隔河岩水电站水资源的高效利用与水害防范

2020-05-22梁文岳覃进一

水电与新能源 2020年4期

梁文岳，覃进一

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北宜昌 443000)

1 水资源的充分利用

1.1 梯级发电重复利用水能

为更充分的利用水能，优化水能资源的配置，清江流域以清江梯调为远方集中控制中心，三级电站为水能利用点形成梯级水能开发模式。通过利用串联水库形成的巨大优势，提高库容的重复利用，根据水量平衡的原则，整合水库调度、发电调度等方面的因素[1]，缩短开机时间，极大提高水能、设备、人力等资源的最大化和可利用率，将水能可持续利用的目标变为现实。

1.2 精准水情保障发电效益

水情的准确预测可以有效提高水能利用效率。清江流域的水情自动测报系统以及流域各地区水文部门的防汛报讯为水资源科学调度、电能最大化提供坚实的保证。清江水电开发有限责任公司于2008年对原有的系统进行整体优化，更新后的系统有效降低了传输延时，加强了站点的互换功能，能及时准确地为3座水电站的发电计划提供可靠保证。隔河岩水库总库容30.18亿m3(正常水位200 m时)，防洪库容8.7亿m3，汛期限制水位193.6 m，在此水位下防洪库容可达5亿m3。隔河岩电站运行部门联合梯级调度利用气象与水情信息，通过加密巡检巡视，观测现场环境状况，再结合设备状态与梯级调度及时沟通联系，综合电网等各方面的需要，计算每年动态最优水位，优化水库调度方案，规划发电计划，汛期加快腾出库容，汛后期提前回蓄水位等一些列措施，防弃水、保发电，避免造成水资源的浪费。

1.3 弃水抢发减少水能损失

因清江流域梯级发电规模的形成以及科学精准调度，隔河岩水电站受厄尔尼诺气候影响的弃水在近10年来占比不到20%。但弃水的形成，无疑是对低碳、绿色能源的浪费，也会影响经营效益。隔河岩水电站从运行管理、人员调配等方面使防汛工作规范化、制度化，完成防汛设备检修标准项目200余项，完成4台机组以及80余台套辅助设备计划检修，保证设备健康水平。在2016-07-19日超百年一遇洪水到来时，保持机组安全运转而不停机，在泄洪的同时，减少停机时间，加大发电力度，增加发电量，将水能资源得到安全充分利用。

2 水资源的高效转换

水轮机的出力和发电水头、发电流量成正比(N=9.81ηQH)，也就是说水头越高，流量越大，其能量也就越大[2]。水头的变化会直接影响机组的有功调节性能，进而影响水能利用率，影响发电效率。

2.1 减少高水耗运行时间

隔河岩水电站最大发电水头121.5 m，最小发电水头80.7 m，水量利用率达92.3%。隔河岩水电站与清江梯调配合优化运行，根据梯级电站阶段性发电计划加大对机组实时出力的控制力度，控制机组小出力运行时间，通过反馈调节过机流量，优化机组运行工况，减少水头损失，达到节能增效目的。

2.2 利用综合特性曲线降低过机流量

根据隔河岩机组综合特性图(见图1)水头、流量及出力的关系，优化调速器反应时间，调节调速系统的开限，既不能因开限过高而造成过负荷运行，也不能因为开限的压制，使机组不能满负荷运行。图中1列举了三种不同水头下，机组出力与过机流量的对应关系，通过不断的调节与修正，在满足负荷的要求下降低过机流量，减少水能损失。

图1 隔河岩机组综合特性图

2.3 减少因外界环境影响造成的水头损耗

隔河岩水利枢纽进水口上游有一处客运码头，一处旅游码头，树枝及生活垃圾等经常堆积于坝前拦污栅处，尤其在暴雨过后，树枝及垃圾的存在使机组水头损失特别大，电站运行管理过程中通过加强人工清污外，还与地方协调配合，将污物尽量提前在上游河道清除，避免过多堵塞到拦污栅前，通过这些措施减少水耗，提高发电效益。

