馬跡塘水電廠泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度方案研究

周亞杰，廖成志

（1.五凌電力有限公司馬跡塘水電廠，湖南 益陽(yáng) 413405；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

1 工程概況

馬跡塘為低水頭徑流式電廠，混凝土閘壩，1983年3臺(tái)機(jī)組相繼投產(chǎn)發(fā)電，設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為5.55萬(wàn)kW（1.85萬(wàn)kW×3臺(tái)），水量利用系數(shù)為0.8。1986年，竣工驗(yàn)收核定最大出力約為43 MW，較機(jī)組銘牌出力減少22.5%。泄水建筑物為表孔開(kāi)敞式溢流壩，長(zhǎng)度為267.5 m，分23孔，每孔凈寬為10 m，閘墩厚為1.5 m；右1號(hào)～10號(hào)孔為淺孔一區(qū)，11號(hào)～18號(hào)孔為淺孔二區(qū)，19號(hào)～23號(hào)孔為深孔區(qū)，淺孔區(qū)與深孔區(qū)分別設(shè)置10 m×6.5 m和10 m×9.5 m（寬×高）弧形閘門，河床式廠房發(fā)電機(jī)組與深孔區(qū)相鄰。壩下采用底流消能，1號(hào)～10號(hào)孔（淺孔一區(qū)）下游設(shè)置短護(hù)坦（長(zhǎng)15 m），11號(hào)～18號(hào)孔（淺孔二區(qū)）下游設(shè)置長(zhǎng)護(hù)坦（長(zhǎng)30 m），19號(hào)～23號(hào)孔（深孔區(qū)）下游設(shè)置消力池（長(zhǎng)35 m）。

2 研究背景

2.1 研究必要性

2004年4月份上游柘溪水電站開(kāi)始擴(kuò)機(jī)，2008年4月、8月兩臺(tái)機(jī)組分別投產(chǎn)運(yùn)行，其機(jī)組最大引用流量達(dá)1 900 m3/s，已遠(yuǎn)超馬跡塘電廠機(jī)組850 m3/s的最大引用流量，導(dǎo)致電廠在非洪水過(guò)程頻繁開(kāi)閘棄水，形成較大的棄水。

2010年4月下游白竹洲水電站投產(chǎn)蓄水，特別是2012年蓄水至核準(zhǔn)水位運(yùn)行，對(duì)電廠的尾水形成直接頂托，壅高尾水水位，同時(shí)影響電廠發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益。2013年經(jīng)湖南省水利水電設(shè)計(jì)院復(fù)核，電廠機(jī)組發(fā)電最大出力為4.2萬(wàn)kW，實(shí)際年平均發(fā)電量1.89億kW·h，為設(shè)計(jì)年發(fā)電量的72.46%，水量利用率降至0.7，頂托損失電量3044萬(wàn)kW·h。

由于深孔區(qū)布置在廠房側(cè)，泄水時(shí)降低了上游進(jìn)水口水位，影響了進(jìn)水口流態(tài)；下游拆除導(dǎo)墻30 m，深孔區(qū)泄洪時(shí)尾水區(qū)域產(chǎn)生回流，壅高了廠房尾水位，降低了3臺(tái)機(jī)組出力，運(yùn)行工況變差，3臺(tái)機(jī)組滿發(fā)時(shí)，3號(hào)機(jī)組進(jìn)水口流態(tài)紊亂，形成漩渦，泄洪時(shí)3號(hào)機(jī)組振動(dòng)更是明顯大于1號(hào)、2號(hào)機(jī)組。

2.2 研究目的

為改善臨近廠房區(qū)域頻繁開(kāi)閘泄洪造成上游進(jìn)水口水位降低、下游尾水位壅高，改善機(jī)組過(guò)流流態(tài)，減少機(jī)組振動(dòng)，提高機(jī)組發(fā)電效益和安全穩(wěn)定運(yùn)行，馬跡塘電廠于2018年開(kāi)展了上游電站擴(kuò)機(jī)后閘門優(yōu)化調(diào)度及應(yīng)用研究科技項(xiàng)目，并提出了泄洪閘門啟閉程序優(yōu)化調(diào)度初擬方案?，F(xiàn)閘門調(diào)度啟閉程序是2002年湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院針對(duì)之前下游消力池、護(hù)坦的沖刷情況制定的，柘溪電站擴(kuò)機(jī)、下游白竹洲水電站蓄水頂托后未進(jìn)行修改完善。為此，進(jìn)行泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度方案的研究是十分必要的。

