淮陰閘閘孔電站擴容增機可行性淺析

姚建棟 石 煒

一、概述

淮陰閘位于江蘇省淮安市淮陰區(qū)楊莊鄉(xiāng)，工程系淮沭河的控制工程，共30孔，單孔凈寬10m，閘總寬345.4m，閘底高程6.00m，設(shè)計流量3000m3/s，校核流量4000m3/s，工程設(shè)計標準為300年一遇。

設(shè)計之初閘兩側(cè)預(yù)留孔安裝小水電機組2臺，裝機容量40kW。1994年淮陰閘抗震加固，拆除了西側(cè)的小水電機組，并在第30#閘孔內(nèi)新建200kW船體發(fā)電機組1臺，該發(fā)電機組開機時額定流量10m3/s，30#孔閘門常年開啟，以保證船體發(fā)電機組（1#機組）的常年運轉(zhuǎn)。

二、擴容增機任務(wù)的由來

淮陰閘閘孔電站1#機組船體發(fā)電機經(jīng)過十多年的并網(wǎng)發(fā)電，機組的出站功率隨不同水情條件的影響而變化的規(guī)律已經(jīng)被了解和掌握。為了更合理地利用水資源，管理單位計劃對淮陰閘閘孔電站進行擴容增機，將第29#閘孔改建為閘孔電站，即在29#閘孔內(nèi)安裝船體發(fā)電機。

為了解29#孔改建為閘孔電站后對原先30#閘孔（電站1#機組）的輸出功率以及對正常水情、斷面的影響，決定由淮陰閘水文站對淮陰閘29#孔開啟后1#機組出站功率變化進行調(diào)研，并掌握29#閘孔電站建成后對1#機組出站功率的變化規(guī)律以及對正常水情調(diào)度的影響，為淮陰閘閘孔電站擴容增機的可行性研究提供決策支持。

新機組計劃安裝在淮陰閘第29#閘孔，其船體發(fā)電機組的額定流量范圍為10～15m3/s，為了能夠掌握閘孔電站的擴容增機對1#機組輸出功率以及正常水情的影響，計劃根據(jù)上下游水情條件，開啟淮陰閘29#閘孔，使其下泄流量保持在10～15m3/s，模仿船體發(fā)電機開機發(fā)電，保持下泄流量與額定流量的范圍一致，并通過觀測記錄原先30#閘孔電站（1#機組）的輸出功率、上下游水位、斷面以及流態(tài)的變化，對擴容增機前后的變化規(guī)律進行可行性分析。

三、測驗組織和實施

由于此次調(diào)研的是29#孔安裝船體發(fā)電機改造為閘孔電站的工程，因此開啟的閘孔為單孔29#孔，其他閘孔除正常的水情調(diào)度外沒有開啟變動。結(jié)合上下游水位差以及流量分析計算，在滿足正常水情調(diào)度需要的前提下，第29#孔閘門開高保持在0.2～0.25m之間，單孔流量就可以控制在10～15m3/s的范圍之內(nèi)。為了便于統(tǒng)計分析，均采用了29#孔閘門開高0.25m作為開啟標準，針對上下游不同水位級級差觀測了20個測次。

由于第29#孔常年開啟頻率低，此次擴容增機可行性分析調(diào)研的觀測會對上下游的沖淤產(chǎn)生一定影響。不過10～15m3/s的流量對于下游斷面沖刷影響不大，而且電站下游沒有過河纜道，施測下游斷面無法精確固定測深錘，而且對施測人員的人身安全有一定的風險，故不考慮施測下游斷面的沖淤影響。

上游沖淤斷面毗鄰即將改建的29#孔船體發(fā)電機進水口，電站擴容增機后對進水口附近上游斷面的沖淤影響較大，在上游工作橋上使用測深錘測深的方法來觀測29#孔開啟后對上游斷面的沖淤影響。由于29#孔單孔開啟且流量較小，對淮陰閘上游整個斷面的沖淤情況影響較小，故此次調(diào)研只觀測對 28#、29#、30#三孔的上游沖淤斷面的影響情況。

