海南琼中抽水蓄能电站水库调度运用方案初探

(南方电网调峰调频发电有限公司，海南蓄能发电有限公司，海南 琼中 572926)

1 工程概况

海南琼中抽水蓄能电站位于海南省琼中县境内，主要承担海南电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等任务。电站安装3台单机容量200MW的可逆式水泵水轮发电机组，为Ⅱ等大(2)型工程。枢纽建筑物主要由上水库、输水系统、发电厂房及下水库等组成。上、下水库挡水建筑物按100年一遇洪水设计、2000年一遇洪水校核，厂房、输水系统建筑物按100年一遇洪水设计、500年一遇洪水校核。

上水库坝址以上流域面积5.41km2，多年平均流量0.25m3/s，多年平均径流量801万m3，泄水建筑物为竖井溢洪道。下水库坝址以上集水面积17.51km2，多年平均流量0.82m3/s，多年平均径流量2592万m3。泄水建筑物为有闸控制溢洪道及锥阀控制放水底孔。上、下水库水文特性统计见表1。

表1 上、下水库水文特性统计

2 来水预测

根据电站附近大丰雨量站1959—2015年共57年实测年月降雨量，结合上、下库坝址多年的年月平均降水量、平均流量、平均天然年径流量、平均年蒸发量、总渗漏量等水文气象资料[1]，预测电站水库多年平均来水情况(见表2)。

表2 上、下水库坝址多年平均来水预测情况 单位：万m3

续表

3 水库调度运用

电站水库运行最佳总库容为既可充分利用水能又不发生泄流状态下的库容。即：上库发电至死水位，下库至正常蓄水位，此时上、下库总库容为1006.97万m3；或下库抽水至死水位，上库至正常蓄水位，此时上、下库总库容为1007.11万m3；因此上、下库运行的最佳总库容取两者较小值，为1006.97万m3，上、下库运行的最佳调节库容取两者较小值，为499.46万m3(见表1)。日常使用时，一般取最佳总库容为1000万m3。各月目标总库容设置主要考虑如下因素：

a.有效利用各月降雨量。电站每年5—10月为汛期，1—4月、11—12月为枯水期(若汛期提前，则4月即进入汛期)，上、下库汛期来水约占全年来水的79%以上，降水最多的月份为9月，多年平均降水量为385.4mm，占年降水量的16.8%；降水最少的月份为1月，多年平均降水量为30.3mm，占年降水量的1.32%。

b.适当积蓄后汛期水量。枯水期降雨较少，预测来水量仍大于水库的总水量损失，但为预防出现极端干旱情况，故后汛期(10月底)需适当积蓄水量至1050万m3直至次年汛期。

c.适时控制实际库容。各月目标总库容是综合来水、泄水、下游放水需求等条件下的当月较优库容。因上、下库设计为日调节，调节库容(499.46万m3)较小，对库容控制精度要求较高，上、下库按照目标总库容进行控制调度时，实际库容尽量控制在目标总库容±25万m3内。

d.合理控制正常运行状态时上、下库总库容。在满足上、下库水位控制的前提下，总库容在975万～1075万m3内对水库、大坝安全没有影响，故正常运行状态时上、下库总库容控制在975万～1075万m3之间。