2.3 閘門調(diào)度原則

（1）2002年前閘門調(diào)度原則

階段1：當(dāng)850 m3/s＜實(shí)際流量Q＜3 600 m3/s時(shí)，對(duì)稱均勻開(kāi)啟深孔閘門，直至5孔深孔閘門全開(kāi)。要求單孔泄洪時(shí)，控制單寬流量q≤20 m3/s/m；3孔泄洪時(shí)，控制單寬流量q≤30 m3/s/m。

階段2：深孔加淺孔泄洪，當(dāng)實(shí)際流量Q＞3 600 m3/s時(shí)，對(duì)稱均勻開(kāi)啟淺孔區(qū)域，先開(kāi)啟淺孔二區(qū)，再開(kāi)啟淺孔一區(qū)。

（2）2002年至今閘門調(diào)度原則

2002年因下游消力池、護(hù)坦幾次出現(xiàn)沖刷與掏空后，電廠重新由湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院對(duì)電廠溢流壩泄水時(shí)的調(diào)度原則進(jìn)行了調(diào)整與細(xì)化，開(kāi)啟的原則是“分區(qū)域按開(kāi)度逐步均勻?qū)ΨQ開(kāi)啟”：先將深孔區(qū)（19號(hào)～23號(hào)孔）各開(kāi)至2 m，再將淺孔二區(qū)（11號(hào)～18號(hào)孔）各開(kāi)至2 m，然后將深孔區(qū)（19號(hào)～23號(hào)孔）各開(kāi)至3 m，再將淺孔二區(qū)（11號(hào)～18號(hào)孔）各開(kāi)至2.5 m，最后將深孔全開(kāi)、淺孔二區(qū)全開(kāi)、淺孔一區(qū)全開(kāi)。

3 研究方法

3.1 計(jì)算方法

3.1.1 計(jì)算依據(jù)

計(jì)算參考資料及規(guī)范主要為《水力計(jì)算手冊(cè)》（第二版）、《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）、SL 744-2016《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》及SL 265-2016《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》等。

3.1.2 計(jì)算方法

根據(jù)馬跡塘電廠閘門啟閉程序優(yōu)化初擬方案，本次計(jì)算工況與23孔泄洪閘門啟閉程序優(yōu)化初擬方案表一致，同時(shí)為簡(jiǎn)化計(jì)算，僅考慮發(fā)電滿發(fā)流量及停機(jī)前流量計(jì)算（停機(jī)流量Q=3 400 m3/s）。

（1）實(shí)用堰閘孔出流下泄流量計(jì)算公式

式（1）中：e—閘門開(kāi)啟高度；

b—每孔凈寬；

n—閘孔孔數(shù)；

H0—包括行進(jìn)流速水頭的閘前水頭；

μ0—閘孔出流流量系數(shù)；

σs—淹沒(méi)系數(shù)。

（2）實(shí)用堰堰流下泄流量計(jì)算公式

式（2）中：c—上游堰面坡度影響修正系數(shù)值；

ε—側(cè)收縮系數(shù)；

m—實(shí)用堰流流量系數(shù)；

（3）水流銜接狀態(tài)判別式、收縮水深hc及共軛水深h''c計(jì)算公式

水流銜接狀態(tài)判別式為：

式（3）、（4）、（5）中：h''c—收縮斷面水深的共軛水深；

ht—下游水深，查馬跡塘水電站天然與頂托后的下游流量關(guān)系曲線表可得。若為遠(yuǎn)離水躍，則必須采取工程措施，強(qiáng)迫水流發(fā)生臨界或稍有淹沒(méi)的水躍。

