淮阴闸闸孔电站扩容增机可行性浅析

姚建栋 石 炜

一、概述

淮阴闸位于江苏省淮安市淮阴区杨庄乡，工程系淮沭河的控制工程，共30孔，单孔净宽10m，闸总宽345.4m，闸底高程6.00m，设计流量3000m3/s，校核流量4000m3/s，工程设计标准为300年一遇。

设计之初闸两侧预留孔安装小水电机组2台，装机容量40kW。1994年淮阴闸抗震加固，拆除了西侧的小水电机组，并在第30#闸孔内新建200kW船体发电机组1台，该发电机组开机时额定流量10m3/s，30#孔闸门常年开启，以保证船体发电机组（1#机组）的常年运转。

二、扩容增机任务的由来

淮阴闸闸孔电站1#机组船体发电机经过十多年的并网发电，机组的出站功率随不同水情条件的影响而变化的规律已经被了解和掌握。为了更合理地利用水资源，管理单位计划对淮阴闸闸孔电站进行扩容增机，将第29#闸孔改建为闸孔电站，即在29#闸孔内安装船体发电机。

为了解29#孔改建为闸孔电站后对原先30#闸孔（电站1#机组）的输出功率以及对正常水情、断面的影响，决定由淮阴闸水文站对淮阴闸29#孔开启后1#机组出站功率变化进行调研，并掌握29#闸孔电站建成后对1#机组出站功率的变化规律以及对正常水情调度的影响，为淮阴闸闸孔电站扩容增机的可行性研究提供决策支持。

新机组计划安装在淮阴闸第29#闸孔，其船体发电机组的额定流量范围为10～15m3/s，为了能够掌握闸孔电站的扩容增机对1#机组输出功率以及正常水情的影响，计划根据上下游水情条件，开启淮阴闸29#闸孔，使其下泄流量保持在10～15m3/s，模仿船体发电机开机发电，保持下泄流量与额定流量的范围一致，并通过观测记录原先30#闸孔电站（1#机组）的输出功率、上下游水位、断面以及流态的变化，对扩容增机前后的变化规律进行可行性分析。

三、测验组织和实施

由于此次调研的是29#孔安装船体发电机改造为闸孔电站的工程，因此开启的闸孔为单孔29#孔，其他闸孔除正常的水情调度外没有开启变动。结合上下游水位差以及流量分析计算，在满足正常水情调度需要的前提下，第29#孔闸门开高保持在0.2～0.25m之间，单孔流量就可以控制在10～15m3/s的范围之内。为了便于统计分析，均采用了29#孔闸门开高0.25m作为开启标准，针对上下游不同水位级级差观测了20个测次。

由于第29#孔常年开启频率低，此次扩容增机可行性分析调研的观测会对上下游的冲淤产生一定影响。不过10～15m3/s的流量对于下游断面冲刷影响不大，而且电站下游没有过河缆道，施测下游断面无法精确固定测深锤，而且对施测人员的人身安全有一定的风险，故不考虑施测下游断面的冲淤影响。

上游冲淤断面毗邻即将改建的29#孔船体发电机进水口，电站扩容增机后对进水口附近上游断面的冲淤影响较大，在上游工作桥上使用测深锤测深的方法来观测29#孔开启后对上游断面的冲淤影响。由于29#孔单孔开启且流量较小，对淮阴闸上游整个断面的冲淤情况影响较小，故此次调研只观测对 28#、29#、30#三孔的上游冲淤断面的影响情况。

四、成果分析

（一）扩容增机对水位与功率的影响

1.同一水位级内电站输出功率的影响分析

淮阴闸闸孔电站发电功率受下游水位的高低影响较大，通过20次的观测发现：

（1）当下游水位保持在8.80m左右时，开29#孔对原先1#机组的发电功率影响一般都在10kW以内，甚至没有影响，前后功率差不超过原出站功率的5.8%。

（2）当下游水位保持在9.20m左右时，由于电站出流受到下游水位升高的影响，出站总功率已经降低，所以开29#孔对1#机组的发电功率影响虽然也能保持在10kW内，但其受影响的前后功率差占原出站功率的百分比要大于下游水位保持8.80m的时候。

（3）当下游水位保持在9.50m以上时，淮阴闸电站出站功率会受到极大影响，1#机组只能保持在50kW左右甚至更低。此时开29#孔对于30#闸孔电站（1#机组）有极大的影响，其受影响的前后功率差虽也保持在10kW内，但是由于下游水位高，总的出站功率原本就极低，故其输出功率受影响的百分比略大一些，超过10%。

2.不同水位级内电站输出功率影响分析

根据下游水位出现的不同水位级，经过比较分析发现，29#孔开启前后对1#机组的影响功率一般保持在10kW之内，前后功率差占原先出站功率的百分比最大不超过15.1%。

3.29#孔扩容增机对上下游水位的影响分析

通过对29#孔模仿电站出站流量开启前后的20次观测，从图1中可以看出，10～15m3/s下泄流量的增加，对上下游水位的影响可以忽略不计。

电站出站功率除受下游水位影响较大之外，上游水头过低也会造成发电功率的骤降，即若淮阴闸上游水位低于11.10m时对发电功率的影响也会比较大。纵观20个测次，最大的受影响百分比就是上游水位10.95m过低时造成的总出站功率偏低。只有当淮阴闸上游水位超过11.20m之时，其电站发电功率基本可以摆脱受上游水位的影响。

（二）扩容增机对上下游断面冲淤影响分析

开29#孔时，由于对上游浮淤有一定影响，在每个10m宽的闸孔上游选取距离闸壁1m、5m、9m的地点使用测深锤实测水深，首次开闸前用测深锤在28#、29#、30#闸室前测水深2次，观测10次后再测2次，所有测次结束后再测量2次，并根据实时水位换算成河底高程，共测量3组冲淤断面数据，计28#、29#、30#孔每孔6次断面。

29#孔闸门开启前后28#孔上游冲淤断面的对比见图2。

29#孔闸门开启前后上游冲淤断面见图3。

29#孔闸门开启前后30#孔上游冲淤断面的对比见图4。

比较 28#、29#、30#闸孔上游冲淤断面图不难发现，30#孔由于安装了电站1#机组，并常年发电，所以30#闸孔上游闸室断面呈现出两边高、中间低的断面特征，这与电站水轮机的入水口长时间冲刷有关，而闸室两边由于处在水轮机入水口的死角，故水流的冲刷对30#孔两边的淤积没有影响。

28#、29#闸孔由于常年较少开启，故上游闸室内略有淤积，经过29#闸门的开启，由于形成10～15m3/s的流量，经过水流的冲刷，29#孔的淤积已经逐步消除，而28#闸室的冲淤情况则基本没有变化。

五、结语

经过长时间的观测，对淮阴闸闸孔电站进行扩容增机，即29#闸孔安装船体发电，对现有1#机组输出电功率、水位变化及断面淤积的变化等进行以上的比较分析可以得知，在合理利用水情调度的原则下，将29#闸孔改建为闸孔电站，对原有的1#机组的发电功率以及原有的水情条件和断面冲淤情况不会有太大的影响，因此，淮阴闸闸孔电站扩容增机工程是切实可行的■