探讨水电站大坝翻板门优化控制与应用

探讨水电站大坝翻板门优化控制与应用
1 若水电站工程概况
若水电站位于沅江一级支流巫水下游的怀化市会同县境内，装机3€？MW，水库正常蓄水位192.5m，死水位191.5m，溢流堰堰顶高程187.5m，正常蓄水位时库容791万m3，有效库容183万m3，水轮机额定水头11 m，额定流量52.3 m3/s，年利用小时4 652小时，电站年设计发电量6 978万度。

若水电站大坝右岸溢流坝溢流堰上安装16孔宽10m、高5m的水力自控翻板闸门，大坝左岸重力坝上设置两扇宽12m、高8.3m的弧形闸门，水力自控翻板闸门与弧形闸门构成电站的泄洪设备。

按设计规范，当水库水位上升达到水力自控翻板闸门门顶过水深度达0.4m 时，翻板门开始自动翻转开启，洪水从闸板上、下部泄流，当水库水位上升达到水力自控翻板闸门门顶过水深度达0.88m时，闸门全开（80€埃坏彼馑换芈渲琳⒚抛愿叩？5%-80%时，翻板门自动复位。

洪水期间，若翻板门不足以渲泄洪水时，还可操作弧形闸门泄洪。

2 翻板门关闭动作控制问题的提出
水力自控翻板闸门在洪水来临时，可按预定的水位自动翻板泄洪，洪水退去后也可按预定的水位自动复位关闭。

但在实际运行中，水力自控翻板闸门的运用存在下列问题：（1）水力自控翻板闸门要在洪水退去后才复位，不能有效的拦截洪尾；（2）水位要降低到水库死水位以下翻板门才能完全关闭，不能最大限度利用水头发电；（3）翻板门从开始关闭到完全关闭有一个过程，此过程时间太长，浪费了水量。

如果在洪水期间，翻板门动作泄洪后，在洪水消落期间，能人工干预翻板门的动作，提前关闭翻板门，则可有效的拦截洪尾、提高发电水头，提高电站的发电效益。

3 翻板门关闭规律的探讨
经过现场对翻板门自动启闭多次观察、分析和试验，得出下列规律：
（1）水库水位为192.90m时翻板门开始自动翻转，洪水从闸板上、下部泄流；翻板门启动翻转的水位与设计规范一致。

（2）翻板门自动翻转开启的角度随水库水位上升增大，泄洪量相应增加。

翻板门角度开启的速度与洪水量有关，洪水量越大翻板门角度开启的速度越快。

当水库水位上升达到193.37m时，闸门全开（80€埃环迕湃钡乃挥肷杓乒娣兑恢隆？
（3）当水库水位下落到192.52m时，翻板门自动开始关闭挡水。

（4）翻板门自动关闭复位过程中，其角度随水库水位下降减小，泄洪量也相应减少。

翻板门角度关闭的速度与洪水量有关，洪水量越小翻板门角度减小的速度越快。

当水库水位下降至191.46m时，所有闸门完全复位关闭，翻板门全关完全复位的水位与设计规范一致（设计规范为187.5+0.75€？=191.25m至187.5+0.8€？=191.5m之间）。

（5）从翻板门开始自动关闭到全关闭时间，视洪水退落情况而定，一般情况下需12小时以上。

从以上规律可知：翻板门开始自动关闭到全关闭时间较长，所有闸门完全关闭要在库水位下降到死水位以下方可完成，这对若水电站机组稳定运行和经济运行不利，必须设法解决。

在多次对若水电站翻板门自动启闭的观察过程中，于2012年5月11日，发现一次异于平常的现象：若水电站因大雨泄洪，在泄洪过程中雨量减小，洪水有一定的消落后，水库水位还未下落到192.52m，此时，流域又下暴雨，水位又上涨，观测人员发现：当水库水位上涨到192.84～192.88m左右时，原已开启的翻板门先后关闭。

