00 m时，是否继续发电可根据电网需要转为正常调度。

由于蒲石河泥沙量较大，根据水工模型试验，下水库降低水位运行有利于泄洪排沙，根据蓄能电站发电水量所置位置，分两种极限情况考虑。

（1）电站发电水量全部置于下水库，即下水库水位为正常蓄水位66.00 m：①当入库流量小于等于500 m3/s时，水库按来多少泄多少放流，保持水位66.00 m不变，发电工况和水泵工况均可正常运行。②当入库流量大于500 m3/s时，在4 h之内将水库放空至死水位62.00 m，之后水库按来多少泄多少放流，保持死水位不变。电站发电工况可正常运行，水泵工况是否运行届时视具体情况而定，建议暂停水泵工况。③当入库流量大于死水位62.00 m相应泄流能力时，按泄流能力下泄。此时闸门全开，水库排沙。停止电站水泵工况，发电工况正常。

（2）电站发电水量全部置于上水库，即下水库水位为死水位62.00 m：①当入库流量小于等于死水位62.00 m相应的泄流能力时，水库按来多少泄多少放流，保持死水位不变。电站发电工况可正常运行，水泵工况是否运行届时可视具体情况而定。②当入库流量大于死水位62.00 m相应的泄流能力时，按泄流能力下泄，此时闸门全开，水库排沙，停止电站水泵工况，发电工况正常。

对于 （1）或 （2）两种情况，洪水过后水库均应尽快回蓄至正常蓄水位66.00 m。电站发电工况和水泵工况均恢复到正常状态。

4 结语

（1）蒲石河抽水蓄能电站建成投产后并入东北电网，主要用于解决东北电网调峰、填谷、调频及紧急事故备用等问题，是东北电网重要的电源点。

（2）电站初期阶段的蓄水计算分析表明，根据制定的蓄水时间及现有的蓄水设施，完全可以满足机组调试和运行的需要，也能满足电站4台机组投入运行对蓄水量的要求，对下游个别用户用水虽有影响，但影响不大。

（3）由于蒲石河水量比较丰沛，为节省蒲石河抽水蓄能电站初期蓄水费用、缩短初期蓄水时间、保证初期蓄水安全以满足机组按计划投入运行，电站初期蓄水主要通过下水库蓄水来完成。即，下水库死库容、输水系统、上水库死库容、发电库容、备用库容、冰库容等水量均由下水库蓄水来完成，通过水泵工况将上水库应蓄水量 （一次或多次）由下水库抽至上水库。

（4）下水库泄洪排沙期间，为增强排沙效果，建议可充分根据洪水预报，水库低水位运行。泄洪排沙期间，电站水泵工况是否运行可根据实际情况酌情考虑，建议暂停水泵工况运行。