綦中原，劉 敏

（1.五強溪水電廠，湖南 懷化410004；2.中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙410014）

引言

五強溪擴機工程利用五強溪水庫調(diào)節(jié)能力及夏季較豐的來水，擴大電站的裝機容量，提高水力資源的利用程度，增加發(fā)電量。擴機工程進(jìn)水口由于在已建成的五強溪水庫庫區(qū)內(nèi)，保護(hù)進(jìn)水口施工的圍堰修建及拆除需對水庫水位進(jìn)行控制，水庫水位的控制勢必對原電廠發(fā)電造成影響。五強溪水庫根據(jù)湖南省防汛調(diào)度要求，不同時段水庫水位控制不同，擴機工程進(jìn)水口圍堰修筑與拆除可以利用水庫水位調(diào)度，減少該處施工對老廠發(fā)電影響。不同開工時間，機組投產(chǎn)時間不同。由于五強溪擴機工程是利用五強溪水庫汛期棄水發(fā)電，汛前投產(chǎn)可以帶來發(fā)電效益，汛后投產(chǎn)無發(fā)電效益，投產(chǎn)時間對當(dāng)年發(fā)電效益影響較大。結(jié)合上述因素在招標(biāo)階段對五強溪擴機工程開工時間進(jìn)行探討，尋求一個科學(xué)合理的開工時間對擴機工程建設(shè)及電廠發(fā)電效益非常重要。

1 工程概況

1.1 五強溪水電站工程概況

五強溪水電站是以發(fā)電為主，兼有防洪、航運等綜合效益的一等大（Ⅰ）型工程。工程于1994年12月第1臺機組投產(chǎn)發(fā)電，1996年12月全部機組投產(chǎn)。五強溪水電站水庫設(shè)計正常蓄水位108.00 m，死水位90.00 m。五強溪水庫為季調(diào)節(jié)水庫，水庫總庫容43.5億m3（P=0.01%），防洪庫容13.6億m3，調(diào)節(jié)庫容20.2億m3。五強溪水電站現(xiàn)有裝機容量1 200 MW，年利用小時數(shù)達(dá)4 441 h，水量利用率僅80.94%，水庫防洪任務(wù)重，汛期棄水多。

1.2 五強溪擴機工程概況

五強溪擴機工程利用五強溪水庫調(diào)節(jié)能力及夏季較豐的來水，擴大電站的裝機容量，提高水力資源的利用程度，增加發(fā)電裝機容量500 MW（2×250 MW），多年平均發(fā)電量5.583億kW·h，年利用小時數(shù)1 117 h，擴機后水量利用率提高至89.38%。

擴機工程布置為引水隧洞岸邊式地面廠房，引水發(fā)電系統(tǒng)在平面上呈弧形布置。引水系統(tǒng)采用單機單洞布置形式，地面廠房內(nèi)安裝2臺水輪發(fā)電機組。引水建筑物由進(jìn)水口、引水隧洞、調(diào)壓室和壓力管道組成。廠區(qū)建筑物主要有主廠房、下游副廠房、主變場和尾水渠。

2 五強溪擴機工程施工工期及關(guān)鍵線路

2.1 五強溪擴機工程施工工期

五強溪擴機工程劃分為三個施工時段：施工準(zhǔn)備工程施工期、主體工程施工期和工程完建期，其中施工準(zhǔn)備工程施工期不計入工程施工總工期內(nèi)。根據(jù)擴機工程樞紐布置特點、工程規(guī)模及工程量，施工總工期為4年，其施工準(zhǔn)備工程施工期6個月（第1年1—6月，不計入總工期），主體工程施工期3年9個月（第1年7月—第5年3月），工程完建工期3個月（第5年4—6月），首臺機組發(fā)電工期3年9個月。

2.2 五強溪擴機工程關(guān)鍵線路

五強溪擴機工程關(guān)鍵線路為兩條：

關(guān)鍵線路一（廠房工程）：施工準(zhǔn)備工程（6個月）—→基礎(chǔ)明挖、支護(hù)及圍堰修建（10個月）—→廠房主機間混凝土澆筑（8個月）—→廠房基礎(chǔ)墻、排架柱澆筑及吊車梁安裝（10個月）—→廠房二期混凝土澆筑（8個月）—→首臺機組安裝、調(diào)試（9個月），關(guān)鍵線路首臺機組發(fā)電時間為51個月。

