飞仙关水电站峡口拓宽优化设计

尹 坤，陈应球，邵 堃，刘本银

（华能西藏发电有限公司，拉萨 850000）

1 优化设计的提出

飞仙关水电站工程位于雅安市芦山县飞仙关镇，为青衣江干流梯级开发的第一级，下一级为已建雨城电站。坝址距下游飞仙关峡口约150m，电站设计正常蓄水位623m，正常尾水位598m，下游校核洪水位627m。

飞仙关电站下一梯级电站雨城电站正常蓄水位为598m，回水至峡口下游与飞仙关电站尾水衔接。通过枯水时段的现场观察（即时流量约150m3／s），峡口处河道最窄处枯水期河面仅约15m，较上、下河道有非常明显的缩窄，峡口上、下游水流相对平缓，峡口处天然河道水流流速则较大，有明显的跌落，峡口“阻流顶水”现象较明显。由于该峡谷河段的节制作用，使得飞仙关水电站尾水位有所壅高，且造成尾水洪、枯水位变幅近30m（P=0.2%的校核洪水位与设计尾水位水位差），对行洪和发电较为不利。因此，有必要对飞仙关峡口进行河道拓宽疏浚，扩大峡口处的过流面积，特别是拓宽小流量情况下的过水面积，降低坝下水位，增大发电水头，增加装机容量和发电量，同时有利于河道行洪，最终达到“挖潜增效”的目的。

2 峡口扩宽开挖方案的设计

峡口拓宽开挖方案的设计主要考虑拓宽峡口河床后尽可能减少峡口“阻流顶水”，增加枯水期峡口过流断面，降低河道水流流速。根据峡口位置地形，拟定的开挖方案为：在不影响高漫滩台地以上高边坡稳定和下游G318的情况下，尽可能地拓宽河床，开挖底高程按河床深沟段高程确定，以最大限度地增加小流量时的过流断面，对开挖后坡面采取适当的支护措施。

具体实施方案如下：峡口拓宽整治位于左岸，顺水流向开挖长度约为370m，开挖底高程约为593m，拓宽峡口河道10～35m，开挖坡比采用1：0.75，开口线距陡岩为3～10m。

3 峡口拓宽后水位流量关系曲线的对比

根据拟定的峡口拓宽断面资料，参考不同设计阶段所测量的同时水边线资料，利用雨城电站回水计算成果，并结合峡口河段的实际糙率，采用水力学公式计算，重点进行合理性分析。最终确定峡口拓宽后的飞仙关水电站坝下100m水位流量关系曲线，与拓宽前的水位流量关系曲线对比见图1。

图1 峡口拓宽前后坝下100m水位流量关系曲线对比图

从图1可以看出，在各级流量下，峡口拓宽后，坝下水位均有不同程度的降低。在正常发电流量情况下，水位降低约50cm；在下游校核流量情况下，水位降低约3.8m，峡口拓宽整治对发电和行洪的影响比较显著。

4 水库动能分析

4.1 边界条件及计算结果

原可研阶段设计的飞仙关水电站装机容量为100MW，水电站单独运行时装机年利用小时数为4 524h。根据峡口拓宽重新计算的坝下100 m水位流量关系曲线，初拟以下3个方案进行径流调节计算。

1）维持原装机容量不变，计算动能指标。

2）基本维持原装机年利用小时数，确定装机容量及其他动能指标。

3）根据四川现有同类型水电站装机年利用小时数，同时考虑到主机厂家已完成部分设计和设备下料，在不影响主机制造进度和保证现场施工进度前提下，水轮机流道尺寸不变，确定装机容量及其他动能指标。

在其他计算基本资料（径流资料及设计代表年选择、库容曲线、水头损失、综合用水，坝前设计水位、电站运行方式、设计水平年和设计保证率）都保持不变的情况下，对以上3种方案进行径流调节计算结果对比见表1。

表1 飞仙关水电站各装机容量动能经济指标表

4.2 计算结果分析

从能量指标看，由于下游水位流量关系曲线的变化，方案一至方案三均较原可研的年发电量有所增加，且枯期电量增加约270万kWh；随着装机容量的加大，方案一至方案三的多年平均发电量随之增大。

