蒲石河抽水蓄能電站初期蓄水及調(diào)度運行研究

趙忠文，王相波，李曉軍，張彥東，郭世安，陳立秋

（1.遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216；2.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

蒲石河抽水蓄能電站上水庫為一人工水庫，集水面積很小，基本上無天然徑流匯入，故本文僅將下水庫作為蓄水的水源庫進行初期蓄水分析研究。根據(jù)蒲石河工程施工組織進度安排，計劃2010年12月30日下水庫下閘蓄水。

1 初期蓄水要求

1.1 蓄水期間水位控制要求

下閘蓄水之前，下水庫大壩已建成，泄水建筑物已具備正常運行的條件，導流底孔于2010年5月15日開始下閘并進行底孔封堵，施工工期要求自封堵之日起，2個月到2個半月之內(nèi)庫水位不得超過56.00 m高程。泄洪排沙閘堰頂高程48.00 m，輸水系統(tǒng)充排水試驗要求下水庫最低蓄水位要達到62.00 m以上，第1臺機組發(fā)電調(diào)試水位要求達到62.79 m，4臺機發(fā)電水位要求達到64.89 m，正常蓄水位減掉冰庫容相應的水位為65.36 m。

1.2 電站初期發(fā)電對水庫蓄水要求

蒲石河抽水蓄能電站首臺機組采用水泵工況啟動。根據(jù)機組調(diào)試要求，在第1臺機組有水調(diào)試之前，下水庫必須滿足死庫容1 616萬m3的要求，輸水系統(tǒng)充水量為24萬m3，上水庫需要達到死庫容95萬m3，用于首臺機組先行調(diào)試項目所需水量170萬m3，上水庫死庫容回填土石方孔隙所需水量53萬m3，首臺機組調(diào)試前所需要的總蓄水量為1 958萬m3。

蒲石河抽水蓄能電站首臺機組投入商業(yè)運行，抽水容量按1臺機組滿載抽水6 h計算，需要抽水（發(fā)電）調(diào)節(jié)庫容為216萬m3，故首臺機組投入商業(yè)運行之前累計需水量2 174萬m3，扣除輸水系統(tǒng)占用水量24萬m3及用于首臺機組先行調(diào)試階段所需水量170萬m3，上、下水庫所需最小總水量為1 980 萬 m3。

蒲石河抽水蓄能電站第2臺機組投入商業(yè)運行，需要增加的抽水 （發(fā)電）所需調(diào)節(jié)庫容216萬m3，第2臺機組投入商業(yè)運行之前累計需水量2 196萬m3。

電站第3、第4臺機組投產(chǎn)前的所需水量，可根據(jù)機組的投產(chǎn)時間，在每臺機組投產(chǎn)前分別充水216萬m3，所需蓄水量滿足電站4臺機組抽水（發(fā)電）的要求，同時將備用水量和結(jié)冰水量蓄至水庫中。

1.3 下水庫壩址以下綜合用水對蓄水要求

蒲石河抽水蓄能電站下水庫壩址以下綜合用水包括下游河道生態(tài)環(huán)境用水、下游居民生活生產(chǎn)用水、下游已建電站用水等。根據(jù)實際調(diào)查計算分析，下游生態(tài)環(huán)境用水最小流量為1.54 m3/s，下游居民生活用水流量為1.0 m3／s，下游生產(chǎn)用水 （大棚及魚塘）流量為1.75 m3／s。下游2個徑流式小水電站砬子溝和豐發(fā)水電站機組最大引用流量為 （5.68+37.64） m3/s。

由于蒲石河10月份以后來水量較少，水庫蓄水期間在滿足下游生態(tài)環(huán)境用水和下游生活、生產(chǎn)用水要求前提下，應首先滿足蓄能發(fā)電用水需要，對下游已建水電站發(fā)電造成的影響可根據(jù)影響情況采取相應對策和補償措施。

1.4 蓄水原則及方法

本研究采用來水保證率P=10%、P=25%、P=50%、P=75%和P=90%共5個典型年的日徑流資料進行分析計算，求出不同特征蓄水位對應的蓄水時間。下閘蓄水期間下游放流按1.75 m3/s考慮。

2 計算成果分析

初期蓄水方案分析計算的計算成果詳見表1和表2。

表1 12月30日下閘蓄水方案計算成果（最小下泄流量1.75 m3/s）

表2 12月30日下閘各來水保證率年型特征水位蓄水時間

根據(jù)蓄水方案計算成果及蓄水時間，按不同典型年來水計算，水庫水位由48.0 m開始蓄水至死水位62.00 m，蓄水時間為83～106 d（3月22日～4月14日）。蓄水至正常蓄水位66.00 m，蓄水時間為155～206 d（6月2日～7月23日）。計算結(jié)果表明，初期蓄水方案對下游生態(tài)環(huán)境用水、生產(chǎn)及生活用水沒有影響；蓄水至62.00 m水位期間，對下游豐發(fā)、砬子溝兩座水電站發(fā)電量有一定影響，屆時可根據(jù)實際來水情況和蓄水時間，經(jīng)詳細計算后給予相應的補償；由62.00 m水位到正常蓄水位66.00 m期間，對下游各用水部門沒有影響。

3 電站調(diào)度運行方式

3.1 調(diào)峰運行

根據(jù)2015年東北電網(wǎng)設計的枯水年電力電量平衡成果及蒲石河電站在各月典型日負荷圖上的工作位置，蒲石河電站調(diào)峰發(fā)電時間由各月份負荷變化情況而定：冬、春季一般為早7：00或午11：00運行1～2 h，晚上17：00至21：00運行5 h；滿裝機運行時間一般為3 h左右；夏、秋季運行時間一般為上午9：00至12：00運行4 h，下午15：00至21：00運行7 h；考慮機組檢修及承擔系統(tǒng)備用，夏季日平均工作容量為400～900 MW。

