摘要：根据南水水库控制流域内的气候、地理、水文特征，及水库自身运行特点，提出在确保南水水库枢纽工程安全的前提下，追求最大经济运行效益的优化运行方案。
关键词：分期洪水；机组工况；科学调度；经济运行
1、概述
南水水电站位于珠江流域北江水系南水河上，距下游韶关市区32km。南水水电站装有三台单机容量为25MW，单机最大过水能力为27.5m3/s的混流式水轮发电机组，总装机容量为75MW，增容改造后机组容量达到102MW。南水大坝坝顶高程为225.9m，防浪墙高1.7m，防浪墙高程227.6m，最大坝高81.3m。正常高水位220.0m，汛期控制水位220.0m。校核洪水位225.9m，总库容12.805×108m3，有效库容7.14×108m3，库容系数68%，属多年调节水库。作为自负盈亏的发电企业，如何最大发挥水库的调节能力，减少弃水、降低水耗、增加发电效益，是水调工作面临的重要任务，也是企业生存发展的必要条件。
3、多途径探求水电站经济运行
3.1利用水库降水规律，充分利用库容
图1 南水流域实测多年平均降水量
根据多年实测降水资料看，降水量从3月开始增多，4月已经比较普遍；9月暴雨明显减少，11月暴雨基本结束。4月～8月是流域的雨季，降雨量占全年的绝大部分。4月～6月属极锋雨带降水，致洪暴雨由冷锋、静止锋及切变线、低涡等西风引起；7月～9月主要受台风等低纬度热带天气系统影响，致洪暴雨由热带气旋、台风、东风波等东风带引起。据南水流域降雨量资料统计，前汛期最大一日多年平均降水量比后汛期大22%，一定程度上说明，前汛期由冷锋、静止锋及切变线、低涡等西风引起的暴雨一般比由热带气旋、台风、东风波等东风带引起的暴雨大。
作为一个封闭流域，南水水库的来水全部来自降水，水库来水规律对应着降水规律。通过对多年的水文资料分析，南水水库的入库流量有如下特点：
①入库洪水带有明显的层次性，集中在6月和8月。
②多年平均，前汛期的来水量比后汛期的偏多。
③枯水期来水偏少，并受上游泉水水电站运行方式的影响。
基于以上分析，南水电站水电机组的经济运行，首先就是利用水文规律，结合天气预报，实施预报调度，做好水库的中长期预报工作，在确保大坝工程的安全前提下，追求水电站发电的经济效益。
3月～6月为前汛期，在确保水电站枢纽安全的前提下，尽量采取来水前加大出力，将水库水位降至210.0m附近，腾出库容，减轻防洪压力。在天气预报的可预见期内，适时抬高水位至汛限水位220.0m，通过加大出力，尽快将水位降低至210.0m附近，这样重复利用库容，在提高防洪能力的同时，增加发电量。
7月～9月，为后汛期，应根据中长期气象预报和水文预报成果制定水库运行方式，该期间的来水具有不确定性，即这期间的每一场洪水均有可能是本年度的最后一场洪水。这期间根据水文气象预报，结合水电站枢纽工程运行状况和防洪任务要求，采取逐步抬高库水位，以满足水库的兴利要求。在保证当年的上网电量的同时，为下年的发电做好准备，充分发挥多年调节水库的调节能力。
10月～次年3月，在满足电网系统的需求的前提下，尽量抬高库水位，保持较高的运行水头，提高机组效率，降低耗水率。
3.2采用汛期分期洪水，提高机组经济效益
南水水库库容大，来水分期特点明显，宜采用动态汛限水位进行水库调度，既提高了水库蓄水能力、洪水利用率和区域水资源承载能力，又确保大坝安全及下游乳源县城的防洪安全，发挥水库防洪与兴利效益。
广东省水利电力勘测设计研究院会同河海大学对南水水库汛期分期洪水进行可行性研究，并确立南水分期防洪限制水位及调度原则。
①前汛期（4月15～6月30日）防洪限制水位为217.8m，当水位超过217.8m时，泄洪考虑发电流量外，泄洪闸门全开泄洪，是水位尽快回落到防洪限制水位；
②后汛期（7月1日～10月15日）防洪限制水位为219.4m，泄洪除考虑发电流量外，泄洪闸门全开泄洪，使水位尽快回落到防洪限制水位；
③非汛期，水库水位可以回蓄至正常蓄水位220.0m；
南水水库现行的汛期限制水位，暂定为215.5m，致使水库一直低水位运行，一方面降低了水库的调节作用，另一方面，低水头运行，耗水率增加，不利于水电站的经济运行。自2001年开始执行215.5m的汛限水位开始至今，年均耗水率为3.48m3/kwh，而从1990年～2017年，年均耗水率为3.42m3/kwh，以实测多年平均入库水量9.61×108 m3计算，每年损失电量484.47×104kwh。
如实施分期设计洪水，可以充分多年调节水库库容大的特点，多蓄水，增加水库的兴利作用，在保障自身大坝和下游防洪安全的前提下，降低水耗，以较高的运行水头运行，提高了机组经济效益。
3.3开展机组效率实验
南水机组增容改造后，做了水轮机相对效率试验，分析计算水轮机平均工作水头下的出力、流量和效率，以求得最佳机组运行效益。
图2 平均工作水头下H=120m下水轮机效率曲线
通过试验数据，可以看出，机组出力在30.01mw，水轮机出力正在30.54MW时，水轮机效率最高为93.6%，此后效率开始下降。在以后安排机组负荷时，考虑机组最佳运行方式，安排机组在30.01mw下运行，提高机组运行效率，降低水耗。
3.4开展机组开机方式优化
应用超声波测量技术，通过不同的开机组合，开展机组发电流量测定试验，测定不同开机组合运行方式下的，机组发电效率。试验数据见下表1
表1：机组发电流量测定
由上表可以看出，电站开两台机组的效率比开一台机组的效率低，随着开机组台数的增大，机组的运行效率就会有所下降，因此在平时运行时应优先保持一台机组的运行，保障机组运行效率，尽量避免机组全开。
4、结论
总之，南水电站投产发电三十多年以来，本着加强科学管理、水库合理经济调度工作原则，制定各种水库运用方案，通过科学分析比较，在确保电站枢纽安全的前提下，使水库多蓄水、少弃水，充分利用南水水库库容大的特点，发挥水库的兴利调节作用，在提高电站经济效益的同时也提高了水库的社会效益，为发挥水库的综合效益做出了较大的贡献。
参考文献：
[1]《西北电力》2002年第一期
[2]《广东粤电集团公司南水水库汛期分期设计洪水洪水与防洪限制水位研究报告》
[3]《南水汇编资料》
[4]《广东粤电南水发电公司3号机组增容改造前后水轮机相对效率试验报告》
论文作者:朱香凯
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/13
标签：水位论文; 机组论文; 水库论文; 汛期论文; 库容论文; 水水论文; 效率论文; 《基层建设》2018年第19期论文;