南歐江流域梯級電站技術(shù)協(xié)同效應(yīng)初探

羅明清,張國來

(中國電建集團(tuán)海外投資有限公司，北京 100048)

1 概述

老撾南歐江流域是湄公河在老撾北部的最大支流，從合理利用水能資源、盡可能降低水庫淹沒損失及對環(huán)境影響等多方面考慮，并結(jié)合地形地質(zhì)條件和樞紐工程布置，以“一庫七級”方式分兩期開發(fā)[1-2]，為中資企業(yè)首次在境外獲得以全流域整體規(guī)劃和BOT投資開發(fā)的水電項目。南歐江二期項目在總結(jié)復(fù)盤南歐江一期項目開發(fā)實踐基礎(chǔ)上，結(jié)合實際特點，持續(xù)改進(jìn)技術(shù)方案，全流域優(yōu)化資源配置，推動梯級電站整體效益提升。

2 項目簡介

南歐江梯級電站總裝機(jī)容量為1 272 MW，特許經(jīng)營期為29 a(不包括建設(shè)期)。南歐江一期項目(二、五、六級電站)總裝機(jī)為540 MW,已于2017年1月進(jìn)入正式商業(yè)運(yùn)營期。南歐江二期項目(一、三、四、七級電站)總裝機(jī)為732 MW，已于2021年9月實現(xiàn)全部投產(chǎn)發(fā)電。最上游七級電站為年調(diào)節(jié)電站，五級和六級為季調(diào)節(jié)電站，其他電站為日調(diào)節(jié)電站。梯級電站分布如圖1所示，一期和二期項目分別如圖2和圖3所示。一級、二級、四級電站均為混凝土閘壩，均采用燈泡貫流式機(jī)組，其中四級電站最大水頭為28 m，突破了目前貫流式機(jī)組最高應(yīng)用水頭；三級、五級電站大壩為混凝土重力壩；六級和七級電站軟巖含量較高，其中六級大壩軟巖填筑量達(dá)81%，壩高為85 m，壩型為復(fù)合土工膜全斷面軟巖堆石壩，七級電站壩高為143.5 m，為含軟巖混凝土面板堆石壩。

圖1 南歐江梯級電站示意

圖2 南歐江一期工程示意

圖3 南歐江二期工程示意

3 流域技術(shù)協(xié)同

3.1 規(guī)避瑕疵，吃塹長智

南歐江二期項目按照“問題導(dǎo)向，吃塹長智，規(guī)避瑕疵，提升管理”原則，梳理了一期項目設(shè)計、施工、設(shè)備問題清單，提前制定應(yīng)對措施計劃，鼓勵并獎勵合理優(yōu)化，加強(qiáng)資源配置、質(zhì)量管控、履約考核，發(fā)揮全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同和全流域開發(fā)優(yōu)勢。如一期項目汛期及機(jī)組安裝期間，需要將進(jìn)水口閘門和尾水閘門下閘擋水，由于開挖、圍堰清除和河流本身的泥沙含量等因素，導(dǎo)致閘門門槽、梁格泥沙淤積，無法正常起升，甚至需將水庫放空處理。二期項目開展了施工期防泥沙研究工作[3-4]，通過對閘結(jié)構(gòu)、梁格布局、節(jié)間連接、啟閉過程中門葉梁格進(jìn)排水能力等進(jìn)行復(fù)核計算及優(yōu)化，研發(fā)施工期閘門專用防泥沙裝置，在閘門梁格內(nèi)填充材料，顯著降低閘門啟閉力，保證閘門擋水后正常提門，避免了因閘門淤塞被迫水下作業(yè)清除淤堵泥沙產(chǎn)生的大量費(fèi)用，保證了項目工期和發(fā)電效益。

老撾當(dāng)?shù)貢簾o專業(yè)的質(zhì)量檢測和質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)，南歐江一期項目主要依靠施工單位相對簡易的自檢試驗室，第三方獨(dú)立質(zhì)量檢測缺失，二期項目通過多措并舉，有效提升質(zhì)量管理精細(xì)化水平。首先，在二期項目建立了工程試驗檢測中心，對原材料、半成品和現(xiàn)場實體質(zhì)量進(jìn)行試驗檢測，還可提供物探等專項檢測服務(wù)，保障了工程建設(shè)質(zhì)量和工程驗收，同時依托試驗檢測中心，支撐工程材料技術(shù)攻關(guān)，推動研究成果應(yīng)用，彌補(bǔ)了海外建設(shè)項目缺乏專業(yè)質(zhì)檢和監(jiān)督機(jī)構(gòu)的空白。其次，在七級電站150 m級含軟巖面板堆石壩建設(shè)過程中，針對應(yīng)力變形性態(tài)復(fù)雜，質(zhì)量管控難度大，采用了大壩填筑自動稱量系統(tǒng)和二維碼質(zhì)量管控，實現(xiàn)質(zhì)量信息實時跟蹤和可追溯，建立了大壩碾壓質(zhì)量和料源上壩運(yùn)輸實時監(jiān)控系統(tǒng)，綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)采集、傳感等技術(shù)，確保壩料料源實時、在線、全過程、可追溯，實現(xiàn)料源優(yōu)化配置，提高了施工效率，保障了大壩施工質(zhì)量。

