海南瓊中抽水蓄能電站水庫調(diào)度運用方案初探

(南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司，海南蓄能發(fā)電有限公司，海南 瓊中 572926)

1 工程概況

海南瓊中抽水蓄能電站位于海南省瓊中縣境內(nèi)，主要承擔海南電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動等任務(wù)。電站安裝3臺單機容量200MW的可逆式水泵水輪發(fā)電機組，為Ⅱ等大(2)型工程。樞紐建筑物主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及下水庫等組成。上、下水庫擋水建筑物按100年一遇洪水設(shè)計、2000年一遇洪水校核，廠房、輸水系統(tǒng)建筑物按100年一遇洪水設(shè)計、500年一遇洪水校核。

上水庫壩址以上流域面積5.41km2，多年平均流量0.25m3/s，多年平均徑流量801萬m3，泄水建筑物為豎井溢洪道。下水庫壩址以上集水面積17.51km2，多年平均流量0.82m3/s，多年平均徑流量2592萬m3。泄水建筑物為有閘控制溢洪道及錐閥控制放水底孔。上、下水庫水文特性統(tǒng)計見表1。

表1 上、下水庫水文特性統(tǒng)計

2 來水預測

根據(jù)電站附近大豐雨量站1959—2015年共57年實測年月降雨量，結(jié)合上、下庫壩址多年的年月平均降水量、平均流量、平均天然年徑流量、平均年蒸發(fā)量、總滲漏量等水文氣象資料[1]，預測電站水庫多年平均來水情況(見表2)。

表2 上、下水庫壩址多年平均來水預測情況 單位：萬m3

續(xù)表

3 水庫調(diào)度運用

電站水庫運行最佳總庫容為既可充分利用水能又不發(fā)生泄流狀態(tài)下的庫容。即：上庫發(fā)電至死水位，下庫至正常蓄水位，此時上、下庫總庫容為1006.97萬m3；或下庫抽水至死水位，上庫至正常蓄水位，此時上、下庫總庫容為1007.11萬m3；因此上、下庫運行的最佳總庫容取兩者較小值，為1006.97萬m3，上、下庫運行的最佳調(diào)節(jié)庫容取兩者較小值，為499.46萬m3(見表1)。日常使用時，一般取最佳總庫容為1000萬m3。各月目標總庫容設(shè)置主要考慮如下因素：

a.有效利用各月降雨量。電站每年5—10月為汛期，1—4月、11—12月為枯水期(若汛期提前，則4月即進入汛期)，上、下庫汛期來水約占全年來水的79%以上，降水最多的月份為9月，多年平均降水量為385.4mm，占年降水量的16.8%；降水最少的月份為1月，多年平均降水量為30.3mm，占年降水量的1.32%。

b.適當積蓄后汛期水量?？菟诮涤贻^少，預測來水量仍大于水庫的總水量損失，但為預防出現(xiàn)極端干旱情況，故后汛期(10月底)需適當積蓄水量至1050萬m3直至次年汛期。

c.適時控制實際庫容。各月目標總庫容是綜合來水、泄水、下游放水需求等條件下的當月較優(yōu)庫容。因上、下庫設(shè)計為日調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)庫容(499.46萬m3)較小，對庫容控制精度要求較高，上、下庫按照目標總庫容進行控制調(diào)度時，實際庫容盡量控制在目標總庫容±25萬m3內(nèi)。

d.合理控制正常運行狀態(tài)時上、下庫總庫容。在滿足上、下庫水位控制的前提下，總庫容在975萬～1075萬m3內(nèi)對水庫、大壩安全沒有影響，故正常運行狀態(tài)時上、下庫總庫容控制在975萬～1075萬m3之間。

正常運行期每年各月目標總庫容見表3。

表3 正常運行期每年各月目標總庫容 單位：萬m3

4 防洪度汛調(diào)度

4.1 調(diào)度原則

為保證大壩安全，正常運行時上、下庫水位均不得超過其正常蓄水位；每月的水庫調(diào)度按照目標總庫容進行控制，考慮到實際運行情況，允許各月控制偏差在±25萬m3。

上、下庫水庫調(diào)度優(yōu)先使用下庫放水底孔錐形閥，然后使用下庫溢洪道弧形工作閘門；因上庫水體儲存有大量的勢能，絕大部分是用電能換來的，正常情況下，應(yīng)避免上庫泄洪。

因電站運行庫容較小，預留防洪庫容較少，汛期應(yīng)加強水情預報工作，適當提前進行泄洪。泄洪前應(yīng)按要求完成各項檢查，提前告知下游群眾，經(jīng)審批同意后，方進行泄洪操作。