正常运行期每年各月目标总库容见表3。

表3 正常运行期每年各月目标总库容 单位：万m3

4 防洪度汛调度

4.1 调度原则

为保证大坝安全，正常运行时上、下库水位均不得超过其正常蓄水位；每月的水库调度按照目标总库容进行控制，考虑到实际运行情况，允许各月控制偏差在±25万m3。

上、下库水库调度优先使用下库放水底孔锥形阀，然后使用下库溢洪道弧形工作闸门；因上库水体储存有大量的势能，绝大部分是用电能换来的，正常情况下，应避免上库泄洪。

因电站运行库容较小，预留防洪库容较少，汛期应加强水情预报工作，适当提前进行泄洪。泄洪前应按要求完成各项检查，提前告知下游群众，经审批同意后，方进行泄洪操作。

考虑锥阀泄洪流量大于5m3/s将淹没下游南吉新村便桥，可尽量便于当地村民通行(雨天全天或晴天的19—23点无通行需求)；锥阀泄洪流量大于24m3/s；将淹没下游烂田村交通桥，无特殊情况(超标洪水或其他危及大坝安全等情况)，总库容小于1250万m3时，泄洪流量不大于24m3/s；若需大于24m3/s，须上报当地三防办，并启动电站相关应急预案；设计洪水及以上洪水情况下，控制下泄流量不大于已出现的最大天然入库流量(控制总库容基本不变)，不制造人为洪峰[2]；当电站有大雨及以上级别降雨时，上、下库高水位报警水位应根据净入库速率适当降低。

防洪调度须服从当地三防办的统一指挥。

4.2 调洪方案

4.2.1 洪水调度

上水库泄水设施为竖井式溢洪道，堰顶高程为正常蓄水位567.00m，水库水位超过正常蓄水位时，洪水从堰上自由泄流，按泄流能力下泄，水库水位自然壅高。为确保工程安全，上水库水位达到正常蓄水位后，电站停止抽水。

下水库泄水设施包括弧形闸门控制溢洪道和锥形阀控制放水底孔。溢洪道设2孔6.5m×8m(宽×高)弧形工作闸门，堰顶高程245.00m；放水底孔设于左岸，位于溢洪道左侧，放水底孔出口采用锥形阀控制泄洪，阀的过水断面直径1.80m，放水底孔入口高程235.00m，出口高程216.00m。下水库泄洪设施调度要求如下：

a.汛前对闸门进行检查，确保泄水建筑物、消能设施安全。在闸门开启过程中，两扇闸门应对称开启(避免泄槽内形成折冲水流)，按流量逐级递增或递减，严禁一次启闭到位，同时密切关注下游河道的水位、流态的变化，避免下游河道较大的冲刷与恶劣水流流态的发生。

b.下水库水位高于死水位239.00m且低于堰顶高程245.00m时，溢洪道不具备下泄洪水条件，开启放水底孔锥形阀泄洪(最大下泄流量51.6m3/s)；当库水位高于245.00m后，可继续运用放水底孔泄洪；泄流时间综合考虑库区水位、入库流量、发电(抽水)工况流量、生态放水流量、天然蒸发量、渗漏量等叠加情况[3]。放水底孔泄流曲线见图1。

图1 放水底孔泄流曲线

c.当下水库水位高于堰顶高程245.00m，溢洪道具备泄流能力后可参与泄洪；溢洪道起泄流量为200m3/s，当泄流量小于200m3/s时，禁止溢洪道运行；水库水位为249.40m时，溢洪道闸门全开度泄流能力200m3/s，因此，库水位低于249.40m时，不能运用溢洪道，可通过放水底孔泄洪；待库水位高于249.40m且需要开启溢洪道闸门泄洪时，根据当前库水位和需下泄流量查溢洪道下泄流量-库区水位-闸门开度关系曲线，得到闸门开度值，闸门开度及持续时间综合考虑库区水位、入库流量、发电(抽水)工况流量、生态放水流量、天然蒸发量、渗漏量等叠加情况。溢洪道下泄流量-库区水位-闸门开度关系曲线见图2。

图2 溢洪道下泄流量-库区水位-闸门开度关系曲线

d.下水库水位到达正常蓄水位253.00m后通过溢洪道按泄流能力下泄，如果入库流量大于泄流能力，则水位自然壅高。

4.2.2 超标洪水调度

电站出现超标准洪水时(根据短期气象预报，24h内降雨超过513mm，或72h内降雨超过831.60mm，则视为将产生超标洪水)，立即启动防风防汛应急预案，相关部门按预案要求，开展防护抢险工作。