收縮水深hc及共輒水深h''c的基本計(jì)算式為：

式（6）、（7）、（8）中：E0—以下游河床為基準(zhǔn)面的泄水建筑物上游總水頭；

q—收縮斷面處的單寬流量；

g—重力加速度；

φ—流速系數(shù)；

Frc—收縮斷面弗勞德數(shù)。

（4）水躍長(zhǎng)度Lj計(jì)算公式

式（9）、（10）中：Lj—水躍長(zhǎng)度。

（5）滿足抗沖要求的護(hù)坦厚度計(jì)算公式

式（11）中：t—護(hù)坦底板厚度(m)；

q—單寬流量(m3/s/m）；

Δh—上下游水位差(m）；

K—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，采用設(shè)計(jì)水位差時(shí)取0.2，采用最大水位差時(shí)取0.175。

（6）滿足抗浮要求的護(hù)坦厚度計(jì)算公式

式（12）中：U—相對(duì)于護(hù)坦面下游水頭產(chǎn)生的揚(yáng)壓力（kN/m2)；

tn—計(jì)算斷面處護(hù)坦面上的水深（m)；

γc—混凝土容重（kN/m3)；

γ—水的容重(kN/m3)；

K—安全系數(shù)，取1.2；

計(jì)算斷面處的脈動(dòng)壓力（kN/m2），按式（13）計(jì)算

式（13）中：am—脈動(dòng)壓力系數(shù)，取0.075；Vn—斷面平均流速(m/s)。

3.2 泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度方案研究

（1）尾水流量水位關(guān)系曲線

根據(jù)湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院2016年研究的《資水東坪、株溪口、馬跡塘3個(gè)水電廠泄流曲線復(fù)核》報(bào)告成果，采用兩條馬跡塘水電廠尾水位流量關(guān)系線進(jìn)行分析，一條為白竹洲蓄水前的天然線（①為1號(hào)線），另一條為2010年白竹洲蓄水后目前實(shí)際下游水位流量關(guān)系曲線（②為2號(hào)線），本次直接引用這一成果作為研究依據(jù)（見(jiàn)圖1）。

圖1 馬跡塘水電廠壩下水位流量關(guān)系線

（2）原閘門開(kāi)啟方式下淺孔二區(qū)最大單寬能量計(jì)算

根據(jù)馬跡塘水電廠現(xiàn)行閘門開(kāi)啟程序（2002年），當(dāng)深孔5孔閘門開(kāi)啟至2 m后，再開(kāi)啟淺孔二區(qū)8孔閘門，此時(shí)最大開(kāi)度控制不超過(guò)2 m，此時(shí)對(duì)應(yīng)泄流量為1 080 m3/s。

采用1號(hào)線計(jì)算出庫(kù)流量1 710～2 790 m3/s淺孔二區(qū)的單寬流量和單寬能量。

庫(kù)水位55.7 m，對(duì)應(yīng)尾水位為51.23 m，水頭4.47 m，出庫(kù)流量2 335 m3/s時(shí)，其中發(fā)電855 m3/s、淺孔區(qū)泄流625 m3/s，深孔區(qū)泄流855 m3/s。對(duì)應(yīng)淺孔二區(qū)2 m開(kāi)度閘門最大單寬流量、最大單寬能量分別為：

1）最大單寬流量：qmax=Q/B=1 080/（8×10） =13.5 m3/s/m；

2）最大 單 寬 能量：Emax=rqh=1.0×13.5×4.47 =60.3 (t·m)/s/m；

（3）3臺(tái)機(jī)組滿發(fā)，新方案淺孔二區(qū)最大單寬能量計(jì)算

采用2號(hào)線計(jì)算，直接開(kāi)啟淺孔二區(qū)，11號(hào)～18號(hào)閘門2 m開(kāi)度，控制出庫(kù)流量在1 935 m3/s以下時(shí)，計(jì)算尾水位51.3 m，水頭4.4 m，出庫(kù)流量1 718 m3/s，其中淺孔二區(qū)泄流863 m3/s，深孔區(qū)泄流0 m3/s，發(fā)電855 m3/s。淺孔區(qū)2 m開(kāi)度閘門最大單寬流量，最大單寬能量分別為：