3 水害的防范

水资源合理利用可以造福人民，但因自然灾害、坝体渗水处理不及时、挡水建筑物损坏以及发电设备设施故障等防范措施未做到位，同样可导致水淹厂房事故发生，引起重大人身伤亡和财产损失。

2009-08-17日，俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站发生特别重大的事故，因其2号机组顶盖43颗螺栓断裂，顶盖与转子在高压水的作用下飞出机坑，水不受控制后全部冲入厂房，造成水淹厂房事故。其中2、7号和9号水轮发电机组彻底被毁，其余水轮发电机组全部受损，事故造成75人死亡。事故后分析发现，萨扬电站6号机组检修，检修闸门落下，进水管路无水，因此损坏最轻；5号机组正常运行，事故发生后导叶自行关闭，将水能控制，损坏也比较轻[3]。

水害无处不在，突然袭击的暴雨，检修泵、渗漏排水泵等设备问题，供水水管破裂，压力钢管漏水，顶盖排水不畅等问题都可能造成水淹厂房，甚至造成机毁人亡的水害事故。因此隔河岩电站运行管理中通过对挡水建筑物渗漏水的监测、设备缺陷的排查、水压水位的监视等将水能限制在可控范围内，力求安全稳定运行。

3.1 通过水泵启停间隔发现大坝廊道漏水情况

2016-09-15日，隔河岩运行值班员发现大坝右护泵站水泵启停频率减少这一现象。通过查阅历史数据和记录，当天与前几日情况差不多，均在20～30 h启动一次，这与机组正常备用状态下的3h左右启动一次差异巨大(图2)。在现场人员排除通讯故障、传感器故障等问题后，结合右护泵站所处在4号机组引水隧洞旁的实际情况，通过调用监控系统历史站4号机组检修时间段(9月12～21日)引水隧洞排水前后右护泵站水位变化曲线，对比分析后，合理推断出隔河岩4号机组引水隧洞存在渗漏情况，并在现场发现引水洞内混凝土多处破损的重大缺陷。

图2 2019-09-07日至27日右护水泵启动时间间隔图

3.2 通过渗漏泵启停频率发现三号机蜗壳放空阀处破裂情况

2016年12月，运行人员在数据统计中发现渗漏泵启动频率变快，启动时间间隔变短的不正常现象(见图3)。

图3 2016年9月至12月厂房渗漏泵启停间隔时间图

在排除渗漏泵设备本身问题后，加强全厂巡视巡查，随后发现3号机蜗壳放空阀处有沙眼，漏水量较大。经过对该沙眼的简单处理后，发现渗漏泵启停间隔时间有所变长，因此确定了水量的来源。之后在3号机检修中，将该位置重新进行了混凝土的灌注，避免了沙眼的扩大，有效地制止了水灾的发生。

隔河岩水电站在运行管理过程中通过不断地将关键数据进行对比分析，及时发现安全隐患，并择机处理水害的危险，做到防微杜渐，避免重大事故的发生。

3.3 确保防汛设备可靠运行，大坝防汛功能万无一失

防洪是水利工程的重要功能，具有重要的民生意义。1998-08-07日，隔河岩4台机组全停，关闭所有泄洪闸门，长江第4次洪峰61 500 m3/s通过宜昌河段，隔河岩截住了清江洪峰2 700 m3/s，致使水库蓄水位达到203.94 m，逼近204 m的校核水位，使下游沙市水位降低18～20 cm，避免了灾害性的荆江分洪，为长江错峰承担了巨大的风险。隔河岩在“九八”抗洪中作出了关键性的贡献，发挥了重要作用，将洪水灾害降至最低。2016-07-19日，隔河岩水库断面还原天然河道洪峰流量达到18 700 m3/s，超过百年一遇。隔河岩水库调蓄洪水3.44亿m3。19日16时最大入库洪水9 742 m3/s，20日20时最大出库流量6 610 m3/s，削减洪峰3 130 m3/s，削峰率34%，电站的防洪效益凸显。

防汛设备可靠运行的背后，是日常运行管理中加强对防汛电源倒闸的演练及运行监视，坚持根据“防大汛、防早汛”的指导方针，策划、落实防汛设备设施检修计划，保证防汛设备在危急关头“召之即来，来之能战”，确保大坝防汛万无一失。