關(guān)鍵線路二（引水工程）：施工準(zhǔn)備工程（6個月）—→水上部分明挖、支護(hù)及圍堰、預(yù)留巖坎修建（6個月）—→圍堰內(nèi)井挖、支護(hù)（12個月）—→進(jìn)水口塔體澆筑（7個月）—→門槽埋件、門機安裝、檢修門安裝及下放（3個月）—→圍堰及部分預(yù)留巖坎第一次爆破、水上清挖（1個月）—→預(yù)留巖坎第二次爆破、水下清挖（14個月）—→流道充水試驗、首臺機組有水調(diào)試（2個月），關(guān)鍵線路首臺機組發(fā)電時間為51個月。

3 預(yù)留巖坎及混凝土圍堰拆除程序及水位要求

進(jìn)水口預(yù)留巖坎及混凝土圍堰拆除工程量15.64萬m3，其中混凝土拆除0.72萬m3、預(yù)留巖坎開挖量14.92萬m3。為減少巖坎水下爆破開挖工程量，進(jìn)水口混凝土預(yù)留巖坎及混凝土圍堰分四部分進(jìn)行施工，施工分區(qū)詳見圖1、表1。施工順序為：第1部分（I區(qū)）為圍堰外側(cè)清挖施工，即混凝土圍堰外側(cè)巖坎爆破拆除—→第2部分（II區(qū)）為混凝土圍堰爆破拆除—→第3部分（III區(qū)）為預(yù)留巖坎高程98.50～69.00 m內(nèi)側(cè)削坡部分爆破拆除—→第4部分（IV區(qū)）為剩余部分巖坎爆破拆除。

圖1 巖坎及混凝土圍堰拆除分區(qū)程序示意圖

表1 巖坎及混凝土圍堰拆除分區(qū)水位控制要求

4 五強溪水庫水位調(diào)度及運行方式

五強溪水電站水庫設(shè)計正常蓄水位108.00 m，汛期防洪限制水位98.00 m，死水位90.00 m，為季調(diào)節(jié)水庫。結(jié)合防汛要求五強溪水庫水位調(diào)度運行劃分為5個階段：即4月份、5月份、6—7月份、8—9月份、10月份—次年3月份。在各階段，庫水位控制如表2。

表2 五強溪水庫水位運行方式

5 擴機工程開工時間分析

5.1 開工時間方案選定

選取1月、4月、7月、9月4個有代表性的時間點作為擴機開工時間，4個方案總工期均為4年（不含施工準(zhǔn)備工程建設(shè)期6個月），首臺機組發(fā)電工期為3年9個月。4個方案施工準(zhǔn)備工程分別于2019年1月初、4月初、7月初、10月初開工，首臺機組分別于2023年3月底（第2臺6月底）、6月底（第2臺9月底）、9月底（第2臺12月底）、12月底（第2臺次年3月底）發(fā)電。

5.2 電量效益計算

根據(jù)選取1月、4月、7月、9月開工時間，分別編制工程施工總進(jìn)度計劃，確定進(jìn)水口施工對水庫水位控制要求。選取五強溪水電站投產(chǎn)后歷年水文數(shù)據(jù)中來水量較為合理的平水年，通過計算選取水文年控制水位后發(fā)電量與實際發(fā)電量對比計算發(fā)電量損失。同時根據(jù)投產(chǎn)時間計算擴機工程投產(chǎn)當(dāng)年發(fā)電效益。

4個方案投產(chǎn)發(fā)電時間、進(jìn)水口施工水位控制時間、要求，相應(yīng)的老廠電量損失，投產(chǎn)年擴機發(fā)電量，綜合發(fā)電效益詳見表3。