此现象从未出现过。

对这一重要的现象，笔者认为：如果这个现象为必然，可以利用这个规律在洪水退落期间用弧形闸门调节水库水位上升，使翻板门提前关闭，达到有效拦截洪尾、提高发电水头，提高发电效益的目的。

基于上述现象，湘能公司电运部和若水电站提出了“若水电站洪水期间优化翻板门控制”技术攻关课题，成立了研讨小组，进行课题研讨：（1）查阅相关技术资料求证（包括制造厂家和其他相关技术单位均没有任何资料说明翻板门会出现这种运行状况）。

（2）继续仔细观察，进行必要的试验。

（3）加装大坝、前池水尺，监测大坝、前池和尾水位变化情况以供水情分析。

根据若水电站翻板门设计、制造及安装的数据和情况，对翻板门在不同水位及水位变化状态下动作灵敏度及动作开度变化情况的观测统计进行深入分析，推算水位上升至192.85～192.875m的过程中，翻板门所受推力作用点发生变化，有可能使开启翻板门关闭，为此进行了多次精心试验。

试验方法是在泄洪过程中，当洪水消落且库水位下降至192.75m左右时关闭弧形门，使库水位由下降状况转为上升状况，观察翻板门的动作情况。

3.1 试验结论
分析多次试验的结果及数据，结论如下：
（1）2012年5月11日发现的在泄洪状态翻转门自行关闭的现象是必然的现象。

（2）在泄洪状态洪水消落期间，水库水位还未下落到翻板门自动复位水位192.52m前，实施人为干预使库水位上升，可使翻板门在192.86m水位时自动关闭翻板门，而且翻板门关闭比其在水位回落时的自动关闭更加迅速，严密。

（3）实施人为干预使库水位上升的手段是关闭弧形闸门，利用控制弧形闸门人工干预提前关闭翻板门是可行的。

（4）利用控制弧形闸门人工干预提前关闭翻板门，截住了洪尾，水库水位不会降低到191.46m，提高了发电水头，为电站增加了效益。

（5）为保障大坝上游不受洪水影响，又要使翻板门快速关闭，选择在洪水为600～800 m3/s时实施为宜。

3.2 控制的实施步骤
（1）在翻板门泄洪时，同时打开弧形闸门泄洪。

（2）泄洪过程中，当洪水消落至600～800m3/s及库水位192.75m左右时，关闭弧形门。

（3）翻板门全部关闭后，开放弧形闸门泄洪，按“若水电站防洪手册”的规定控制水位与水量，使翻板门不第二次自动开启。

4 翻板门关闭实行人工控制后的效果
若水电站大坝翻板门关闭由自动翻门复位改由人工干预关闭后，经一年的运行，效益显著：
（1）人工干预提早关闭翻板门，有效的截住了尾洪，增加了1.06m高的水库库容，截住尾洪183万m3，按36 m3水发1度电计，一次洪水可多发电5万kwh，按巫水常年洪水6次计算，可增加发电量30万kwh，较大程度提高了水资源利用率。

（2）洪水期间人工提早干预关闭翻板门，人为调节正常蓄水位以上的水库水位，可以较长时间保持水库在高水位运行，相对提高了发电水头。

根据对比计算，人工提早干预关闭翻板门，电站可相对增加发电负荷0.3～0.5kkw。

按巫水常年6次洪水、一次洪水期24小时、每次洪水期提高发电水头相应增加发电负荷0.4 kkw计算，年增加约6万kwh发电量。

综上所述，“洪水期间人工提早干预关闭翻板门”成果在若水电站应用后，不增加任何投资，可以提高电站年发电量36万kwh，按现行电价0.35元计，可增创发电收入12.6万元，同时也创造了可节省12.6吨标准煤和减排337吨温室气体的社会效益。

技术应用始于2012年7月，至今已应用15个月，效果良好。

今后可在小水电类似水电站中予以推广，提高发电效益。