四、成果分析

（一）擴容增機對水位與功率的影響

1.同一水位級內(nèi)電站輸出功率的影響分析

淮陰閘閘孔電站發(fā)電功率受下游水位的高低影響較大，通過20次的觀測發(fā)現(xiàn)：

（1）當下游水位保持在8.80m左右時，開29#孔對原先1#機組的發(fā)電功率影響一般都在10kW以內(nèi)，甚至沒有影響，前后功率差不超過原出站功率的5.8%。

（2）當下游水位保持在9.20m左右時，由于電站出流受到下游水位升高的影響，出站總功率已經(jīng)降低，所以開29#孔對1#機組的發(fā)電功率影響雖然也能保持在10kW內(nèi)，但其受影響的前后功率差占原出站功率的百分比要大于下游水位保持8.80m的時候。

（3）當下游水位保持在9.50m以上時，淮陰閘電站出站功率會受到極大影響，1#機組只能保持在50kW左右甚至更低。此時開29#孔對于30#閘孔電站（1#機組）有極大的影響，其受影響的前后功率差雖也保持在10kW內(nèi)，但是由于下游水位高，總的出站功率原本就極低，故其輸出功率受影響的百分比略大一些，超過10%。

2.不同水位級內(nèi)電站輸出功率影響分析

根據(jù)下游水位出現(xiàn)的不同水位級，經(jīng)過比較分析發(fā)現(xiàn)，29#孔開啟前后對1#機組的影響功率一般保持在10kW之內(nèi)，前后功率差占原先出站功率的百分比最大不超過15.1%。

3.29#孔擴容增機對上下游水位的影響分析

通過對29#孔模仿電站出站流量開啟前后的20次觀測，從圖1中可以看出，10～15m3/s下泄流量的增加，對上下游水位的影響可以忽略不計。

電站出站功率除受下游水位影響較大之外，上游水頭過低也會造成發(fā)電功率的驟降，即若淮陰閘上游水位低于11.10m時對發(fā)電功率的影響也會比較大。縱觀20個測次，最大的受影響百分比就是上游水位10.95m過低時造成的總出站功率偏低。只有當淮陰閘上游水位超過11.20m之時，其電站發(fā)電功率基本可以擺脫受上游水位的影響。

（二）擴容增機對上下游斷面沖淤影響分析

開29#孔時，由于對上游浮淤有一定影響，在每個10m寬的閘孔上游選取距離閘壁1m、5m、9m的地點使用測深錘實測水深，首次開閘前用測深錘在28#、29#、30#閘室前測水深2次，觀測10次后再測2次，所有測次結(jié)束后再測量2次，并根據(jù)實時水位換算成河底高程，共測量3組沖淤斷面數(shù)據(jù)，計28#、29#、30#孔每孔6次斷面。

29#孔閘門開啟前后28#孔上游沖淤斷面的對比見圖2。

29#孔閘門開啟前后上游沖淤斷面見圖3。

29#孔閘門開啟前后30#孔上游沖淤斷面的對比見圖4。

比較 28#、29#、30#閘孔上游沖淤斷面圖不難發(fā)現(xiàn)，30#孔由于安裝了電站1#機組，并常年發(fā)電，所以30#閘孔上游閘室斷面呈現(xiàn)出兩邊高、中間低的斷面特征，這與電站水輪機的入水口長時間沖刷有關(guān)，而閘室兩邊由于處在水輪機入水口的死角，故水流的沖刷對30#孔兩邊的淤積沒有影響。

28#、29#閘孔由于常年較少開啟，故上游閘室內(nèi)略有淤積，經(jīng)過29#閘門的開啟，由于形成10～15m3/s的流量，經(jīng)過水流的沖刷，29#孔的淤積已經(jīng)逐步消除，而28#閘室的沖淤情況則基本沒有變化。

五、結(jié)語

經(jīng)過長時間的觀測，對淮陰閘閘孔電站進行擴容增機，即29#閘孔安裝船體發(fā)電，對現(xiàn)有1#機組輸出電功率、水位變化及斷面淤積的變化等進行以上的比較分析可以得知，在合理利用水情調(diào)度的原則下，將29#閘孔改建為閘孔電站，對原有的1#機組的發(fā)電功率以及原有的水情條件和斷面沖淤情況不會有太大的影響，因此，淮陰閘閘孔電站擴容增機工程是切實可行的■