3.2 成果推廣，提升效益

南歐江一期項目壩型各異，當(dāng)?shù)夭牧隙倘保刭|(zhì)條件復(fù)雜，施工難度較大，為保證工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全及效益，針對關(guān)鍵技術(shù)問題，因地制宜地開展了一系列的科技攻關(guān)，并將研究成果推廣應(yīng)用至二期項目，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

為解決當(dāng)?shù)鼗炷练勖夯胰狈Φ膯栴}，五級電站根據(jù)老撾氣候條件和當(dāng)?shù)夭牧蠈嶋H，開展了單摻石灰石粉在水工混凝土中的研究應(yīng)用，通過開展骨料堿活性抑制效果試驗、摻石粉混凝土性能試驗及溫控研究[5]，優(yōu)化了混凝土配合比，提出了溫控抗裂措施，提出了石灰石粉生產(chǎn)控制指標(biāo)和檢驗標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了首次在同一工程碾壓和常態(tài)混凝土中全面單摻石粉替代粉煤灰。南歐江一期共使用石粉約2.15萬t，比使用昆明產(chǎn)的粉煤灰節(jié)約224.27萬美元，克服了粉煤灰缺乏的制約，同時降低了工程造價，保障了工程進(jìn)度。研究成果在二期推廣應(yīng)用，三級電站使用石粉替代粉煤灰約2.545萬t，四級電站使用石粉約1.7萬t，共節(jié)約投資約237.86萬美元。

五級電站針對度汛工程緊、圍堰工程量大、進(jìn)場交通不便、料源開采受限等問題，開展了膠凝砂礫石料(CSGR)在縱向圍堰的應(yīng)用研究[6]，提出了符合當(dāng)?shù)氐匦蔚刭|(zhì)條件、技術(shù)合理、施工方便的膠凝砂礫石縱向圍堰斷面結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)新性地設(shè)計了高度為45 m、綜合坡比為1:0.7的老撾南歐江五級水電站縱向圍堰；針對當(dāng)?shù)厣暗[石料級配不均衡、砂率波動范圍廣等特點，提出適宜于當(dāng)?shù)貤l件縱向圍堰快速施工的膠凝砂礫石配合比，形成不均衡料源區(qū)膠凝砂礫石簡易快速配制方法；采用大模板施工、無間歇集中拌和、分層連續(xù)碾壓、防滲抗沖區(qū)加漿振搗等措施，提出施工質(zhì)量控制指標(biāo)，優(yōu)化施工工藝，形成一整套膠凝砂礫石縱向圍堰施工工法，五級電站共節(jié)約投資約5 602萬元。膠凝砂礫石料筑壩技術(shù)推廣至二期項目，一級和四級電站分別使用 5.58萬m3和4.83萬m3膠凝砂礫石料，節(jié)省投資約 357.97萬美元，確保了安全度汛的時間節(jié)點要求。

3.3 統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，提質(zhì)增效

梯級電站通過統(tǒng)籌考慮，總體布局，優(yōu)化資源配置，避免了重復(fù)建設(shè)和設(shè)備購置，同時通過時間維度一二期項目和空間維度上下游項目之間的技術(shù)協(xié)調(diào)，降低工程技術(shù)難度，提高全流域的安全保障。