3.2 填谷運行

蒲石河抽水蓄能電站一般于夜間23：00至次日凌晨5：00進行抽水工況運行，運行時間6 h。除機組檢修時間外，一般均可按滿裝機運行，日平均抽水流量約為360 m3/s。

3.3 調(diào)頻運行

由于蒲石河抽水蓄能電站運行靈活，容量增減速度快，投入運行后可視電力系統(tǒng)頻率的變化情況跟蹤負荷運行，保證系統(tǒng)的周波在允許的范圍之內(nèi)，從而提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。

3.4 緊急事故備用

蒲石河抽水蓄能電站上、下水庫均留有一定的備用庫容，備用水量165萬m3，可供電站2臺機組發(fā)電約2 h左右。由于電站除抽水和發(fā)電之外，每天約有一半的時間處于待用狀態(tài)，因此在電力系統(tǒng)發(fā)生事故時可以利用電站空閑容量為系統(tǒng)提供緊急事故備用容量；抽水工況，當電力系統(tǒng)發(fā)生事故時，可以改變機組運行工況，由抽水工況轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電工況，可為系統(tǒng)提供兩倍于電站裝機容量的備用容量；當電站處于發(fā)電工況運行時，如電站未滿負荷運行，可在系統(tǒng)發(fā)生事故時迅速將機組增加到滿負荷運行，從而起到緊急事故備用的作用。

3.5 汛期電站運行原則

2011年為蒲石河抽水蓄能電站初期運行期，由于電站初期運行期可能存在一些不可預知的因素，實際運行時可視當時具體情況靈活掌握。為保證上、下水庫大壩的安全，保證下水庫泄洪排沙需要及庫周居民正常生活、生產(chǎn)安全，汛期電站運行應遵循以下調(diào)度原則：

由于上水庫未設置泄洪設備，根據(jù)上水庫洪水調(diào)節(jié)計算成果，上水庫水位達到正常蓄水位392.00 m時，電站停止抽水，允許水位繼續(xù)上漲，當水位達到校核水位394.00 m，電站轉(zhuǎn)為發(fā)電工況運行，庫水位降至正常蓄水位392.00 m時，是否繼續(xù)發(fā)電可根據(jù)電網(wǎng)需要轉(zhuǎn)為正常調(diào)度。

由于蒲石河泥沙量較大，根據(jù)水工模型試驗，下水庫降低水位運行有利于泄洪排沙，根據(jù)蓄能電站發(fā)電水量所置位置，分兩種極限情況考慮。

（1）電站發(fā)電水量全部置于下水庫，即下水庫水位為正常蓄水位66.00 m：①當入庫流量小于等于500 m3/s時，水庫按來多少泄多少放流，保持水位66.00 m不變，發(fā)電工況和水泵工況均可正常運行。②當入庫流量大于500 m3/s時，在4 h之內(nèi)將水庫放空至死水位62.00 m，之后水庫按來多少泄多少放流，保持死水位不變。電站發(fā)電工況可正常運行，水泵工況是否運行屆時視具體情況而定，建議暫停水泵工況。③當入庫流量大于死水位62.00 m相應泄流能力時，按泄流能力下泄。此時閘門全開，水庫排沙。停止電站水泵工況，發(fā)電工況正常。

（2）電站發(fā)電水量全部置于上水庫，即下水庫水位為死水位62.00 m：①當入庫流量小于等于死水位62.00 m相應的泄流能力時，水庫按來多少泄多少放流，保持死水位不變。電站發(fā)電工況可正常運行，水泵工況是否運行屆時可視具體情況而定。②當入庫流量大于死水位62.00 m相應的泄流能力時，按泄流能力下泄，此時閘門全開，水庫排沙，停止電站水泵工況，發(fā)電工況正常。

對于 （1）或 （2）兩種情況，洪水過后水庫均應盡快回蓄至正常蓄水位66.00 m。電站發(fā)電工況和水泵工況均恢復到正常狀態(tài)。

4 結(jié)語

（1）蒲石河抽水蓄能電站建成投產(chǎn)后并入東北電網(wǎng)，主要用于解決東北電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻及緊急事故備用等問題，是東北電網(wǎng)重要的電源點。

（2）電站初期階段的蓄水計算分析表明，根據(jù)制定的蓄水時間及現(xiàn)有的蓄水設施，完全可以滿足機組調(diào)試和運行的需要，也能滿足電站4臺機組投入運行對蓄水量的要求，對下游個別用戶用水雖有影響，但影響不大。

（3）由于蒲石河水量比較豐沛，為節(jié)省蒲石河抽水蓄能電站初期蓄水費用、縮短初期蓄水時間、保證初期蓄水安全以滿足機組按計劃投入運行，電站初期蓄水主要通過下水庫蓄水來完成。即，下水庫死庫容、輸水系統(tǒng)、上水庫死庫容、發(fā)電庫容、備用庫容、冰庫容等水量均由下水庫蓄水來完成，通過水泵工況將上水庫應蓄水量 （一次或多次）由下水庫抽至上水庫。

（4）下水庫泄洪排沙期間，為增強排沙效果，建議可充分根據(jù)洪水預報，水庫低水位運行。泄洪排沙期間，電站水泵工況是否運行可根據(jù)實際情況酌情考慮，建議暫停水泵工況運行。