大藤峽水利樞紐工程機(jī)組臺(tái)數(shù)選擇

門(mén) 飛，李樹(shù)剛，都興洋，徐志軍

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

1 概況

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峽出口弩灘上，地屬?gòu)V西自治區(qū)桂平市。大藤峽水利樞紐是國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《珠江流域綜合利用規(guī)劃》確定的流域防洪關(guān)鍵性工程，也是紅水河水電基地的重要組成部分。工程具有防洪、航運(yùn)、發(fā)電、水資源配置、灌溉等綜合作用。在工程運(yùn)用上，發(fā)電調(diào)度服從水資源調(diào)度，水資源調(diào)度服從生態(tài)調(diào)度，但在汛期均應(yīng)服從防洪調(diào)度。水庫(kù)調(diào)節(jié)性能為日調(diào)節(jié)，電站布置型式為河床式，裝機(jī)容量1 600 MW，保證出力3 66.9 MW，多年平均發(fā)電量60.55×108kW·h，裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)3 784 h。

2 比選方案的擬定

樞紐電站裝機(jī)容量為1 600 MW，綜合考慮電站投資、機(jī)組制造的可行性、兩岸廠房分期建設(shè)的樞紐布置條件、運(yùn)行及調(diào)度靈活性等因素，擬定6個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。各方案主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。其中，方案1：6臺(tái)（3+3）；方案2：7臺(tái)（3+4）；方案3：8 臺(tái)（3+5）；方案4：9 臺(tái)（3+6）；方案5：8 臺(tái)（4+4）；方案6：9 臺(tái)（4+5）。

3 方案設(shè)計(jì)及主要影響因素的分析

1）機(jī)組設(shè)計(jì)制造可行性分析

通過(guò)對(duì)各主要方案的主要部件設(shè)計(jì)制造難度、加工制造能力、主要結(jié)構(gòu)件的剛強(qiáng)度、大件運(yùn)輸、機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性等方面進(jìn)行分析，裝機(jī)6，7，8臺(tái)的水輪機(jī)制造難度在同類(lèi)型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組中均已經(jīng)超過(guò)投產(chǎn)和在建工程的機(jī)組難度。對(duì)于裝機(jī)6臺(tái)，機(jī)組部件尺寸巨大，接近或超過(guò)機(jī)械加工制造的極限尺寸，發(fā)電機(jī)推力負(fù)荷巨大，機(jī)組的設(shè)計(jì)制造存在較多不確定性因素。

隨著機(jī)組容量和尺寸的增大，流道中不穩(wěn)定流的水力激振能量會(huì)隨著轉(zhuǎn)輪直徑的增大而增加，流道部件的剛度、固有頻率會(huì)隨著轉(zhuǎn)輪直徑的增大而下降，機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題會(huì)變得突出。從利于機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性出發(fā)，不宜選擇過(guò)大的單機(jī)容量。

表1 機(jī)組臺(tái)數(shù)比選參數(shù)表

因此，不推薦裝機(jī)6臺(tái)；裝機(jī)7，8，9臺(tái)的水輪發(fā)電機(jī)組的制造難度均在可控范圍內(nèi)，是可行的。

2）樞紐布置的影響

從樞紐布置看，與方案3（3+5）相比，方案5（4+4）、方案6（4+5）、方案1（3+3）、方案2（3+4）船閘分別左移4 0.62，3 1.94，2 2.92，1 0.18 m，而右岸需增加4 0.62，1 0.10，5 8.32，2 8.38 m混凝土擋水壩段；船閘左移使船閘進(jìn)入左岸灰?guī)r區(qū)面積增大，基礎(chǔ)處理工程量大；尤其方案5（4+4）、方案6（4+5），為滿(mǎn)足船閘上游口門(mén)區(qū)水流條件，需開(kāi)挖南木江上游左岸山體。

方案3（3+5）和方案4（3+6）充分利用右岸主河床，右岸安裝間可以靠岸邊布置，左岸廠房進(jìn)水渠可以避開(kāi)左岸山體開(kāi)挖，樞紐建筑物布置相對(duì)合理。但方案4（3+6）廠房右移29.10 m，右岸開(kāi)挖量大，從地質(zhì)條件看，右岸廠房邊坡穩(wěn)定性相對(duì)變差。

從土建工程投資看，方案5（4+4）最高，方案1（3+3）次之，其次是方案6（4+5）和方案2（3+4），方案3（3+5）與方案4（3+6）投資相差不大。

綜上，推薦方案3（3+5）。

3）電氣主接線(xiàn)的影響

各裝機(jī)方案接線(xiàn)形式的機(jī)組數(shù)量均與主變壓器數(shù)量相同，不同的裝機(jī)臺(tái)數(shù)和不同的兩岸組合方案，將不同程度地改變220 kV側(cè)進(jìn)線(xiàn)間隔數(shù)。方案1（3+3）、方案2（3+4）和方案5（4+4）為4回220 kV進(jìn)線(xiàn)，方案3（3+5）、方案4（3+6）和方案6（4+5）3個(gè)方案為5回220 kV進(jìn)線(xiàn)。方案3（3+5）、方案 4（3+6）和方案6（4+5）比方案1（3+3）、方案2（3+4）和方案 5（4+4）增加1回220 kV進(jìn)線(xiàn)間隔及一回220 kV高壓電纜回路，接線(xiàn)復(fù)雜、設(shè)備增加、電纜廊道的尺寸加大，同時(shí)也增大了布置難度。