1）最 大 單 寬 流 量：qmax=Q/B=1 080/（8×10）=13.5 m3/s/m；與2002年方案一致；由于此時(shí)下游水位略高，閘門泄流能力有一定的影響，實(shí)際單寬流量略小于13.5 m3/s/m，遠(yuǎn)小于原設(shè)計(jì)“單孔泄洪時(shí)，控制單寬流量q≤20 m3/s/m；3孔泄洪時(shí)，控制單寬流量q≤30 m3/s/m”的要求，偏安全。

2）最大 單 寬 能量：Emax=rqh=1.0×13.5×4.40 =59.4 (t·m)/s/m。最大單寬能量值略小于2002年方案，說(shuō)明淺孔二區(qū)閘門2 m開(kāi)度運(yùn)行方式安全可行。

（4）兩臺(tái)機(jī)組滿發(fā)，新方案淺孔二區(qū)最大單寬能量計(jì)算

1）兩臺(tái)機(jī)組滿發(fā)，淺孔二區(qū)11號(hào)～18號(hào)閘門在2 m開(kāi)度下最大單寬能量計(jì)算

采用2號(hào)線計(jì)算，直接開(kāi)啟淺孔二區(qū)，11號(hào)～18號(hào)閘門2 m開(kāi)度控制出庫(kù)流量在1 650 m3/s，對(duì)應(yīng)尾水位51.05 m，水頭4.65 m，出庫(kù)流量1 433 m3/s，其中發(fā)電570 m3/s（兩臺(tái)機(jī)滿發(fā)）、淺孔區(qū)泄流863 m3/s，深孔區(qū)泄流0 m3/s。淺孔二區(qū)2 m開(kāi)度閘門最大單寬流量、最大單寬能量分別為：

①最大單寬流量為13.5 m3/s/m；與2002年方案一致；由于此時(shí)下游水位略高，閘門泄流能力有一定的影響，實(shí)際單寬流量略小于13.5 m3/s/m，遠(yuǎn)小于原設(shè)計(jì)“單孔泄洪時(shí)，控制單寬流量q≤20 m3/s/m；3孔泄洪時(shí)，控制單寬流量q≤30 m3/s/m”的要求，偏安全。

②最大單寬能量為Emax=rqh=1.0×13.5×4.65 =62.8 (t·m)/s/m，單孔最大單寬能量值略大于2002年方案，說(shuō)明2臺(tái)機(jī)組滿發(fā)時(shí)淺孔二區(qū)閘門2 m開(kāi)度運(yùn)行方式存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

2）兩臺(tái)機(jī)組滿發(fā)，淺孔二區(qū)11號(hào)～18號(hào)閘門在1.5 m開(kāi)度下最大單寬能量計(jì)算

采用2號(hào)線計(jì)算，直接開(kāi)啟淺孔二區(qū)，11號(hào)～18號(hào)閘門1.5 m開(kāi)度控制出庫(kù)流量在1 402 m3/s，對(duì)應(yīng)庫(kù)水位55.70 m，尾水位50.73 m，水頭4.97 m，出庫(kù)流量1 164 m3/s，其中發(fā)電570 m3/s（兩臺(tái)機(jī)滿發(fā)）、淺孔區(qū)泄流594 m3/s，深孔區(qū)泄流0 m3/s。淺孔二區(qū)1.5 m開(kāi)度閘門最大單寬流量、最大單寬能量分別為：

①最大單寬流量為10.4 m3/s/m；小于2002年方案時(shí)的單寬流量，安全。

②最大單寬能量為Emax=rqh=1.0×10.4×4.97 =51.7 (t·m)/s/m，小于2002年方案，說(shuō)明2臺(tái)機(jī)組滿發(fā)時(shí)淺孔二區(qū)閘門1.5 m開(kāi)度運(yùn)行方式安全可行。

