縉云抽水蓄能電站下水庫洪水調節(jié)分析

鐘 娜，張皓天

(1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江省抽水蓄能工程技術研究中心，浙江 杭州 311122)

與一般抽水蓄能電站相同，縉云抽水蓄能電站(以下簡稱“縉云電站”)水庫規(guī)模和集水面積不大。其裝機規(guī)模較大，機組發(fā)電流量占下水庫入庫洪水的比重較大，機組的發(fā)電流量對上、下水庫的洪水調節(jié)計算有較大影響。本文分析縉云電站特點，對下水庫采取的洪水調度原則、洪水調節(jié)成果，確定的泄洪設施規(guī)模及電站的停機標準等進行探討。

1 工程概況

縉云電站位于浙江省麗水市縉云縣境內，地處浙江中南部，靠近溫州、臺州、麗水負荷中心，地理位置較好。其建成后承擔浙江電網的調峰、填谷、調頻、調相和事故備用[2]等任務?？N云電站上水庫正常蓄水位926.00 m，死水位899.00 m；下水庫正常蓄水位325 m，死水位298 m，總裝機容量180萬kW，上下水庫調節(jié)庫容按日連續(xù)滿發(fā)6 h設計；考慮水損備用庫容等需求，上下水庫調節(jié)庫容分別為865萬、823萬m3。

縉云電站按裝機規(guī)模確定為一等大(1)型工程根據DL5180—2003《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》及 GB50201—94《防洪標準》的有關規(guī)定，上、下水庫等永久擋水建筑物防洪標準按200年一遇洪水設計，2 000年一遇洪水校核；廠房、輸水系統(tǒng)等發(fā)電建筑物防洪標準按200年一遇洪水設計，1 000年一遇洪水校核。

電站上水庫大壩位于縉云縣大洋鎮(zhèn)漕頭村方溪源頭，壩址以上集水面積3.93 km2，2 000年一遇24 h洪量298萬m3?？尚行匝芯侩A段，經泄洪設施規(guī)模比選，不設泄洪設施比設施泄洪設施規(guī)模可節(jié)省1 766萬元，選擇上水庫不設置泄洪設施，各頻率洪水位按24 h暴雨形成的洪量全部蓄于正常蓄水位以上計算。上水庫設計洪水位930.5 m，校核洪水位932.1 m。

圖1 電站位置示意

下水庫壩址位于方溪干流河段上，龍宮洞水電站至方溪二級水電站之間、北坑匯合口上游約700 m(見圖1)，壩址以上集水面積20.5 km2(含上水庫)。河道狹窄曲折，河谷斷面呈“V”字形，屬河道峽谷型水庫。下水庫主壩為面板堆石壩，預可行性研究階段初擬泄洪設施為開敞式溢洪道和導流泄放洞，泄放洞正常蓄水位泄流能力約278 m3/s，可行性研究階段經設計優(yōu)化，將導流泄放洞正常蓄水位泄流能力調整為89 m3/s，相當于下水庫壩址2～3年一遇洪峰流量。

2 洪水調度規(guī)則

抽水蓄能電站的上、下水庫通過輸水系統(tǒng)相連，上、下水庫的水量在發(fā)電和抽水工況時在上下水庫之間轉換，兩庫實際上是一個整體?？N云電站上水庫不設泄洪設施，上庫洪水通過機組泄放至下水庫，因此下水庫的調洪時需按照上下水庫的水位(上下水庫的調節(jié)水量，含備用庫容)進行調度。即

(1)

式中，Vsi、Vxi為i時刻上水庫和下水庫的庫容；Zsi、Zxi為i時刻上水庫和下水庫的水位；Zss、Zxs為i時刻上水庫和下水庫的死庫容；Vst、Vxt為上水庫和下水庫的調節(jié)庫容，分別由6 h發(fā)電水量和上、下水庫的水損備用庫容50萬m3組成。