4）施工組織設(shè)計(jì)

裝機(jī)臺(tái)數(shù)比選各方案縱向圍堰布置考慮壩址區(qū)的地形條件，滿(mǎn)足一期束窄河床最小寬度為300 m的行洪及通航要求，滿(mǎn)足二期施工期泄洪期間水庫(kù)淹沒(méi)范圍不超樞紐正常運(yùn)行淹沒(méi)范圍要求，增加施工期發(fā)電量對(duì)二期圍堰高度等要求。裝機(jī)臺(tái)數(shù)比選各方案縱向圍堰均布置在左岸漫灘邊緣，并為枯水期圍堰預(yù)留出足夠的寬度。各裝機(jī)方案施工導(dǎo)流、施工期通航條件完全相同，無(wú)優(yōu)劣區(qū)分。

各裝機(jī)方案隨右岸裝機(jī)臺(tái)數(shù)的增加，工程總工期加長(zhǎng)，各方案中方案4（3+6）工期最長(zhǎng)，為111個(gè)月。但一、二期首臺(tái)機(jī)組的發(fā)電時(shí)間均相同，從施工進(jìn)度角度比較各裝機(jī)方案施工強(qiáng)度并無(wú)較大差別。

工程施工占地方案3（3+5）、方案4（3+6）占地面積較小，方案5（4+4）、方案6（4+5）占地面積最大，兩者相差近22×104m2。

綜合考慮施工工期及施工占地條件推薦方案3（3+5）。

5）工程投資、初期和多年平均發(fā)電量

各方案的工程投資、初期及多年平均發(fā)電量匯總見(jiàn)表2。

從表2中可以看出，當(dāng)裝機(jī)6，7，8，9 臺(tái)，在左岸均布置3臺(tái)機(jī)組時(shí)，工程投資隨機(jī)組臺(tái)數(shù)增加呈遞減趨勢(shì)，裝機(jī)6臺(tái)總投資最多，比裝機(jī)8臺(tái)靜態(tài)總投資多3.56億元，裝機(jī)7臺(tái)比裝機(jī)8臺(tái)靜態(tài)總投資多2.01億元。當(dāng)在左岸均布置4臺(tái)機(jī)組時(shí)，方案 6（4+5）比方案 3（3+5）靜態(tài)總投資多0.94 億元，方案5（4+4）比方案3（3+5）靜態(tài)總投資多2.41億元。

表2 工程投資、初期及多年平均發(fā)電量匯總表

考慮不同方案一、二期資金投入情況，其中一期工程投資方案1（3+3）投資最多，比方案3（3+5）多7.23 億元，方案2（3+4）比方案3（3+5）多3.35億元，方案5（4+4）比方案3（3+5）多6.85 億元，方案6（4+5）比方案3（3+5）多3.73 億元。

初期發(fā)電量均計(jì)算至第10年，采用6，7，8，9臺(tái)機(jī)組，左岸均布置3臺(tái)機(jī)組時(shí)，初期發(fā)電量隨機(jī)組臺(tái)數(shù)增加遞減；裝機(jī)7臺(tái)比裝機(jī)8臺(tái)能夠多得10.18×108kW·h初期電能；當(dāng)在左岸均布置4臺(tái)機(jī)組時(shí)，方案5（4+4）比方案3（3+5）多得17.68×108kW·h初期電能；方案6（4+5）比方案3（3+5）多得9.71×108kW·h初期電能。

多年平均發(fā)電量9臺(tái)機(jī)方案最多，6臺(tái)機(jī)方案最少，最大差值僅0.21×108kW·h，各方案間差別很小。

6）經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果

工程計(jì)算期為50年，社會(huì)折現(xiàn)率采用8%，機(jī)組臺(tái)數(shù)方案經(jīng)濟(jì)計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 機(jī)組臺(tái)數(shù)方案經(jīng)濟(jì)計(jì)算成果表

采用差額內(nèi)部收益率和經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值分析各方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，各方案的排序?yàn)椋悍桨?（3+5）＞方案5（4+4）＞方案2（3+4）＞方案6（4+5）＞方案1（3+3）＞方案4（3+6）（排前為優(yōu)）。就排序前三位的方案而言，方案3（3+5）與方案5（4+4）方案相比，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值相差6556萬(wàn)元，方案3（3+5）優(yōu)于方案5（4+4）方案。方案5（4+4）與方案 2（3+4）方案相比，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值相差1 056萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)基本相近。

4 結(jié)論

對(duì)于裝機(jī)6，7，8，9 臺(tái)，采用左岸布置3臺(tái)機(jī)組或4臺(tái)機(jī)組對(duì)應(yīng)的不同機(jī)組臺(tái)數(shù)組合，主要從機(jī)組設(shè)計(jì)制造難度、對(duì)樞紐布置及水工建筑物的影響、對(duì)電氣主接線(xiàn)及電氣設(shè)備選擇的影響、施工組織設(shè)計(jì)、工程投資概算、多年平均發(fā)電量、初期發(fā)電量及經(jīng)濟(jì)計(jì)算等方面進(jìn)行了6個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。方案3（3+5）樞紐布置充分利用了地形地質(zhì)條件，機(jī)組制造難度適中，工程占地面積、初期發(fā)電效益合理，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)。因此，推薦采用方案3（3+5），裝機(jī)8臺(tái)，單機(jī)容量為200 MW，其中左岸3臺(tái)、右岸5臺(tái)。