幾內亞蘇阿皮蒂水電站機組額定水頭選擇

楊永建，楊尚宇

(黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司，河南 鄭州 450003)

蘇阿皮蒂(Souapiti)水電站位于西非幾內亞孔庫雷(Konkoure)河中游，壩址距首都科納克里135 km。電站下游6 km處為裝機235 MW已投產運行的凱樂塔(Kaleta)水電站，上游100 km為已建的75 MW格拉菲里(Garifiri)水電站。蘇阿皮蒂水電站是目前孔庫雷河梯級開發(fā)的第2級電站，建成后與下游凱樂塔電站聯(lián)合調度，可極大提高幾內亞供電的可靠性。電站正常蓄水位210 m，死水位185 m，調節(jié)庫容39.4億m3，裝機容量450 MW，多年平均發(fā)電量20.16億kW·h，工程于2016年開工，計劃2020年9月首臺機組投產發(fā)電。

1 蘇阿皮蒂水電站額定水頭選擇

1.1 額定水頭概述

水電站額定水頭是水輪機組額定容量時相應的最小水頭，也稱臨界水頭或計算水頭。它在水輪機運轉特性曲線上表現(xiàn)為水輪機出力限制線與發(fā)電機出力限制線交點所對應的水頭，是水電站最重要的特征水頭，一般其取值范圍介于電站加權平均水頭和最小水頭之間。主要有以下幾方面：①額定水頭趨近最小水頭可以使電站的水輪機組最大限度不受阻，使水電站的受阻容量最小。②額定水頭接近加權平均水頭，可以使電站效率發(fā)揮最大。③電站受阻容量過大，則系統(tǒng)的有效容量降低，會影響系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，同時需要新建電站或增加其他電站的容量，需要付出一定的經濟代價。

1.2 額定水頭選擇的范圍

電站正常蓄水位210 m，死水位185 m，電站最大工作水頭發(fā)生在上游水位為正常蓄水位，以小流量發(fā)電的時刻，為99.85 m；最小工作水頭發(fā)生在上游水位為死水位，以滿裝機發(fā)電時刻，為72.56 m。長系列(1948～1999年)計算中電站最大月平均水頭為98.9 m，發(fā)生在11月份，最小月平均水頭為74.9 m，發(fā)生在6月份，算術平均水頭91.5 m，電能加權平均水頭92.19 m。水頭保證率曲線見表1和圖1所示。

表1 蘇阿皮蒂水電站水頭保證率表

圖1 蘇阿皮蒂水電站水頭保證率曲線

根據電站水頭范圍和單機容量，經對適合該水頭段的各型轉輪進行了分析比較，采用混流式水輪機為代表機型進行參數(shù)選擇，型號為HL(239)-LJ-395，發(fā)電機型號為SF112.5-32/8520。

根據電站單機容量、水頭特性和水輪機模型特性資料，擬定額定水頭85、87、89 m三個方案進行綜合技術經濟比較。

1.3 額定水頭選擇

根據不同額定水頭方案的額定效率、出力限制線計算相應能量指標。不同額定水頭技術指標比較見表2。

根據蘇阿皮蒂電站運轉特性曲線和電站出力特性，較高的額定水頭出力受阻時段增加，年發(fā)電量比低方案有所減小，但變化均不大。

從電站穩(wěn)定運行分析，各方案最大水頭與最小水頭之比均為1.38，方案3的最大水頭與額定水頭之比為1.175，另兩個方案的比值小于1.15，根據國內外高水頭混流式機組制造運行經驗結合已建電站的設計資料(見表3)，當水輪機的水頭比Hmax/Hmin≤1.5，Hmax/Hr≤1.15，其水輪機運行穩(wěn)定性都比較好，方案1和方案2水輪機運行比方案3更穩(wěn)定。

表2 蘇阿皮蒂水電站機組額定水頭方案比較表

從額定水頭保證率方面分析，額定水頭從89 m降至87 m，機組轉輪直徑從3.90 m增加到3.95 m，增加很小，而機組出力受阻天數(shù)相應減少，從而使?jié)M裝機發(fā)電的時段數(shù)增加，水頭保證率從68.5%提高到77.5%，方案2較優(yōu)。

綜上所述，結合電站能量指標、受阻情況和有利于機組的穩(wěn)定運行等因素考慮，推薦采用方案2，即蘇阿皮蒂電站機組額定水頭為87 m，單機引用流量143.7 m3/s，電站引用流量574.8 m3/s。

表3 與蘇阿皮蒂水電站水頭相近電站統(tǒng)計資料表 m

2 結 語

水電站額定水頭的選擇是一個技術、經濟等綜合性問題，若額定水頭較高，當水庫水位較低或電站汛期出現(xiàn)大流量、下游水位大幅度抬高時，都將使水頭大幅度減小，造成較大的受阻容量；若額定水頭較低，除了存在機組運行穩(wěn)定問題外，在水輪發(fā)電機組額定容量不變時，需加大水輪機直徑或相應降低機組轉速，從而增加水電站的投資。因此，最佳的額定水頭必須滿足穩(wěn)定的前提，通過方案投資和電量經濟比較，分析水輪機預想出力降低對電力系統(tǒng)平衡的影響，綜合分析確定。