达到超标洪水条件后，还应重点做好以下工作：做好泄洪准备，水库泄洪由当地三防办负责统一调度；安排专人24小时值班，由电站防汛办对水情、雨情、气象信息进行密切监视，定时向当地三防办、上级公司应急指挥部进行汇报；电站中控室应向当地调度部门汇报现场情况，并限制机组运行。

4.3 水库运行水位控制

根据《抽水蓄能电站设计导则》备用库容要求，电站设置满发利用1h备用库容(26.28万m3)即可适应电力系统运行灵活性需求。

紧急备用主要是发电工况的备用，备用水量在正常运行期间应始终处于上库，因此正常运行时，上库应保留至少300.86万m3蓄水量，对应水位560.46m；同时下库需留出备用库容空间，因此正常运行最大库容为706.11万m3，对应水位252.44m；综上所述，上库正常运行水位为560.46m至正常蓄水位567.00m；下库正常运行水位为死水位239.00m至252.44m。

4.4 度汛措施

4.4.1 防汛检查

a.汛前检查。每年3月底对全厂水工建筑物、水库库岸、上下水库下游河道、大坝安全监测系统、泄洪设施和水情测报、通信、照明等系统进行全面详细的检查，对启闭设备、动力电源进行试运转，并做好防洪物资及交通运输设施的准备工作。

b.汛中检查。每年7月底对全厂水工建筑物、水库库岸、下游河道、观测设施、水情测报系统、闸阀启闭设备、排水设施、防汛物资、道路等关键部位进行检查，对发现的问题及时处理，避免扩大。

c.汛后检查。每年10月底对全厂水工建筑物、水库库岸、下游河道、观测设施、水情测报系统、闸阀启闭设备、防汛电源、大坝和厂房排水系统进行检查，制定工作计划，及时完成消缺。对防汛物资进行清点，及时补充到位。

4.4.2 汛期主要工作

a.坚持防汛值班制度。值班期间要求相关人员手机24小时开机，随时待命。

b.做好汛期特巡工作。每次台风前后、特大暴雨、地震、水库超高水位等情况下，只要气候条件许可，在确保人身安全的情况下，及时组织人员对上下库大坝、近坝库岸、水库边坡、公路边坡、泄洪设施等进行详细巡检，及时发现问题和隐患，并进行处理。

c.做好大坝安全监测工作。监测严格按照有关规程规范执行，在大暴雨(日雨量超过100mm)、地震、水库水位异常、台风等特殊情况下，应加密监测频次，做到随时掌握大坝变形渗漏的第一手资料，确保大坝安全。

加强水情监测工作，做好自动化水位计的维护工作，汛期下泄水量的计算必须有准确的水位数据，并按照要求做好汛期水情信息的报送工作。

d.及时预报预警。加强与当地政府防汛机构及水库下游村庄的沟通联络，及时获取气象水文和防风防汛政务信息，在需要泄洪时，应提前向当地三防办报备并通知下游村庄负责人，告知其泄洪流量、时间及总量，确保下游居民生命财产安全。

5 结 语

本文通过对海蓄电站水库调度运用的初步探索，成功指导了海蓄电站的水库调度及防洪度汛，达到了防洪、兴利的目的，从根本上保障了水库下游居民的生命财产安全。下阶段，应结合电站的实际运行情况，持续优化水库调度运用方案[4]，进一步完善水调平台及水务计算软件，真正意义上实现水库调度运用的全自动化。

[1] 李祥飞.参窝水库兴利调度研究[J].农业与技术,2005(6)：97-99.

[2] 杨永建，付湘，李亚强.鄂坪水电站长期优化调度研究[J].湖北水力发电,2008(4):8-10.

[3] 李森,樊玉霞，李兆辰.乌鲁瓦提水库调度运用和度汛方案[J].水利水电技术,2003(12):16-18.

[4] 李雨.水库防洪和蓄水优化调度方法及应用[D].武汉：武汉大学,2013.