經(jīng)水力計(jì)算后可知，泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度初擬方案中，3臺(tái)機(jī)、2臺(tái)機(jī)及1臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，閘門各局部開(kāi)啟高度下的躍后斷面水深h”c小于下游水深ht，能夠產(chǎn)生淹沒(méi)水躍；淺孔二區(qū)閘門開(kāi)高為2.5 m時(shí)水躍長(zhǎng)度為30.95 m，略大于護(hù)坦長(zhǎng)度30 m，閘門開(kāi)高小于2.5 m時(shí)水躍長(zhǎng)度最大值為29.18 m，均小于護(hù)坦長(zhǎng)度30 m；下游水流流速（假設(shè)水流不擴(kuò)散）最大值為2.15 m/s，均小于基巖允許抗沖流速5 m/s。3臺(tái)機(jī)、2臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，按抗沖、抗浮穩(wěn)定要求計(jì)算護(hù)坦厚度最大值為1.05 m,小于淺孔二區(qū)現(xiàn)有護(hù)坦厚度1.2 m（前半段）；1臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，淺孔二區(qū)閘門開(kāi)高為0.5 m時(shí)，按抗沖、抗浮穩(wěn)定要求計(jì)算護(hù)坦厚度最大值為1.29 m,大于淺孔二區(qū)現(xiàn)有護(hù)坦厚度1.2 m（前半段）。

綜上所述，在白竹洲正常蓄水位49.0 m頂托作用下，3臺(tái)機(jī)、2臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，現(xiàn)有的消能設(shè)施能滿足下游消能防沖要求，1臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，現(xiàn)有的消能設(shè)施不能滿足下游消能防沖要求，說(shuō)明泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度初擬方案在3臺(tái)機(jī)及2臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下安全可行。

4 初擬方案試運(yùn)行情況及效果分析

4.1 優(yōu)化調(diào)度初擬方案試運(yùn)行情況

為進(jìn)一步檢驗(yàn)泄洪閘門啟閉采用“泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度初擬方案”對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、下游消力池、護(hù)坦沖刷以及機(jī)組振動(dòng)的影響，馬跡塘水電廠于2019年3月按照泄洪閘門啟閉程序優(yōu)化初擬方案試運(yùn)行1年。

3月中旬正式開(kāi)始實(shí)施優(yōu)化后泄洪閘門調(diào)度方案，并于4月25日完成泄洪閘門自動(dòng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)程序更新和配置文件更改。截止到7月底，按照優(yōu)化方案調(diào)度，泄洪閘門開(kāi)啟32次，對(duì)尾水位、機(jī)組振動(dòng)、機(jī)組負(fù)荷等數(shù)據(jù)記錄53組，對(duì)上下游水流情況進(jìn)行記錄。

試運(yùn)行期間未發(fā)生影響設(shè)備安全運(yùn)行的異常情況，每周對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，并開(kāi)展兩次在相同工況下，分別按照原方案及優(yōu)化后方案運(yùn)行，同時(shí)，從7月15日開(kāi)始，轉(zhuǎn)為原方案運(yùn)行，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)比分析。

4.2 優(yōu)化調(diào)度初擬方案試運(yùn)行效果分析

通過(guò)記錄數(shù)據(jù)及對(duì)比分析，泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度初擬方案對(duì)尾水位壅高及機(jī)組振動(dòng)等問(wèn)題有所改善。

（1）緩解了原方案采用首先開(kāi)啟深孔區(qū)泄洪，機(jī)組尾水受到泄洪頂托、壅高尾水的問(wèn)題

按照優(yōu)化調(diào)度初擬方案，首先開(kāi)啟淺孔二區(qū)，遠(yuǎn)離機(jī)組，有利于尾水?dāng)U散，按此方式下泄減少下游水位影響。當(dāng)只開(kāi)啟淺孔二區(qū)時(shí)，下游流態(tài)基本正常，基本未受泄洪影響，尾水?dāng)U散正常，機(jī)組發(fā)電效益增加明顯。