考慮錐閥泄洪流量大于5m3/s將淹沒下游南吉新村便橋，可盡量便于當?shù)卮迕裢ㄐ?雨天全天或晴天的19—23點無通行需求)；錐閥泄洪流量大于24m3/s；將淹沒下游爛田村交通橋，無特殊情況(超標洪水或其他危及大壩安全等情況)，總庫容小于1250萬m3時，泄洪流量不大于24m3/s；若需大于24m3/s，須上報當?shù)厝擂k，并啟動電站相關(guān)應(yīng)急預案；設(shè)計洪水及以上洪水情況下，控制下泄流量不大于已出現(xiàn)的最大天然入庫流量(控制總庫容基本不變)，不制造人為洪峰[2]；當電站有大雨及以上級別降雨時，上、下庫高水位報警水位應(yīng)根據(jù)凈入庫速率適當降低。

防洪調(diào)度須服從當?shù)厝擂k的統(tǒng)一指揮。

4.2 調(diào)洪方案

4.2.1 洪水調(diào)度

上水庫泄水設(shè)施為豎井式溢洪道，堰頂高程為正常蓄水位567.00m，水庫水位超過正常蓄水位時，洪水從堰上自由泄流，按泄流能力下泄，水庫水位自然壅高。為確保工程安全，上水庫水位達到正常蓄水位后，電站停止抽水。

下水庫泄水設(shè)施包括弧形閘門控制溢洪道和錐形閥控制放水底孔。溢洪道設(shè)2孔6.5m×8m(寬×高)弧形工作閘門，堰頂高程245.00m；放水底孔設(shè)于左岸，位于溢洪道左側(cè)，放水底孔出口采用錐形閥控制泄洪，閥的過水斷面直徑1.80m，放水底孔入口高程235.00m，出口高程216.00m。下水庫泄洪設(shè)施調(diào)度要求如下：

a.汛前對閘門進行檢查，確保泄水建筑物、消能設(shè)施安全。在閘門開啟過程中，兩扇閘門應(yīng)對稱開啟(避免泄槽內(nèi)形成折沖水流)，按流量逐級遞增或遞減，嚴禁一次啟閉到位，同時密切關(guān)注下游河道的水位、流態(tài)的變化，避免下游河道較大的沖刷與惡劣水流流態(tài)的發(fā)生。

b.下水庫水位高于死水位239.00m且低于堰頂高程245.00m時，溢洪道不具備下泄洪水條件，開啟放水底孔錐形閥泄洪(最大下泄流量51.6m3/s)；當庫水位高于245.00m后，可繼續(xù)運用放水底孔泄洪；泄流時間綜合考慮庫區(qū)水位、入庫流量、發(fā)電(抽水)工況流量、生態(tài)放水流量、天然蒸發(fā)量、滲漏量等疊加情況[3]。放水底孔泄流曲線見圖1。

圖1 放水底孔泄流曲線

c.當下水庫水位高于堰頂高程245.00m，溢洪道具備泄流能力后可參與泄洪；溢洪道起泄流量為200m3/s，當泄流量小于200m3/s時，禁止溢洪道運行；水庫水位為249.40m時，溢洪道閘門全開度泄流能力200m3/s，因此，庫水位低于249.40m時，不能運用溢洪道，可通過放水底孔泄洪；待庫水位高于249.40m且需要開啟溢洪道閘門泄洪時，根據(jù)當前庫水位和需下泄流量查溢洪道下泄流量-庫區(qū)水位-閘門開度關(guān)系曲線，得到閘門開度值，閘門開度及持續(xù)時間綜合考慮庫區(qū)水位、入庫流量、發(fā)電(抽水)工況流量、生態(tài)放水流量、天然蒸發(fā)量、滲漏量等疊加情況。溢洪道下泄流量-庫區(qū)水位-閘門開度關(guān)系曲線見圖2。

圖2 溢洪道下泄流量-庫區(qū)水位-閘門開度關(guān)系曲線

d.下水庫水位到達正常蓄水位253.00m后通過溢洪道按泄流能力下泄，如果入庫流量大于泄流能力，則水位自然壅高。

4.2.2 超標洪水調(diào)度

電站出現(xiàn)超標準洪水時(根據(jù)短期氣象預報，24h內(nèi)降雨超過513mm，或72h內(nèi)降雨超過831.60mm，則視為將產(chǎn)生超標洪水)，立即啟動防風防汛應(yīng)急預案，相關(guān)部門按預案要求，開展防護搶險工作。

達到超標洪水條件后，還應(yīng)重點做好以下工作：做好泄洪準備，水庫泄洪由當?shù)厝擂k負責統(tǒng)一調(diào)度；安排專人24小時值班，由電站防汛辦對水情、雨情、氣象信息進行密切監(jiān)視，定時向當?shù)厝擂k、上級公司應(yīng)急指揮部進行匯報；電站中控室應(yīng)向當?shù)卣{(diào)度部門匯報現(xiàn)場情況，并限制機組運行。

