禁門關(guān)水電站擴(kuò)容方案研究

【摘要】禁門關(guān)水電站建成運(yùn)行近30年，受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)理念、建設(shè)資金和政策限制，電站水能利用不充分，本次擴(kuò)容主要結(jié)合工程地質(zhì)、水工建筑物布置及施工等因素，本著節(jié)省投資和不改變原有建筑物的布置的原則對電站進(jìn)行擴(kuò)容分析，以達(dá)到更加充分、合理的利用了水能資源。

【關(guān)鍵詞】禁門關(guān)水電站；工程建設(shè)；擴(kuò)容分析

1、流域概況

天全河位于雅安市天全縣境內(nèi)，系岷江二級支流，青衣江最大支流。流域面積2220km2，河口多年平均流量107m3/s。該河發(fā)源于金棚山東側(cè)，由北向南流，在兩河口與二朗山的新溝河匯合，經(jīng)鍋浪蹺、腳基坪、天全縣城、始陽，在飛仙關(guān)附近與滎經(jīng)河合流后匯入岷江一級支流青衣江。干流全長109.4km，平均比降33‰，天然落差3590m，流域面積大于50km2的支流十二條。禁門關(guān)水電站為天全河七級開發(fā)的第四級，符合天全河流域水資源開發(fā)及天全河干流水電開發(fā)規(guī)劃。

2、擴(kuò)容原因

1984年四川省水利學(xué)會承擔(dān)了天全河禁門關(guān)水電站初步設(shè)計(jì)，1985年3月通過四川省水利電力廳審查。1985年4月經(jīng)省計(jì)經(jīng)委、川計(jì)經(jīng)（1985）能260號文批準(zhǔn)列入85年度四川省地方電力基本建設(shè)計(jì)劃。1985年5月破土動工，1987年6月竣工投產(chǎn)。禁門關(guān)水電站設(shè)計(jì)水頭30.5m，引用流量54.4m3/s，總裝機(jī)容量1.28萬kW（4×3200kW），年發(fā)量8473萬kW·h，年利用小時(shí)6619h，保證出力5.483MW。禁門關(guān)電站位于下村電站與干溪坡電站之間，電站已建成運(yùn)行多年，庫內(nèi)已完全淤滿，由于設(shè)計(jì)時(shí)間較早，受當(dāng)時(shí)建設(shè)資金和政策的影響，與目前四川同類水電站裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)相比，年利用小時(shí)數(shù)偏高，裝機(jī)規(guī)模選擇偏小，而且由于禁門關(guān)水電站至今已運(yùn)行已近30年，受當(dāng)時(shí)制造水平的限制，所有設(shè)備經(jīng)過多年運(yùn)行，已經(jīng)出現(xiàn)設(shè)備老化嚴(yán)重、設(shè)備運(yùn)行工況差，能耗高、設(shè)備效率差等普遍現(xiàn)象，不僅嚴(yán)重影響設(shè)備的安全運(yùn)行，而且造成電站棄水量大，水資源利用率低，近年來隨著國家相關(guān)政策的出臺和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，當(dāng)?shù)赜秒娦枨笠仓鹉昙哟?，為更加充分合理的利用?dāng)?shù)厮苜Y源，緩解地方電力緊缺，電站業(yè)主提出了對禁門關(guān)水電站擴(kuò)機(jī)方案進(jìn)行研究。

3、擴(kuò)容原則

禁門關(guān)水電站擴(kuò)容主要考慮到現(xiàn)有水工建筑物基本完好，本著節(jié)省投資和不改變原有建筑物的布置的原則，在滿足現(xiàn)有水工建筑物過流的情況下進(jìn)行必要的改造，

4、電站增效擴(kuò)容改造的可行性

4.1 水文條件

禁門關(guān)水電站取水樞紐位于天全站上游約4km，控制集雨面積1385km2。占天全站控制流域面積的80.3%。天全河流域年降雨量具有較明顯的垂直變化差異?？傮w上看年雨量有沿河谷向兩岸山坡遞增、低海拔小于高海拔的趨勢。僅具上游的團(tuán)牛坪、中游的南壩站和天全站同期降雨量比較，流域西部團(tuán)牛坪站（海拔3100m）為2404.9mm，河谷的南壩站（海拔1135m）為1413.7mm，天全站為（海拔750m）1964.9mm。雖僅2年資料，不能代表多年情況，但從四川省海拔高程在3000～4000m以下雨量隨高程升高而加大的一般規(guī)律，以及天全河水汽輸送方向，并結(jié)合流域的地形條件來看，可判斷本電站取水口以上流域面雨量不會小于天全站流域面雨量。但因無較長的雨量對比數(shù)據(jù)，無法通過雨量對禁門關(guān)水電站徑流進(jìn)行修正。因此，禁門關(guān)水電站徑流直接采用天全站徑流計(jì)算值，按兩者控制面積比的一次方進(jìn)行修正。

禁門關(guān)水電站壩址多年平均流量70.1 m3/s，多年平均徑流量22.1億m3，徑流充沛穩(wěn)定。電站設(shè)計(jì)引用流量54.4m3/s。設(shè)計(jì)引用流量小于壩址位置多年平均流量，從水資源利用的角度考慮，說明本電站具有擴(kuò)容的空間。

4.2 工程建設(shè)

