淺談在尾水堰上設(shè)閘門對發(fā)電量的影響

潘軍燕

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，社會對電的需求量不斷加大，人們對發(fā)電量提出了更高的要求，本文通過結(jié)合工程實例，闡述了在低水頭電站尾水堰上設(shè)置閘門來保證設(shè)計尾水位，降低正常尾水位，增加發(fā)電水頭，增加發(fā)電量，是具有現(xiàn)實意義的。

關(guān)鍵詞：水電站 尾水 閘門 水位

1.概算

水電站在長期工作中 ，相應(yīng)于設(shè)計保證率在一定供水時段內(nèi)，所能發(fā)出的平均出力，稱為水電站的保證出力。在供水時段內(nèi)按保證出力連續(xù)發(fā)電，所產(chǎn)生的發(fā)電量，稱為保證電能。在多年運行期間平均每年所產(chǎn)生的電量，稱為水電站的多年平均年發(fā)電量。

發(fā)電量是水電站的最終產(chǎn)品，因此它是一個重要的動力效益指標。水電站的保證出力和多年平均發(fā)電量，標志著經(jīng)濟效益。在水電站中，水輪發(fā)電機組發(fā)出的電力功率稱為出力，河川中某斷面水流的出力則表示該段水能資源。所謂水流的出力就是單位時間內(nèi)的水能。

按照能量轉(zhuǎn)換理論，N = 9. 81ηQH（式中，Q為流量（m3/S）；H為水頭（m）；N為水電站出力（W）；η為水輪發(fā)電機的效率系數(shù)。）年發(fā)電量公式為 E=N·T（式中，N為平均出力；T為年利用小時數(shù)。）

從上述公式可以看出，水頭變化和工作流量的變化對于發(fā)電量的影響較大，現(xiàn)以多架山水電站為例，在尾水堰上設(shè)置閘門來達到降低尾水位的目的從而增加發(fā)電量。

2.工程實例

多架山水電站建于洮河干流上，壩址位于洮河中上游，距下游卓尼縣城約8km，距上游下巴溝水文站83.2km，距下游岷縣水文站90.6km，壩址以上控制流域面積12011km2。

卓尼縣總面積為5419.7km2，其中草原面積498.7萬畝，占總土地面積的61.3%；森林面積256.7萬畝，占總土地面積的31.28%；水域面積4.49萬畝，占總土地面積的0.55%；耕地面積16.32萬畝。水力資源是卓尼縣的一大優(yōu)勢資源，主要集中在洮河干流上。洮河流域卓尼縣境內(nèi)174km，境內(nèi)較大的支流有26條，均有良好的開發(fā)條件。全縣水能資源豐富，洮河干流及其支流的水力資源理論蘊藏量為62.84萬kW，可開發(fā)利用24.61萬kW，已開發(fā)利用0.9345萬kW，只占可開發(fā)量的3.97%。

大壩設(shè)計洪水位為2571.5m，校核洪水位為2573.0m；正常蓄水位2570.5m。水電站廠房設(shè)計洪水位為2554.04m，校核洪水位為2555.12m，設(shè)計發(fā)電尾水位為2550.8m。

多架山水電站位于甘肅省卓尼縣境內(nèi)洮河上，裝有三臺ZD560-LH-180、配SF2500-20/2600立軸定槳式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為7500kW，通過增效擴容對進水閘及明渠改造，水頭增加，老機組擬增容改造至單機3000kW，全部機組改造后，原多架山電站總裝機為9000kW。本次改擴建為在原有老廠房端部興建新的廠房、機組，根據(jù)水文水能等綜合經(jīng)濟比較，確定本次改擴建新增裝機容量12500kW。電站水輪機運行水頭范圍為20.4～19.3m，改擴建后，總裝機為21500KW。

本站改擴建機組加上原有的3臺機組共4臺機，設(shè)計尾水位按1～2臺小機組額定流量確定為2549.30m，正常尾水位為2550.80m（方案一）。若在尾水堰上增加閘門，降低正常尾水位，則工程投資需增加閘門的費用，但相應(yīng)的發(fā)電量也會增加（方案二）。

水電站的水輪機在運行中大多會發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，結(jié)果使水輪機的效率降低，檢修周期短，檢修工作量，時間和費用增加.嚴重的氣蝕則導致機組的強烈振動，噪音和不穩(wěn)定運行。因此，在水電站的設(shè)計中，應(yīng)當保證水輪機的吸出高度，以減輕水輪機在運行中的氣蝕損壞，保證機組的穩(wěn)定運行。

原3臺機組下稱為1號、2號及3號機組。為增加發(fā)電水頭，在保證機組吸出高度的前提下，盡量降低正常尾水位，從而達到增加發(fā)電量的目的。

原老廠房內(nèi)部的1號、2號及3號機組槳葉中心高程為2547.94m，水輪機吸出高度為-1.3m，為滿足機組運行要求，設(shè)計尾水位不能低于2549.24m。在尾水堰上1號和3號機組出口各設(shè)高1.5m高的閘門。一臺機組運行的時候，閘門下拉關(guān)閉，利用寬頂堰公式計算堰上水頭。一臺機時只留中間孔過水，此時堰寬6.98m，通堰流公式計算，尾水位高2549.38m；三臺機組同時運行時，閘門開啟，三孔過水，堰寬21.12m，尾水位高2549.25m，均滿足設(shè)計最低尾水位的要求。

通過設(shè)置閘門降低尾水位后，發(fā)電量增加，通過下表1對方案一和方案二進行對比。

由上表可看出，財務(wù)內(nèi)部收益率大于基準折現(xiàn)率10%，說明通過增加閘門部分投資而達到增加收益的措施是可行的。

3.結(jié)論

通過多架山水電站的實際案例可以看出，在低水頭電站尾水堰上設(shè)置閘門來保證設(shè)計尾水位，降低正常尾水位，增加發(fā)電水頭，增加發(fā)電量，是具有現(xiàn)實意義的。