东坪水电厂水库腾库操作分析

王伟

(五凌电力有限责任公司东坪水电厂，湖南 益阳413500)

东坪水电厂位于湖南省安化县东坪镇，上距柘溪水电站10 km，为柘溪水力发电厂(以下简称柘溪水电厂)的反调节水电站，下游为株溪口水电厂。坝址控制流域面积22 816 km2，占资水流域总面积的81.4%，多年平均流量为605 m3/s，年径流量191 亿m3。坝址以上流域洪水属暴雨洪水，洪水特性与降雨特性相应，4—10 月为汛期，其中5—7 月为主汛期。水库总库容1 950 万m3，正常蓄水位96.50 m，相应库容1 480 万m3，死水位92.00 m，相应库容560 万m3，调节库容920 万m3。设计按50 年一遇设计洪水位为97.28 m，相应流量11 900 m3/s。校核按200 年一遇校核洪水位为98.43 m，相应流量13 900 m3/s。

1 东坪水电厂最佳腾库水位

东坪水电厂为灯泡贯流式机组，属于低水头电站，在设计允许运行的水头范围内，水头(H)与功率(N)成正比，在相同功率情况下，水头越高(不超过9 m，超过为厂家“不推荐运行区域”)机组耗水率越低，水能利用效率越高，因此一般情况下宜保持高水位运行，以提高发电水头，增加发电效益。

根据表1 可知，当机组发电水头不低于6.5 m时，机组的最大出力可达到19 MW，且经多年运行经验证明，此时机组运行工况良好;当机组发电水头小于6.5 m 时，机组的出力受到较大制约，随着水头的下降成几何递减，且水力振动加剧，运行工况较差。当东坪水电厂以全出力方式进行腾库时，出库流量在1 300 m3/s 左右，相应的下游水位为89.35 m (如图1)，当上游水位降至95.8 m 时，机组的运行水头为6.45 m。同时从库区安全角度考虑，东坪水电厂安全腾库效益最佳点为95.8 m。

表1 东坪水电厂流量与耗水率关系表

2 水库腾库时间计算

东坪水电厂坝址常年平均流量为605 m3/s，取电厂当前入库流量分别为100 m3/s 和600 m3/s 时，计算机组全出力腾库所需时间。

式中 T 为腾库时间，min;V 为有效腾库库容，万m3;Q1为机组全出力流量，m3/s;Q2为当前流量，m3/s。

东坪水电厂当前入库流量分别为100 m3/s 和600 m3/s 时，机组全出力腾库所需时间关系见表2。当入库流量为100 m3/s 时，最快腾库时间为22 min 左右，柘溪水电厂洪峰到达东坪水电厂坝址的时间约为20 ～30 min，因此当入库流量≤100 m3/s时东坪水电厂无需提前腾库，腾库工作可随柘溪水电厂运行方式变化同时进行，但介于东坪水电厂开机到带满负荷需要一个短暂过程，在腾库时间上有一定的延误，因此及时掌握柘溪水电厂开机情况至关重要 (多年经验结论，此种负荷变化幅度极为少见)。介于以上情形，东坪水电厂一般

表2 腾库需要时间表

情况下腾库都要提前进行，具体时间计算如下:

式中 T 为腾库时间，min;V 为有效腾库库容，万m3;Q 为增加出库流量，m3/s。不同流量下的腾库时间见表3。

表3 不同流量下的腾库时间表

3 腾库可增发电量计算

3.1 不同水位下腾库增发电量

东坪水电厂腾库水位应不低于95.8 m，在相应的腾库水位下，利用腾库水量，可增发电量计算如下:

式中 N 为增发电量，kWh;Q 为腾库水量，万m3;b 为设计耗水率，m3/kWh。不同腾库水位下可增发电量见表4。

表4 相应的腾库水位下可增发电量

计算可得电厂腾库可增发电量W1为27 166 kWh。

3.2 腾库水力损失

在腾库过程中，库水位相应消落，水头逐渐减小，在腾库增发电量的同时将产生一部分水头损失电量。腾库水头损失电量计算如下:

1)当入库流量600 m3/s 时，腾库水位与时间的过程线如图2 所示，水位从96.5 m 降至95.8 m，约需要40 min，水位下降过程线近似于直线。

2)当柘溪水电厂以最大发电流量1 800 m3/s泄水时，东坪水电厂达到腾库水位以后，水位从95.8 m 上涨至96.5 m，约需要54 min，如图3 所示，水位上涨过程线仍近似于直线。