下庫泄放洞由施工導流洞改建而成，進口底高程為265 m，遠低于下庫死水位。根據式(1)，當F(Vsi，Vxi)>0，表明有洪水入庫，且已超出上下水庫的發(fā)電調節(jié)庫容+水損備用庫容50萬m3。這時需開啟導流泄放洞閥門，泄放洪水，以盡量減少洪水對發(fā)電庫容的侵占。當入庫洪水逐漸增加，下水庫水位漲至下水庫正常蓄水位265 m時，溢洪道啟用，通過溢洪道與泄放洞同時泄洪。

由于機組發(fā)電流量對下庫洪水調節(jié)計算影響較大，迭加發(fā)電流量的洪水頻率，對電站的特征洪水位影響較大，擬定調度原則時需選擇合適的迭加標準。同時，鑒于洪水發(fā)生時間的不確定性，從工程設計安全考慮，在擬定的電站運行方式基礎上進行不同時間遭遇的組合計算，以尋求最不利的組合工況。

根據上述分析，擬定縉云電站的下水庫的洪水調度規(guī)則：

(1)當下庫水位在死水位至正常蓄水位之間，且上、下水庫死水位以上水量超過6 h發(fā)電調節(jié)庫容+50萬m3的水損備用庫容時，開啟導流泄放洞泄洪；當水位繼續(xù)上漲至正常蓄水位時，溢洪道參與泄洪。

(2)當入庫流量小于泄洪設施的泄流能力時，按入庫流量泄洪，水庫水位不變；當入庫洪水超出泄洪設施的泄流能力時，按泄洪設施的泄流能力下泄，水位壅高。

(3)在洪峰流量出現前，控制泄放洞的流量，實現下泄流量不超過壩址已出現的最大洪峰流量；當洪峰流量出現后，控制下泄流量不超過壩址洪峰流量。

(4)洪水結束后，如果上、下水庫水位仍未恢復正常情況，即上、下水庫死水位以上總蓄水量仍超出超過6 h發(fā)電調節(jié)庫容+50萬m3的水損備用庫容，繼續(xù)利用溢洪道和導流泄放洞泄放洪水，直至上、下水庫水位恢復正常情況。

(5)電站上水庫因不設泄洪設施，上水庫抽水量受上水庫正常蓄水位控制，上水庫水位達到正常蓄水位后，電站停止抽水，洪水經機組發(fā)電后通過下水庫泄放。

(6)對下庫水位在327.9 m以下時，均按天然洪水和電站滿發(fā)6 h流量進行疊加，考慮不同時間組合，尋求天然洪水與電站發(fā)電的最不利組合；當水庫水位高于327.9 m時，電站停機。取各頻率洪水壩前最高洪水位的外包線，即求得該頻率洪水壩前最高洪水位及相應最大下泄流量。

此外，從偏安全考慮，工程設計時還考慮導流泄放洞故障，汛期發(fā)生洪水的偏不利工況，考慮電站停止運行，溢洪道自由泄流的情況，對水庫各頻率洪水位進行校核。

3 洪水調節(jié)成果及分析

根據擬定的洪水調度原則，進行縉云電站下水庫的洪水調節(jié)計算?？N云電站下水庫各頻率的最高洪水位和最大下泄流量成果見下表1。

由表1可見：

(1)對于1%及以上頻率洪水，最高洪水位出現時，溢洪道和泄放洞均敞泄、按泄流能力泄洪，表明泄洪設施規(guī)模與工程的適應性很好；同時避免了高水頭泄放洞頻繁調整泄量可能產生的閘門運行調度的難度及穩(wěn)定性問題。

(2)縉云電站的6臺機組滿發(fā)流量357 m3/s，已超出下庫壩址大壩設計標準洪峰流量。目前，下庫設計洪水位、校核洪水位高出正常蓄水位3.30、4.30 m，仍在樞紐設計經濟范圍內，表明確定的停機水位是合適的。若繼續(xù)抬高停機水位，將引起下泄流量超出入庫洪峰流量，造成人造洪水，對下游防洪不利。