从技术经济角度出发，通过拓宽峡口、疏浚河道，从而降低下游水位总的来说是经济的，适当增大装机是有利的。

5 装机容量调整及厂房结构变化

由于峡口拓宽整治后，坝下水位有所降低，机组工作水头相应发生变化，考虑到水轮发电机组已经订货，机组的设计已进行到具体的部件加工图阶段，已完成部分水轮机埋入部件制作或铸件木模制作的实际情况。所以最终确定的优化设计方案为：在机组流道尺寸不变、不影响厂家生产制作和供货以保证现场施工进度的前提下，通过机组设计优化，单机装机容量由50MW提高到了53MW。

电站单机装机容量由50MW提高到了53MW，水轮机桨叶安装高程调整为592.00m，较原设计降低1.5m，厂房除整体下降1.5m外，厂房结构基本没发生变化。对应于安装高程的降低，厂房的建基高程降低1.5m，尾水渠底高程降低0.5m，石方开挖和砼工程量相应增大。

6 机电及金属结构设计调整

在峡口河道拓宽整治后，电站额定水头由20.0m提高到20.7m，在保持水轮机转轮直径6.2m不变的情况下，使水轮机在高效区安全稳定运行。通过反复计算，机组在额定水头20.7m的情况可发出的出力为53MW。根据厂家提供的转轮综合特性曲线进行分析：当额定水头由20.0m提高到20.7m，单机装机容量由50MW提高到53MW时，水轮机额定工况点效率增加，能量指标更好，稳定运行区域也更优，但空蚀系数增加，机组安装高程需降低。与原方案比较，主厂房除整体下降1.5m外，长、宽尺寸均没有发生变化。

电站装机单机容量增加3MW后，发电机因容量增加导致总重比原方案增加24t，其余设备如调速系统设备、桥机等均与原方案相同。上游正常水位未变，尾水位有所降低，主厂房流道尺寸、闸门孔口尺寸未变，仅安装高程降低了1.5m，闸门及埋件的设计基本无变化。

发电机额定电流由3 234A增加为3 429A，使得发电机出口及中性点电流互感器额定电流由4 000A增加为5 000A；连接发电机出口与主变压器低压侧的共箱母线额定电流由4 000A增加为4 500A；10kV高压开关柜内电流互感器额定电流由4 000A增加为5 000A，主变压器额定容量未变，仍为63MVA，220kV设备参数未受影响。

继电保护、测量及自动装置系统、计算机监控系统、通信系统；220V直流电源系统及UPS系统、全厂公用设备的控制系统、机组辅助设备的控制系统等硬件配置基本不变，对电气一次设备变化影响较小。

7 投资估算

根据2011年三季度价格水平，参照原可研阶段概算编制其他相关边界条件，计算本次优化设计方案需增加的工程静态总投资为1440万元。

电站装机容量增加6MW后，较原设计方案相对投资增加1440万元，电站单独运行及联合运行的年发电量、枯期发电量都有明显增加，补充单位千瓦投资为2400元，联合运行补充单位电能投资为0.914元，补充单位千瓦投资和补充单位电能投资均较低。

8 结语

飞仙关水电站通过峡口拓宽优化设计，起到了挖潜增效的效果，经济效益明显。峡口拓宽后坝下水位降低，增加了大坝汛期泄洪能力，有利于防洪，同时降低了坝前设计及校核洪水位，增大了坝体安全系数。

此次优化设计存在的不足在于启动时间较晚，主厂房及安装间整体下沉1.5m后，对正在施工的厂房坝段爆破开挖造成了一定的影响，二次开挖增加了投资。如果该优化设计能在可研阶段完成，由于下游洪水位的降低，大坝过流能力增加，坝前校核洪水位随之降低，后续可开展降低坝顶高程、降低厂房下游防洪墙高度等设计优化项目，能取得降低工程总体投资，加快施工进度的更好的效果。

［1］ 杨建东.某水电站出线门形架结构设计［J］.电网与清洁能源，2011（04）：78-79+82.

［2］ 詹建美.回龙水电站施工导流围堰设计与施工［J］.山西建筑，2009（01）：45-48.