3)为便于计算腾库和蓄水过程均取水头平均值。腾库水头维系时间为腾库时间加上蓄水时间。

4)当东坪水电厂按当前流量600 m3/s 达到腾库水位后，如果柘溪水电厂马上将下泄流量增加到1 800 m3/s，此时的水头损失计算如下:

式中 N1为腾库前机组出力，kW;H1为腾库前水头，m;Q1为腾库前流量，m3/s;η1为 腾库前机组效率。

式中 N2为腾库后机组出力，kW;H2为腾库后水头，m;Q2为腾库后流量，m3/s;η2为腾库后机组效率。

式中 H1为腾库前水头，m;A1为腾库前上游水位，m;C1为腾库前下游水位，m。

式中 H2为腾库后平均水头，m;A2为腾库过程平均上游水位，m;C2为腾库后平均下游水位，m。

式中 W2为水头损失电量，kWh;B 为机组台数，台;1.55 为腾库水头维系时间，h。

式中 W1为理想增发电量，kWh;W2为水头损失电量，kWh;W3为实际增发电量，kWh。

①按正常水位运行:水头H1= A1-C1(查表1)，H1=8.04 m;查图1 得出其他参数代入公式(4)得:

由于东坪水电厂发电机额定出力为19 900 kW，因此在计算水头损失时只能按19 900 kW 计算。

②按腾库平均水位计算水头H2=A2-C2(查图2，3)，H2=6.8 m。查图1 得出其他参数代入公式(5)得:

③W2= (19900 - 18976)× 4 × 1.55 =5728(kWh)

3.3 即时腾库效益

即时腾库:以最快速度进行腾库时，达到腾库水位后，入库随即增加，并以最快的速度进行蓄水。

依以上计算法得出不同流量下的即时腾库效益，见表5。

表5 即时腾库效率表

3.4 腾库产生效益时段控制

腾库所等待时间的计算:

式中 T 为可等待时间，h;W 为腾库可增发电量，kWh;N 为当前出力，kW。

由上式可计算得出预计腾库流量下可等待时间，见表6。

表6 腾库产生效益时段控制表

从表6 可知，当腾库后等待时间超过其相应时间时，腾库操作则可视为失败，不但不能增加经济收益，反而会带来损失。

4 结论

1)通过腾库操作，东坪水电厂可增加一定的发电效益，电厂上距10 km 的柘溪水电厂为湖南电网的主要调频电厂，上游洪水预测时间很短，在腾库实际应用中很难把握腾库启动时间，因此达到腾库启动条件时首先必须以最快速度腾库，方能保证腾库到位，其次在实际运用中对上游来水情况的经验积累也至关重要。

2)由于径流式水电厂属于低水头电厂，水位变化对于机组效率影响较大，在实际腾库操作中，启动时间稍有提前便会造成腾库损失，变成一次失败的行动。因此，腾库时间宜迟不宜早，没有把握，不可轻易启动腾库。

3)多年经验证明，如遇库区较大暴雨，区间瞬间产流较大，很难达到预期腾库水位。因当地经常出现局部较大暴雨，库区形成小洪峰时，不能按照腾库分析模板生搬硬套，以保持高水位运行更为经济。

4)鉴于下游株溪口水电厂对东坪水电厂尾水回水顶托，可采取2 个厂联合调度腾库，但在时间把握上需更加谨慎，如果东坪水电厂腾库失败，也会导致株溪口水电厂腾库失败。一旦找准时机，进行两个厂联合调度腾库时，株溪口水电厂应比东坪水电厂提前40 min，可保证在株溪口水电厂腾库水头损失不变的情况下，减小东坪水电厂腾库时的水头损失，增加2 个厂联合腾库效益。

〔1〕沙锡林. 贯流式水电站〔M〕. 北京:中国水利水电出版社.1999.

〔2〕李炜. 水力计算手册(第2 版) 〔M〕. 北京:中国水利水电出版社. 2006.

〔3〕张吉波. 灯泡贯流式机组厂房的水头损失计算〔J〕. 企业科技与发展. 2008 (14).

〔4〕东坪水电厂. 发电经济运行管理规定〔S〕. 2010.