（2）改善了機(jī)組振動(dòng)情況

通過(guò)選取泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度前后振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，判斷泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度對(duì)機(jī)組振動(dòng)帶來(lái)的影響，因數(shù)據(jù)較多，選取具有代表性的水導(dǎo)X向、水導(dǎo)Y向振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。時(shí)間上，選取2019年3月份按原泄洪閘門調(diào)度方式運(yùn)行的振動(dòng)情況，2019年5月份按泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度方式運(yùn)行的振動(dòng)情況，同時(shí)選取2018年5月份振動(dòng)情況進(jìn)行對(duì)比分析。同時(shí)因7月份進(jìn)行了新舊方案對(duì)比分析，15日前按照優(yōu)化后方案運(yùn)行，15日后按照原案方案運(yùn)行，因此將7月份上下半月振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，按照優(yōu)化調(diào)度初擬方案運(yùn)行1號(hào)機(jī)組整體振動(dòng)有所下降，振動(dòng)數(shù)據(jù)超過(guò)二級(jí)告警的次數(shù)明顯減少。按照優(yōu)化調(diào)度初擬方案運(yùn)行2號(hào)機(jī)組情況較1號(hào)機(jī)組類似，整體振動(dòng)有所下降，振動(dòng)數(shù)據(jù)超過(guò)二級(jí)告警的次數(shù)明顯減少。按照優(yōu)化調(diào)度初擬方案運(yùn)行3號(hào)機(jī)組振動(dòng)情況未見(jiàn)明顯好轉(zhuǎn)，3號(hào)機(jī)組振動(dòng)情況仍是3臺(tái)機(jī)組最差。

綜上所述，優(yōu)化方案后，改善了機(jī)組過(guò)流流態(tài)，1號(hào)、2號(hào)機(jī)組振動(dòng)情況有所改善，3號(hào)機(jī)組振動(dòng)未見(jiàn)明顯變化，但通過(guò)振動(dòng)數(shù)據(jù)分析，3號(hào)機(jī)組異常振動(dòng)頻率有所下降。

（3）提高了機(jī)組運(yùn)行效率

通過(guò)優(yōu)化后泄洪閘門調(diào)度方案運(yùn)行，改善了臨近廠房區(qū)域頻繁開(kāi)閘泄洪造成上游進(jìn)水口水位降低、下游尾水位壅高，減少了發(fā)電水頭損失，機(jī)組出力有所提升。但因在泄洪閘門優(yōu)化方案運(yùn)行前對(duì)下游水位進(jìn)行了校核調(diào)整，因此優(yōu)化后記錄數(shù)據(jù)與下游水位調(diào)整前數(shù)據(jù)無(wú)對(duì)比性，因此，在7月份進(jìn)行了新舊方案輪換運(yùn)行，15日前按照優(yōu)化后方案運(yùn)行，15日后按照原方案運(yùn)行，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)比分析，按照優(yōu)化后泄洪閘門程序運(yùn)行，相同工況下，機(jī)組出力有所提升，在不同出庫(kù)流量下，機(jī)組出力提高1 MW左右。

（4）減少因深孔區(qū)泄洪閘門設(shè)備長(zhǎng)期頻繁啟閉造成的設(shè)備故障、密封磨損等問(wèn)題，減少深孔區(qū)泄洪閘門設(shè)備維護(hù)量，提高泄洪閘門設(shè)備可靠性。

通過(guò)馬跡塘電廠閘門啟閉次數(shù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比，按照原泄洪閘門啟閉程序運(yùn)行，深孔區(qū)泄洪閘門啟閉次數(shù)遠(yuǎn)大于淺孔二區(qū)泄洪閘門啟閉次數(shù)，導(dǎo)致深孔區(qū)泄洪閘門故障頻次及密封磨損等問(wèn)題較淺孔二區(qū)嚴(yán)重，而通過(guò)定期將優(yōu)化后方案與原方案切換運(yùn)行，減少單一泄洪閘門開(kāi)啟次數(shù)，減少其損傷程度。同時(shí)因馬跡塘電廠與上游柘溪電廠流量不匹配，導(dǎo)致馬跡塘電廠每年棄水天數(shù)超過(guò)100 d，為電廠深孔區(qū)泄洪閘門檢修帶來(lái)極大不便，而通過(guò)靈活切換泄洪閘門調(diào)度方案，可解決泄洪閘門檢修時(shí)間安排問(wèn)題。

