几内亚苏阿皮蒂水电站机组额定水头选择

杨永建，杨尚宇

(黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003)

苏阿皮蒂(Souapiti)水电站位于西非几内亚孔库雷(Konkoure)河中游，坝址距首都科纳克里135 km。电站下游6 km处为装机235 MW已投产运行的凯乐塔(Kaleta)水电站，上游100 km为已建的75 MW格拉菲里(Garifiri)水电站。苏阿皮蒂水电站是目前孔库雷河梯级开发的第2级电站，建成后与下游凯乐塔电站联合调度，可极大提高几内亚供电的可靠性。电站正常蓄水位210 m，死水位185 m，调节库容39.4亿m3，装机容量450 MW，多年平均发电量20.16亿kW·h，工程于2016年开工，计划2020年9月首台机组投产发电。

1 苏阿皮蒂水电站额定水头选择

1.1 额定水头概述

水电站额定水头是水轮机组额定容量时相应的最小水头，也称临界水头或计算水头。它在水轮机运转特性曲线上表现为水轮机出力限制线与发电机出力限制线交点所对应的水头，是水电站最重要的特征水头，一般其取值范围介于电站加权平均水头和最小水头之间。主要有以下几方面：①额定水头趋近最小水头可以使电站的水轮机组最大限度不受阻，使水电站的受阻容量最小。②额定水头接近加权平均水头，可以使电站效率发挥最大。③电站受阻容量过大，则系统的有效容量降低，会影响系统的安全性、稳定性，同时需要新建电站或增加其他电站的容量，需要付出一定的经济代价。

1.2 额定水头选择的范围

电站正常蓄水位210 m，死水位185 m，电站最大工作水头发生在上游水位为正常蓄水位，以小流量发电的时刻，为99.85 m；最小工作水头发生在上游水位为死水位，以满装机发电时刻，为72.56 m。长系列(1948～1999年)计算中电站最大月平均水头为98.9 m，发生在11月份，最小月平均水头为74.9 m，发生在6月份，算术平均水头91.5 m，电能加权平均水头92.19 m。水头保证率曲线见表1和图1所示。

表1 苏阿皮蒂水电站水头保证率表

图1 苏阿皮蒂水电站水头保证率曲线

根据电站水头范围和单机容量，经对适合该水头段的各型转轮进行了分析比较，采用混流式水轮机为代表机型进行参数选择，型号为HL(239)-LJ-395，发电机型号为SF112.5-32/8520。

根据电站单机容量、水头特性和水轮机模型特性资料，拟定额定水头85、87、89 m三个方案进行综合技术经济比较。

1.3 额定水头选择

根据不同额定水头方案的额定效率、出力限制线计算相应能量指标。不同额定水头技术指标比较见表2。

根据苏阿皮蒂电站运转特性曲线和电站出力特性，较高的额定水头出力受阻时段增加，年发电量比低方案有所减小，但变化均不大。

从电站稳定运行分析，各方案最大水头与最小水头之比均为1.38，方案3的最大水头与额定水头之比为1.175，另两个方案的比值小于1.15，根据国内外高水头混流式机组制造运行经验结合已建电站的设计资料(见表3)，当水轮机的水头比Hmax/Hmin≤1.5，Hmax/Hr≤1.15，其水轮机运行稳定性都比较好，方案1和方案2水轮机运行比方案3更稳定。

表2 苏阿皮蒂水电站机组额定水头方案比较表

从额定水头保证率方面分析，额定水头从89 m降至87 m，机组转轮直径从3.90 m增加到3.95 m，增加很小，而机组出力受阻天数相应减少，从而使满装机发电的时段数增加，水头保证率从68.5%提高到77.5%，方案2较优。

综上所述，结合电站能量指标、受阻情况和有利于机组的稳定运行等因素考虑，推荐采用方案2，即苏阿皮蒂电站机组额定水头为87 m，单机引用流量143.7 m3/s，电站引用流量574.8 m3/s。

表3 与苏阿皮蒂水电站水头相近电站统计资料表 m

2 结 语

水电站额定水头的选择是一个技术、经济等综合性问题，若额定水头较高，当水库水位较低或电站汛期出现大流量、下游水位大幅度抬高时，都将使水头大幅度减小，造成较大的受阻容量；若额定水头较低，除了存在机组运行稳定问题外，在水轮发电机组额定容量不变时，需加大水轮机直径或相应降低机组转速，从而增加水电站的投资。因此，最佳的额定水头必须满足稳定的前提，通过方案投资和电量经济比较，分析水轮机预想出力降低对电力系统平衡的影响，综合分析确定。