4.3 水庫運行水位控制

根據(jù)《抽水蓄能電站設(shè)計導則》備用庫容要求，電站設(shè)置滿發(fā)利用1h備用庫容(26.28萬m3)即可適應(yīng)電力系統(tǒng)運行靈活性需求。

緊急備用主要是發(fā)電工況的備用，備用水量在正常運行期間應(yīng)始終處于上庫，因此正常運行時，上庫應(yīng)保留至少300.86萬m3蓄水量，對應(yīng)水位560.46m；同時下庫需留出備用庫容空間，因此正常運行最大庫容為706.11萬m3，對應(yīng)水位252.44m；綜上所述，上庫正常運行水位為560.46m至正常蓄水位567.00m；下庫正常運行水位為死水位239.00m至252.44m。

4.4 度汛措施

4.4.1 防汛檢查

a.汛前檢查。每年3月底對全廠水工建筑物、水庫庫岸、上下水庫下游河道、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、泄洪設(shè)施和水情測報、通信、照明等系統(tǒng)進行全面詳細的檢查，對啟閉設(shè)備、動力電源進行試運轉(zhuǎn)，并做好防洪物資及交通運輸設(shè)施的準備工作。

b.汛中檢查。每年7月底對全廠水工建筑物、水庫庫岸、下游河道、觀測設(shè)施、水情測報系統(tǒng)、閘閥啟閉設(shè)備、排水設(shè)施、防汛物資、道路等關(guān)鍵部位進行檢查，對發(fā)現(xiàn)的問題及時處理，避免擴大。

c.汛后檢查。每年10月底對全廠水工建筑物、水庫庫岸、下游河道、觀測設(shè)施、水情測報系統(tǒng)、閘閥啟閉設(shè)備、防汛電源、大壩和廠房排水系統(tǒng)進行檢查，制定工作計劃，及時完成消缺。對防汛物資進行清點，及時補充到位。

4.4.2 汛期主要工作

a.堅持防汛值班制度。值班期間要求相關(guān)人員手機24小時開機，隨時待命。

b.做好汛期特巡工作。每次臺風前后、特大暴雨、地震、水庫超高水位等情況下，只要氣候條件許可，在確保人身安全的情況下，及時組織人員對上下庫大壩、近壩庫岸、水庫邊坡、公路邊坡、泄洪設(shè)施等進行詳細巡檢，及時發(fā)現(xiàn)問題和隱患，并進行處理。

c.做好大壩安全監(jiān)測工作。監(jiān)測嚴格按照有關(guān)規(guī)程規(guī)范執(zhí)行，在大暴雨(日雨量超過100mm)、地震、水庫水位異常、臺風等特殊情況下，應(yīng)加密監(jiān)測頻次，做到隨時掌握大壩變形滲漏的第一手資料，確保大壩安全。

加強水情監(jiān)測工作，做好自動化水位計的維護工作，汛期下泄水量的計算必須有準確的水位數(shù)據(jù)，并按照要求做好汛期水情信息的報送工作。

d.及時預報預警。加強與當?shù)卣姥礄C構(gòu)及水庫下游村莊的溝通聯(lián)絡(luò)，及時獲取氣象水文和防風防汛政務(wù)信息，在需要泄洪時，應(yīng)提前向當?shù)厝擂k報備并通知下游村莊負責人，告知其泄洪流量、時間及總量，確保下游居民生命財產(chǎn)安全。

5 結(jié) 語

本文通過對海蓄電站水庫調(diào)度運用的初步探索，成功指導了海蓄電站的水庫調(diào)度及防洪度汛，達到了防洪、興利的目的，從根本上保障了水庫下游居民的生命財產(chǎn)安全。下階段，應(yīng)結(jié)合電站的實際運行情況，持續(xù)優(yōu)化水庫調(diào)度運用方案[4]，進一步完善水調(diào)平臺及水務(wù)計算軟件，真正意義上實現(xiàn)水庫調(diào)度運用的全自動化。

[1] 李祥飛.參窩水庫興利調(diào)度研究[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2005(6)：97-99.

[2] 楊永建，付湘，李亞強.鄂坪水電站長期優(yōu)化調(diào)度研究[J].湖北水力發(fā)電,2008(4):8-10.

[3] 李森,樊玉霞，李兆辰.烏魯瓦提水庫調(diào)度運用和度汛方案[J].水利水電技術(shù),2003(12):16-18.

[4] 李雨.水庫防洪和蓄水優(yōu)化調(diào)度方法及應(yīng)用[D].武漢：武漢大學,2013.