浅谈在尾水堰上设闸门对发电量的影响

潘军燕

摘 要：随着我国经济的快速发展，社会对电的需求量不断加大，人们对发电量提出了更高的要求，本文通过结合工程实例，阐述了在低水头电站尾水堰上设置闸门来保证设计尾水位，降低正常尾水位，增加发电水头，增加发电量，是具有现实意义的。

关键词：水电站 尾水 闸门 水位

1.概算

水电站在长期工作中 ，相应于设计保证率在一定供水时段内，所能发出的平均出力，称为水电站的保证出力。在供水时段内按保证出力连续发电，所产生的发电量，称为保证电能。在多年运行期间平均每年所产生的电量，称为水电站的多年平均年发电量。

发电量是水电站的最终产品，因此它是一个重要的动力效益指标。水电站的保证出力和多年平均发电量，标志着经济效益。在水电站中，水轮发电机组发出的电力功率称为出力，河川中某断面水流的出力则表示该段水能资源。所谓水流的出力就是单位时间内的水能。

按照能量转换理论，N = 9. 81ηQH（式中，Q为流量（m3/S）；H为水头（m）；N为水电站出力（W）；η为水轮发电机的效率系数。）年发电量公式为 E=N·T（式中，N为平均出力；T为年利用小时数。）

从上述公式可以看出，水头变化和工作流量的变化对于发电量的影响较大，现以多架山水电站为例，在尾水堰上设置闸门来达到降低尾水位的目的从而增加发电量。

2.工程实例

多架山水电站建于洮河干流上，坝址位于洮河中上游，距下游卓尼县城约8km，距上游下巴沟水文站83.2km，距下游岷县水文站90.6km，坝址以上控制流域面积12011km2。

卓尼县总面积为5419.7km2，其中草原面积498.7万亩，占总土地面积的61.3%；森林面积256.7万亩，占总土地面积的31.28%；水域面积4.49万亩，占总土地面积的0.55%；耕地面积16.32万亩。水力资源是卓尼县的一大优势资源，主要集中在洮河干流上。洮河流域卓尼县境内174km，境内较大的支流有26条，均有良好的开发条件。全县水能资源丰富，洮河干流及其支流的水力资源理论蕴藏量为62.84万kW，可开发利用24.61万kW，已开发利用0.9345万kW，只占可开发量的3.97%。

大坝设计洪水位为2571.5m，校核洪水位为2573.0m；正常蓄水位2570.5m。水电站厂房设计洪水位为2554.04m，校核洪水位为2555.12m，设计发电尾水位为2550.8m。

多架山水电站位于甘肃省卓尼县境内洮河上，装有三台ZD560-LH-180、配SF2500-20/2600立轴定桨式水轮发电机组，总装机容量为7500kW，通过增效扩容对进水闸及明渠改造，水头增加，老机组拟增容改造至单机3000kW，全部机组改造后，原多架山电站总装机为9000kW。本次改扩建为在原有老厂房端部兴建新的厂房、机组，根据水文水能等综合经济比较，确定本次改扩建新增装机容量12500kW。电站水轮机运行水头范围为20.4～19.3m，改扩建后，总装机为21500KW。

本站改扩建机组加上原有的3台机组共4台机，设计尾水位按1～2台小机组额定流量确定为2549.30m，正常尾水位为2550.80m（方案一）。若在尾水堰上增加闸门，降低正常尾水位，则工程投资需增加闸门的费用，但相应的发电量也会增加（方案二）。

水电站的水轮机在运行中大多会发生气蚀现象，结果使水轮机的效率降低，检修周期短，检修工作量，时间和费用增加.严重的气蚀则导致机组的强烈振动，噪音和不稳定运行。因此，在水电站的设计中，应当保证水轮机的吸出高度，以减轻水轮机在运行中的气蚀损坏，保证机组的稳定运行。

原3台机组下称为1号、2号及3号机组。为增加发电水头，在保证机组吸出高度的前提下，尽量降低正常尾水位，从而达到增加发电量的目的。

原老厂房内部的1号、2号及3号机组桨叶中心高程为2547.94m，水轮机吸出高度为-1.3m，为满足机组运行要求，设计尾水位不能低于2549.24m。在尾水堰上1号和3号机组出口各设高1.5m高的闸门。一台机组运行的时候，闸门下拉关闭，利用宽顶堰公式计算堰上水头。一台机时只留中间孔过水，此时堰宽6.98m，通堰流公式計算，尾水位高2549.38m；三台机组同时运行时，闸门开启，三孔过水，堰宽21.12m，尾水位高2549.25m，均满足设计最低尾水位的要求。

通过设置闸门降低尾水位后，发电量增加，通过下表1对方案一和方案二进行对比。

由上表可看出，财务内部收益率大于基准折现率10%，说明通过增加闸门部分投资而达到增加收益的措施是可行的。

3.结论

通过多架山水电站的实际案例可以看出，在低水头电站尾水堰上设置闸门来保证设计尾水位，降低正常尾水位，增加发电水头，增加发电量，是具有现实意义的。