梯級電站上游調(diào)蓄作用使得下游電站規(guī)模和壩高得以降低，同時可降低導(dǎo)截流工程難度，提高整體安全保障。三級電站三期龍口寬度接近25 m時，龍口水流達(dá)到最大值7.17 m/s，龍口上下游最大落差達(dá)到10.75 m[7]，對拋填強(qiáng)度和速度要求都很高，而右岸岸坡陡峭，施工設(shè)備布置受到極大限制。四級電站三期截流施工導(dǎo)流設(shè)計水位壅高達(dá)12 m，龍口合龍同樣挑戰(zhàn)較大。鑒于上游五級水電站已經(jīng)投入運(yùn)行，為充分利用梯級電站統(tǒng)籌調(diào)蓄功能，截流前一段時間提前控制五級下泄生態(tài)流量為33 m3/s，同時充分利用四級電站截流時將減小下泄流量的有利條件，通過三級電站截流與四級截流“梯級接力”的方式，基于水情自動測報系統(tǒng)和上下游聯(lián)動機(jī)制，精心組織截流資源投入，大幅降低截流難度，先后完成了四級和三級電站三期截流，有力保障了后續(xù)下閘蓄水及首機(jī)發(fā)電等關(guān)鍵節(jié)點目標(biāo)的實現(xiàn)。

4 全流域水情測報及優(yōu)化調(diào)度

梯級電站水文站網(wǎng)密度不夠，水文資料匱乏，只在干流下游設(shè)有孟威水文站及鄰近流域4個雨量站。流域具有典型山區(qū)性特征，洪水陡漲陡落，高洪期河流湍急，且項目戰(zhàn)線長，交通不便。為及時、準(zhǔn)確、全面獲悉來水情況，支撐全流域聯(lián)合防洪保供，建成了南歐江全流域水情自動測報系統(tǒng)[8-9]。梯級電站作為老撾骨干電廠既擔(dān)負(fù)著北部電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰，又承擔(dān)著流域防洪、排沙、航運(yùn)、生態(tài)環(huán)保等綜合利用任務(wù)，為此開展了水電站群多目標(biāo)智能化調(diào)度研究。在一期項目已構(gòu)建的水文非線性時變增益模型和新安江模型基礎(chǔ)上，建立了包括EasyDHM、VIC等分布式水文模型及目前比較成熟的集總式水文預(yù)報模型的水文預(yù)報模型庫，開展水文氣象耦合預(yù)報，并基于歷史來水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行驗證，解決了中長期水文氣象預(yù)報精度不夠的問題；建立了梯級水庫群聯(lián)合調(diào)度算法和調(diào)度模型，開發(fā)和集成多目標(biāo)智能調(diào)度的大數(shù)據(jù)平臺，指導(dǎo)流域梯級電站優(yōu)化運(yùn)行；建立南歐江流域集控中心見圖4，“以節(jié)能增效為目的、以梯級聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行為核心、以遠(yuǎn)程集中控制為手段”，達(dá)到進(jìn)一步降低梯級電站發(fā)電成本、提高流域整體規(guī)模效益。通過建成老撾第一個流域水情自動測報系統(tǒng)、試驗檢測中心、流域電力運(yùn)維集控中心，梯級電站聯(lián)合會商、信息共享、協(xié)調(diào)聯(lián)動，根據(jù)來水情況和用電需求實時滾動更新梯級電站聯(lián)合調(diào)度方案，實現(xiàn)電站少人值守、流域高度數(shù)字信息化調(diào)度運(yùn)行，實現(xiàn)在安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行基礎(chǔ)上綜合效益最大化，填補(bǔ)了老撾水電領(lǐng)域多項空白。

圖4 南歐江運(yùn)維中心示意

5 聯(lián)合防洪度汛及潰壩風(fēng)險應(yīng)對

項目高度重視安全風(fēng)險防范，老撾阿速坡潰壩事件發(fā)生后，組織專業(yè)機(jī)構(gòu)開展了全流域電站潰壩風(fēng)險分析，制定聯(lián)合應(yīng)急行動計劃[10]，并按照老撾政府要求及時上報；七級電站龍頭水庫一旦潰堰，具有時間短、峰值大、洪量集中的特點，可能對下游和周邊產(chǎn)生不利影響，開展了施工期潰堰影響分析，提出了下游應(yīng)急調(diào)度方案；按照“電調(diào)服從水調(diào)，水調(diào)服務(wù)建設(shè)，大壩安全是底線”的調(diào)度原則，整體部署全流域防洪度汛，明確一期和二期項目聯(lián)合檢查、聯(lián)動演練等聯(lián)動事項作為管理重點，在保證上游水庫安全度汛前提下，最大限度利用上游水庫調(diào)蓄能力，削減下游河道洪峰，做好道路中斷時如何發(fā)揮一體化優(yōu)勢利用水路進(jìn)行支援的預(yù)案，做好二期各水庫蓄水后聯(lián)合排漂工作預(yù)案，做好下游尾水抬高防水淹廠房等預(yù)案，提高項目安全保障，加強(qiáng)與當(dāng)?shù)卣痛彐?zhèn)的溝通聯(lián)動，做好輿情引導(dǎo)，共同降低防洪度汛和潰壩風(fēng)險。