禁門關(guān)電站位于雅安市天全縣境內(nèi)，是青衣江支流天全河干流梯級電站開發(fā)規(guī)劃推薦的第一期工程，為引水式電站。壩址位于天全縣城上游約4km的沙坪鄉(xiāng)五安山響水溪口，引水系統(tǒng)沿天全河右岸山麓繞行約3.5km于白沙河口對岸建廠發(fā)電，發(fā)電尾水經(jīng)尾水渠流入天全河。本電站主要建筑物由混凝土溢流壩、沖砂閘、進(jìn)水閘、輸水系統(tǒng)（包括暗渠、明渠及無壓隧洞）、前池、壓力管道、主副廠房及尾水渠等組成。

經(jīng)分析研究，擴(kuò)容的關(guān)鍵在于引水系統(tǒng)。而本工程引水系統(tǒng)斷面過流能力最關(guān)鍵部分為緊接壓力前池的無壓引水暗渠和隧洞。暗渠段長158.00m，無壓隧洞段長724.82m，暗渠段和無壓隧洞為鋼筋混凝土圓拱直墻結(jié)構(gòu)，過水?dāng)嗝鎯魧?m，直墻高3m，頂拱高2.5m，坡降為1/1000。根據(jù)明渠均勻流公式計(jì)算其最大過流量為62.83m3/s，此時(shí)暗渠、隧洞內(nèi)正常水深4.56m，流速2.82m/s。其最大過流量大于電站原設(shè)計(jì)引用流量，說明本電站具備擴(kuò)容的條件。

5、增容擴(kuò)機(jī)方案選擇

據(jù)本水電站的特點(diǎn)，結(jié)合小型水輪發(fā)電機(jī)額定容量系列要求和業(yè)主建議裝機(jī)規(guī)模，并參照目前四川省已建、擬建的同類型電站的裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)等因素綜合考慮，本階段擬定了12.8MW（未擴(kuò)容）、15MW、16MW和17MW四個裝機(jī)容量方案進(jìn)行比較。按禁門關(guān)水電站豐、中、枯三個代表年的逐日平均流量進(jìn)行計(jì)算。各裝機(jī)容量方案動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見下表。

6、方案比較

（1）從能量指標(biāo)看，隨著裝機(jī)容量的加大，多年平均發(fā)電量隨之增大，裝機(jī)由12.8MW增大到15MW時(shí)，年發(fā)電量增加856萬kW·h；裝機(jī)由15MW增大到16MW時(shí)，年發(fā)電量增加353萬kW·h，裝機(jī)由16MW增大到17MW時(shí)，年發(fā)電量增加327萬kW·h。隨著裝機(jī)容量的增大，各方案的年發(fā)電量隨之增加，但其增值呈遞減趨勢。各裝機(jī)容量方案的枯期出力及平、枯水期電量相差不大，各方案的年發(fā)電量差主要集中在豐水期。從資源合理開發(fā)利用考慮，裝機(jī)容量不必過大。

（2）從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)看，隨裝機(jī)容量增加，方案間投資呈增長趨勢，其中方案一僅對機(jī)組進(jìn)行更換，其單位千瓦投資和單位電能投資最省，但是從補(bǔ)充單位電能投資看，裝機(jī)容量由12.8MW增至15MW時(shí)，其補(bǔ)充單位電能投資2.69元，裝機(jī)容量由15MW增至16MW時(shí)，其補(bǔ)充單位電能投資0.33元，低于電站本身單位電能投資；裝機(jī)容量由16MW增至17MW時(shí)，其補(bǔ)充單位電能投資為2.81元，遠(yuǎn)高于其本身單位電能投資，從電能利用的經(jīng)濟(jì)性考慮，裝機(jī)容量以16MW較合適。

（3）從補(bǔ)充裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)可知，機(jī)容量由12.8MW增至15MW時(shí)，補(bǔ)充裝機(jī)的運(yùn)行時(shí)間為3891h，裝機(jī)容量由15MW增至16MW時(shí)，補(bǔ)充裝機(jī)的運(yùn)行時(shí)間為3530h，裝機(jī)容量由16MW增至17MW時(shí)，補(bǔ)充裝機(jī)的運(yùn)行時(shí)間為3270h。因此，僅就補(bǔ)充利用小時(shí)數(shù)而言，裝機(jī)容量適當(dāng)增加較合適。

（4）考慮到本次擴(kuò)容改造是在滿足現(xiàn)有水工建筑物過流的情況下，對局部進(jìn)行整改，因此本電站擴(kuò)容的關(guān)鍵是引水隧洞過流能力，通過水工專業(yè)對引水隧洞最大過流能力復(fù)核，本電站最大過流量為62.88m3/s，若裝機(jī)過大，引用流量隨之增大，現(xiàn)有水工建筑將不能滿足過流能力，需改建引水系統(tǒng)，投資將會劇增，從滿足現(xiàn)有水工建筑物過流要求考慮，裝機(jī)容量以16MW較合適。

綜上所述，從合理利用水力資源、結(jié)合水工建筑物現(xiàn)狀、電站動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及枯期電量和容量效益的發(fā)揮等方面綜合分析，推薦本水電站裝機(jī)容量為16MW，

7、結(jié)語

禁門關(guān)水電站建成運(yùn)行近30年，受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)理念、建設(shè)資金和政策限制，電站水能利用不充分，本次擴(kuò)容主要結(jié)合工程地質(zhì)、水工建筑物布置及施工等因素，本著節(jié)省投資和不改變原有建筑物的布置的原則，對影響擴(kuò)容的主要建筑物進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核后認(rèn)為本次擴(kuò)容的關(guān)鍵是引水隧洞過流能力，根據(jù)引水隧洞最大過流能力，最終推薦本水電站裝機(jī)容量為16MW，即增容3.2MW，經(jīng)擴(kuò)容后更加充分、合理的利用了水能資源。