5.3 結(jié)果分析

4個開工時間方案因進(jìn)水口圍堰及預(yù)留巖坎修建、拆除控制五強溪水庫水位導(dǎo)致老廠總發(fā)電量損失分別為2.511億kW·h、1.333億kW·h、0.984億kW·h、3.146億kW·h，方案2、3因水位控制期大部分在汛限低水位期控制水位，對老廠發(fā)電損失影響較少，其中方案3水位控制與汛限水位控制期重疊最多，對老廠發(fā)電影響最少；方案1、4因在汛限后水庫蓄水期控制水位，對老廠發(fā)電損失影響很大，尤其是方案4，混凝土及預(yù)留巖坎圍堰在汛期結(jié)束后的高水位運行期控制水位，所以方案4對電廠影響最大。

4個開工時間方案擴機首臺機組均在2023年投產(chǎn)發(fā)電，投產(chǎn)年擴機發(fā)電量分別為3.80億kW·h、0.94億kW·h、0.06億kW·h、0億kW·h。由于方案1在汛前投產(chǎn)，產(chǎn)生的發(fā)電效益最大，方案2在汛期首臺機組投產(chǎn)，首臺機組產(chǎn)生一定效益，方案3與方案4均在汛后投產(chǎn)，基本不產(chǎn)生效益。

通過以上比較分析，在考慮老廠和擴機電量一致的基礎(chǔ)上，至2023年年底，4個方案老廠與擴機綜合發(fā)電效益指標(biāo)分別為1.289 kW·h、-1.333 kW·h、-0.924 kW·h、-3.146 kW·h，擴機工程于2019年不同月份開工，對應(yīng)的老廠與擴機截至2023年的投產(chǎn)當(dāng)年發(fā)電效益、建設(shè)期電量損失、綜合發(fā)電效益指標(biāo)曲線見圖2。

表3 4個方案電量分析表

如綜合考慮投產(chǎn)發(fā)電效益，擴機工程如在年初開工，擴機機組能在汛前投產(chǎn)，至投產(chǎn)年，老廠和擴機綜合發(fā)電效益指標(biāo)受擴機機組控制，機組越早投產(chǎn)，綜合發(fā)電效益指標(biāo)越好，但超過3月開工后，擴機機組在投產(chǎn)年汛末以后投產(chǎn)，擴機機組在投產(chǎn)年基本無發(fā)電效益，至投產(chǎn)年，老廠和擴機綜合發(fā)電效益受老廠控制，老廠發(fā)電損失越小，綜合發(fā)電效益指標(biāo)越好。從圖2可以看出，擴機工程如在3月前施工準(zhǔn)備工程開工，越早開工，發(fā)電效益越好；如果施工準(zhǔn)備工程在3月以后開工，3—7月份開工發(fā)電效益差別不大；如施工準(zhǔn)備工程開工時間超過7月份，綜合效益急劇下降，不利于工程總體效益。

如不考慮擴機投產(chǎn)發(fā)電效益只考慮擴機工程建設(shè)對老廠發(fā)電的影響，4—7月開工可以將進(jìn)水口圍堰拆除水位控制時段大部分控制在汛期水位控制時段，從而極大減少擴機工程建設(shè)對老電廠發(fā)電的影響，其中以施工準(zhǔn)備工程7月開工最為合適。

6 結(jié)語

水電工程建設(shè)開工時間受到工程建設(shè)手續(xù)及政策因素影響，如條件允許，各項準(zhǔn)備工作到位，選擇1月份開工較好，如錯過1月份，4—7月份之間選擇合理時間開工差別不大，但是過了7月份以后開工，老廠發(fā)電損失急劇增加，整體效益也急劇變差，7月份還未開工建議將開工時間調(diào)至年底或者來年年初較為合適。

開工時間探討可以一定程度上分析擴機及老廠發(fā)電效益，指導(dǎo)擴機工程建設(shè)，但不是全部，為進(jìn)一步減少擴機對電廠發(fā)電影響，一方面要開展擴機工程進(jìn)水口預(yù)留巖坎拆除研究，最大限度增加Ⅲ區(qū)巖坎拆除，減少Ⅳ區(qū)工程量，縮短水庫水位控制時間；另一方面，根據(jù)進(jìn)水口實際拆除年份氣象水文資料，研究優(yōu)化電廠發(fā)電調(diào)度控制與巖坎拆除水位控制同步，減少因巖坎拆除水位控制要求，提升擴機工程建設(shè)與電廠發(fā)電效益最大化。