表1 縉云電站下水庫洪水調節(jié)計算成果

注：括號中數字為溢洪道和導流泄放洞的最大泄量。

(3)考慮泄放洞故障、機組停機的校核工況，大壩200年一遇設計標準和2 000年一遇校核標準洪水位分別為329、330 m，分別比設計工況超出0.70 m，最終大壩的設計、校核洪水位按校核工況采用。

鑒于洪水調度原則中選擇下水庫水位在327.9 m以上即停機，本文對P=0.5%廠房設計標準下電站發(fā)電受影響程度進行分析，見表2。

表2 洪水期縉云電站發(fā)電運行受影響程度分析(P=0.5%)

由表2可見，當縉云電站下水庫遭遇廠房設計標準洪水，48個計算組合中，有38%的組合電站可發(fā)足6 h，電站發(fā)電不受入庫洪水的影響；有86%的組合電站可發(fā)足4 h；僅有14%的組合電站發(fā)電時間不足4 h，但仍可達3.9 h，大于縉云電站日平均利用小時數3 h。這表明目前采取的停機水位對縉云電站來說是合適的。

4 討 論

(1)縉云電站設計、校核工況水庫出現最高洪水位時，溢洪道和泄放洞均按泄流能力泄洪，表明溢洪道和泄放洞的規(guī)模與水庫規(guī)模是匹配的；同時，縉云電站可研時也研究了掛閘溢洪道對工程經濟性的影響。技術方案比較顯示，開敞式溢洪道比掛閘溢洪道壩高增加2.8 m，溢洪道寬度縮小7 m，前者費用僅比二者增加400萬元；可研設計考慮縉云電站下庫洪水匯水時間短，峰高量大，開敞式溢洪道比掛閘溢洪道運行靈活、可靠性更高，選擇開敞式溢洪道。

(2)縉云電站建成后作為浙江省重要的調峰、調頻、調相及緊急事故備用電站，在技術經濟合理情況下應盡量選擇較高的發(fā)電停機標準。但技術經濟分析表明，縉云電站選擇目前的停機標準是比較經濟的，機組提高停機標準，電站的經濟性變差；同時，從國家能源局批復的浙江省2020年水平的選點規(guī)劃推薦站點規(guī)模和布局來看，浙江省內已在建及規(guī)劃抽蓄已達到1 220萬kW。其中，在浙中地區(qū)已有仙居和桐柏兩座抽水蓄能電站，即使有外送上海和江蘇的需求，但仍有部分容量留在浙江?；诖?，縉云電站汛期的停機標準適當降低也是合適的；因此，對于抽水蓄能電站的停機水位，應結合電網的需求、省內抽水蓄能電站的布局及規(guī)模和電站的技術經濟性進行選擇。

(3)縉云電站下水庫在水位超出327.9 m以上時機組停止發(fā)電，看似停機標準僅P=5%一遇。實際上，即使對于P=0.5%廠房設計標準洪水，仍有38%的組合情況電站的發(fā)電運行不受影響；最不利的組合情況電站也可發(fā)出3.9 h，仍大于電站設計日平均發(fā)電時間；且通過后期進一步優(yōu)化調度，如采取分級控制水位、逐級關機方案，至少可將停機時間控制在1.5 h以內。

(4)縉云電站下水庫壩址上游建有龍宮洞水電站，該電站從外流域的大洋水庫引水發(fā)電，發(fā)電尾水進入縉云電站下庫。從偏安全考慮，縉云電站在可研設計中，考慮了上游龍宮洞水電站汛期從大洋水庫引入的水量對入庫洪水的影響。對于抽水蓄能電站壩址上游有外流域引水的電站，應考慮外流域引水對本電站入庫洪水的影響，尤其對于下水庫的壩址集水面積不大、外流域引水規(guī)模占比的情況。