（5）下游消力池、護(hù)坦、閘墩及上游迎水面沖刷情況

2019年10月21日～26日，由江蘇神龍海洋工程集團(tuán)公司對(duì)電廠消力池及護(hù)坦等水工建筑物進(jìn)行水下攝像檢查。通過(guò)檢查淺孔二區(qū)11號(hào)～18號(hào)溢流壩段下游側(cè)未發(fā)現(xiàn)異常，消力墩、尾坎運(yùn)行情況良好，未發(fā)現(xiàn)有沖刷槽，護(hù)坦末端與海漫結(jié)合部位運(yùn)行情況良好，14號(hào)～15號(hào)弧門護(hù)坦向下游有一較深低洼處，與2018年檢查情況基本一致。深孔區(qū)19號(hào)～23號(hào)溢流壩段下游側(cè)有兩處掏空，分別為23號(hào)右側(cè)閘墩下游末端底部淘空及22號(hào)～23號(hào)尾坎下游護(hù)坦末端淘空，其余較2018年檢查基本一致。淺孔二區(qū)11號(hào)～18號(hào)閘墩上游側(cè)水下檢查未發(fā)現(xiàn)異常，情況良好。深孔區(qū)19號(hào)～23號(hào)閘墩上游側(cè)水下檢查發(fā)現(xiàn)有4處掏空及1處滲漏，分別為19號(hào)右側(cè)弧門鋼板邊底部有1處掏空，20號(hào)右側(cè)門槽底部止水鋼板邊有1處掏空，21號(hào)右側(cè)弧門鋼板邊底部有1處掏空，22號(hào)右側(cè)門槽底板止水鋼板上游有1處淘空，21號(hào)左側(cè)門槽下游外側(cè)有1處滲漏。

通過(guò)水下攝像對(duì)下游消力池、護(hù)坦、閘墩及上游迎水面沖刷情況檢查發(fā)現(xiàn)，泄洪閘門按照優(yōu)化后調(diào)度程序運(yùn)行未破壞淺孔二區(qū)11號(hào)～18號(hào)泄洪閘門下游消力池、護(hù)坦、閘墩及上游迎水面，運(yùn)行情況良好。同時(shí)因減少深孔區(qū)域泄洪閘門的啟閉次數(shù)及開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)，減小了深孔區(qū)19號(hào)～23號(hào)下游消力池、護(hù)坦、閘墩及上游迎水面的破壞程度。

（6）運(yùn)行中存在的問(wèn)題

截止到目前，按照優(yōu)化后泄洪閘門調(diào)度方案運(yùn)行暫未發(fā)現(xiàn)存在異常。電廠每月對(duì)水工建筑物及水工設(shè)備設(shè)施巡視檢查，未發(fā)現(xiàn)因改變泄洪閘門調(diào)度方案運(yùn)行而產(chǎn)生的問(wèn)題，機(jī)組整體運(yùn)行正常。

5 結(jié)論

（1）泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度初擬方案中，3臺(tái)機(jī)、2臺(tái)機(jī)及1臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，閘門各局部開(kāi)啟高度下的躍后斷面水深h”c小于下游水深ht，能夠產(chǎn)生淹沒(méi)水躍；淺孔二區(qū)閘門開(kāi)高為2.5 m時(shí)水躍長(zhǎng)度為30.95 m，略大于護(hù)坦長(zhǎng)度30 m，閘門開(kāi)高小于2.5 m時(shí)水躍長(zhǎng)度最大值為29.18 m，均小于護(hù)坦長(zhǎng)度30 m；下游水流流速（假設(shè)水流不擴(kuò)散）最大值為2.15 m/s，均小于基巖允許抗沖流速5 m/s。3臺(tái)機(jī)、2臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，按抗沖、抗浮穩(wěn)定要求計(jì)算護(hù)坦厚度最大值為0.91 m,小于淺孔二區(qū)現(xiàn)有護(hù)坦厚度1.2 m（前半段）；1臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，淺孔二區(qū)閘門開(kāi)高為0.5 m時(shí)，按抗沖、抗浮穩(wěn)定要求計(jì)算護(hù)坦厚度最大值為1.29 m,大于淺孔二區(qū)現(xiàn)有護(hù)坦厚度1.2 m（前半段）。因此，在白竹洲正常蓄水位49.0 m頂托作用下，3臺(tái)機(jī)、兩臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，現(xiàn)有的消能設(shè)施能滿足下游消能防沖要求，1臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，現(xiàn)有的消能設(shè)施不能滿足下游消能防沖要求，說(shuō)明泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度初擬方案在3臺(tái)機(jī)及2臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下安全可行。