6 大壩安全監(jiān)測

為及時準(zhǔn)確掌握大壩安全性態(tài)，指導(dǎo)長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，梯級電站結(jié)合建設(shè)期和長期監(jiān)測的需求，建立了系統(tǒng)的大壩監(jiān)測體系[11-12]。試點安裝了大壩安全數(shù)據(jù)無線智能采集系統(tǒng)，研究基于BIM、VR/AR的大壩安全多源信息融合與可視化呈現(xiàn)技術(shù)、基于多源安全信息的大壩安全評估技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和遠(yuǎn)程在建監(jiān)測系統(tǒng)，提供數(shù)字化智能解決方案，實現(xiàn)基于實測數(shù)據(jù)的大壩安全預(yù)警。專門聘請大壩安全監(jiān)測專家，定期研究大壩安全監(jiān)測月報，適時開展現(xiàn)場檢查，基于大壩運(yùn)行規(guī)律，提出大壩安全改進(jìn)建議。針對六級電站復(fù)合土工膜全斷面軟巖壩，首次建立了系統(tǒng)的土工膜監(jiān)測體系，采用單波束探測、影像聲吶、水下無人潛航器等技術(shù)，對水下壩體尤其是土工膜的安全狀況及時監(jiān)測，排查安全隱患。針對七級電站150 m級軟巖填筑高面板堆石壩，采用電平器+柔性測斜儀組合監(jiān)測混凝土面板撓度，為大壩蓄水及運(yùn)行質(zhì)量性態(tài)評判提供更為可靠的依據(jù)。

7 電力生產(chǎn)運(yùn)營

南歐江一期項目投產(chǎn)發(fā)電后，針對運(yùn)維人才梯隊構(gòu)成多元、專業(yè)技能參差不齊、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、工作接口銜接不暢等問題，對標(biāo)國內(nèi)外先進(jìn)發(fā)電企業(yè)，形成了“兩位一體”(業(yè)主和運(yùn)營方)組織管控模式，建立了一套融合屬地化和公司管控模式特點的電力生產(chǎn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，以標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)優(yōu)化流程、簡化操作、統(tǒng)一考核，據(jù)此提出了南歐江二期建管有序銜接，電力生產(chǎn)準(zhǔn)備及運(yùn)維工作提前科學(xué)籌劃。對現(xiàn)場安裝監(jiān)管和設(shè)備調(diào)試進(jìn)行跟蹤，實行設(shè)備物資、備品備件和倉儲標(biāo)準(zhǔn)化管理，建立運(yùn)行維護(hù)技術(shù)臺賬，提出缺陷與合理化建議清單，挑選八大專業(yè)技術(shù)帶頭人把關(guān)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加強(qiáng)培訓(xùn)提升運(yùn)維操作技能，同時根據(jù)投資項目特點，成立專項工作組研判購電協(xié)議和特許經(jīng)營協(xié)議相關(guān)要求，加強(qiáng)對接老撾調(diào)度中心協(xié)調(diào)并網(wǎng)。目前南歐江梯級電站已全面運(yùn)營，將通過區(qū)域一體化建設(shè)，形成資源調(diào)配統(tǒng)一指揮、生產(chǎn)經(jīng)營統(tǒng)一管理、業(yè)務(wù)流程統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的集約化管控模式，實現(xiàn)精益運(yùn)營和提質(zhì)增效。

8 結(jié)語

南歐江梯級水電站是中資企業(yè)首個境外全流域梯級電站，是中國電建首個推行全產(chǎn)業(yè)鏈一體化管理的海外項目，創(chuàng)新性地提出了“一庫七級”兩期開發(fā)方案，復(fù)盤總結(jié)一期項目技術(shù)經(jīng)驗教訓(xùn)，組織技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)學(xué)研合作，推廣科技成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化，前瞻性地指導(dǎo)二期設(shè)計優(yōu)化，規(guī)避瑕疵，節(jié)省投資，縮短工期，提高安全保障。同時從全流域角度統(tǒng)籌規(guī)劃，優(yōu)化資源配置，確保整體投資效益最大化，推動南歐江梯級項目成功實施，成為中老電力能源合作新典范，推動實現(xiàn)在老撾市場的可持續(xù)發(fā)展[13]，助力老撾成為“東南亞蓄電池”。通過投資、設(shè)計、采購、施工、運(yùn)行各個環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋和持續(xù)改進(jìn)，打造海外投資項目全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)和管理方案，為其他類似項目提供借鑒。