（2）通過(guò)水下攝像對(duì)下游消力池、護(hù)坦、閘墩及上游迎水面沖刷情況檢查發(fā)現(xiàn)，泄洪閘門按照優(yōu)化初擬方案調(diào)度程序運(yùn)行未破壞淺孔二區(qū)11號(hào)～18號(hào)泄洪閘門下游消力池、護(hù)坦、閘墩及上游迎水面，運(yùn)行情況良好。

（3）按照優(yōu)化調(diào)度初擬方案，首先開(kāi)啟淺孔二區(qū)，遠(yuǎn)離廠房，有利于尾水?dāng)U散，此方式下泄洪減小了下游尾水位壅高程度，減少了發(fā)電水頭損失，相同工況下，機(jī)組出力有所提升，在不同入庫(kù)流量下，機(jī)組出力提高1 MW左右，預(yù)計(jì)年平均增加發(fā)電量為：240.77萬(wàn)kW·h。

（4）通過(guò)驗(yàn)算淺孔區(qū)閘門單獨(dú)局部開(kāi)啟不同高度，在滿足消能防沖設(shè)計(jì)要求前提下，淺孔二區(qū)單獨(dú)局部開(kāi)啟最大高度為2 m。泄洪閘門推薦優(yōu)化調(diào)度方案計(jì)算成果滿足規(guī)程規(guī)范要求，在白竹洲正常蓄水位49.0 m頂托作用下，3臺(tái)機(jī)、2臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，現(xiàn)有的消能設(shè)施能滿足下游消能防沖要求，1臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，現(xiàn)有的消能設(shè)施不能滿足下游消能防沖要求，說(shuō)明泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度推薦方案在3臺(tái)機(jī)及2臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下安全可行。偏安全情況下，考慮白竹洲死水位影響，3臺(tái)機(jī)、2臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，現(xiàn)有的消能設(shè)施能滿足下游消能防沖要求，1臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，現(xiàn)有的消能設(shè)施不能滿足下游消能防沖要求，說(shuō)明泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度推薦方案在3臺(tái)機(jī)滿發(fā)、2臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下安全可行。

綜上所述，馬跡塘電廠泄洪閘門優(yōu)化調(diào)度方案經(jīng)安全性、經(jīng)濟(jì)性分析論證，在白竹洲正常蓄水位49.0 m頂托及考慮死水位影響作用下，優(yōu)化調(diào)度初擬方案與推薦優(yōu)化調(diào)度方案在3臺(tái)機(jī)及2臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下均具有一定的可行性。為保證安全，1臺(tái)機(jī)滿發(fā)工況下，不允許采用優(yōu)化調(diào)度初擬方案及推薦方案運(yùn)行，仍采用原調(diào)度方案運(yùn)行。同時(shí)，本次復(fù)核計(jì)算邊界條件十分復(fù)雜，包括只有白竹洲電站頂托正常蓄水位工況，死水位工況暫無(wú)資料，發(fā)電流量只考慮滿發(fā)流量等，與實(shí)際運(yùn)行情況尚有出入，因此，在今后實(shí)際運(yùn)行調(diào)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)閘門優(yōu)化調(diào)度方式進(jìn)行相應(yīng)修正。