淺談南水北調(diào)中線渠首樞紐工程應(yīng)急調(diào)度策略

曹先振 李儀

摘要：本文結(jié)合陶岔渠首樞紐工程在運(yùn)行調(diào)度過程中的不同水頭、流量、閘門開度、機(jī)組出力等，分析不同情況下運(yùn)行工況，針對不同工況所面臨的應(yīng)急調(diào)度狀態(tài)，制定不同應(yīng)急調(diào)度策略，確保制定的應(yīng)急調(diào)度策略能夠在應(yīng)急調(diào)度過程中發(fā)揮作用，為渠首樞紐工程安全平穩(wěn)供水提供可靠保障。

關(guān)鍵詞：渠首樞紐工程;應(yīng)急調(diào)度;策略

引言

南水北調(diào)中線工程是中國最大的調(diào)水工程，極大緩解了中國中北方地區(qū)的水資源短缺問題。陶岔渠首樞紐工程是南水北調(diào)中線輸水工程的渠首工程，是連接丹江口水庫和中線總干渠的樞紐，她不同于中線工程一般閘站，不但包括一座閘站（引水閘）而且還有一座電站（河床徑流式水電站），運(yùn)行工況相對較為復(fù)雜，包括引水閘單獨(dú)運(yùn)行、發(fā)電機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行和引水閘與機(jī)組共同運(yùn)行等模式。在發(fā)生應(yīng)急突發(fā)狀況時，不但需要采用一般節(jié)制閘的應(yīng)急調(diào)度策略，而且要涉及機(jī)組的應(yīng)急調(diào)度策略。

1.渠首樞紐工程概況

渠首樞紐工程運(yùn)行調(diào)度既要服從丹江口水庫綜合調(diào)度要求，也要服從總干渠供水調(diào)度需要;陶岔電廠利用中線工程引水流量發(fā)電，服從總干渠供水調(diào)度要求。渠首引水閘（樁號0+000），設(shè)3孔，孔口尺寸（7×6.5m），渠首閘按受水區(qū)需水要求引水，最低引水水位為水庫極限消落水位（145m），正常運(yùn)用最高引水水位為水庫正常蓄水位170m，遭遇大洪水時極端最高引水水位為水庫設(shè)計(jì)洪水位（172.2m）。引水閘設(shè)計(jì)引水流量350m3/s，加大引水流量420m3/s。陶岔電廠布置采用河床徑流式電站，電站廠房型式為燈泡貫流式，安裝2臺25兆瓦發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量50兆瓦。機(jī)組裝機(jī)高程136.20m，水輪機(jī)直徑5.0m。陶岔電廠利用引水流量發(fā)電，服從總干渠供水調(diào)度要求。電站正常運(yùn)行水頭范圍取6m-22.66m，考慮極端最大水頭24.86m時機(jī)組仍可運(yùn)行。

2.渠首樞紐工程應(yīng)急調(diào)度指導(dǎo)思想

渠首樞紐工程在輸水調(diào)度方面有別于一般節(jié)制閘最大的不同在于，一般節(jié)制閘要按照閘前常水位控制，而渠首樞紐工程控制的是入總干渠流量。不管樞紐工程的運(yùn)行方式是引水閘單獨(dú)過流，或者機(jī)組單獨(dú)過流，或者機(jī)組和引水閘共同過流，都必須要保證入總干渠流量達(dá)到目標(biāo)流量。因此樞紐工程在發(fā)生應(yīng)急突發(fā)事件時，應(yīng)急調(diào)度的指導(dǎo)思想就是在最短的時間段內(nèi)采取最有效的應(yīng)對措施恢復(fù)入總干渠流量。

3.渠首樞紐工程應(yīng)急調(diào)度的工況分析及應(yīng)對策略

渠首樞紐工程的正常的運(yùn)行調(diào)度方式要根據(jù)上下游之間的水頭來確定。由于渠首樞紐工程的上游是通過引渠與丹江口水庫相連接，下游與總干渠相連接，總干渠的水位控制相對較為穩(wěn)定，因此樞紐工程的運(yùn)行調(diào)度方式主要根據(jù)丹江口水庫水位進(jìn)行選擇。

當(dāng)水頭低于 6m（相應(yīng)庫水位約 154m～156m），大于 24.86m（相應(yīng)庫水位約 172.2m）時電站機(jī)組停機(jī)，通過渠首引水閘過流滿足受水區(qū)引水要求 。此時須啟用備用電源確保樞紐正常運(yùn)行。這種工況下出現(xiàn)的應(yīng)急突發(fā)事件包括閘門異動、下滑、卡死等設(shè)備故障，此時引水閘的功能和一般節(jié)制閘相同，因此應(yīng)對策略和措施可參照一般節(jié)制閘。

當(dāng)水頭在 6m（相應(yīng)庫水位約 154m～156m）～24.86m（相應(yīng)庫水位約172.2）之間時，總干渠引水流量通過渠首電站發(fā)電下泄，電站最大引水流量為 420m3 /s（相應(yīng)水頭范圍約為13.5m～16.1m）。在這個水頭區(qū)間下，滿足機(jī)組運(yùn)行條件，正常情況輸水調(diào)度運(yùn)行方式為全部機(jī)組過流或機(jī)組+引水閘共同過流?！耙运姡娐?lián)調(diào)”的運(yùn)行調(diào)度模式是當(dāng)前渠首樞紐工程最主要也是最重要的運(yùn)行模式。這種運(yùn)行模式的核心內(nèi)容就是機(jī)組參與運(yùn)行調(diào)度，根據(jù)入總干渠目標(biāo)流量的要求，讓水流盡可能多從機(jī)組通過，盡可能多發(fā)電，創(chuàng)造盡可能多的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)組參與調(diào)度是當(dāng)前樞紐工程常態(tài)化的運(yùn)行調(diào)度模式，因此機(jī)組參與調(diào)度出現(xiàn)突發(fā)事件的應(yīng)急調(diào)度策略是應(yīng)該掌握的最重要的應(yīng)急調(diào)度策略。

機(jī)組參與調(diào)度的運(yùn)行模式出現(xiàn)突發(fā)事件最主要的表現(xiàn)機(jī)組故障停機(jī)，入總干渠流量驟減，導(dǎo)致總干渠水位快速下降，影響中線工程平穩(wěn)安全運(yùn)行。

3.1 入總干渠目標(biāo)流量<機(jī)組過流能力1/2

（1）一臺機(jī)組（出力值X兆瓦）故障停機(jī)

一般情況下，兩臺機(jī)組同時參與運(yùn)行調(diào)度，如果一臺機(jī)組（出力值X兆瓦）故障停機(jī)，一臺機(jī)組（出力值Y兆瓦）正常運(yùn)行。

應(yīng)急調(diào)度策略一：由于入總干渠目標(biāo)流量<機(jī)組過流能力1/2，則一臺機(jī)組過流能力可以滿足入總干渠目標(biāo)流量，因此一臺機(jī)組事故停機(jī)，可以將正常運(yùn)行機(jī)組出力值調(diào)整增加至（X+Y）兆瓦，保證入總干渠目標(biāo)流量。

應(yīng)急調(diào)度策略二：根據(jù)正常情況下兩臺機(jī)組過流分配，計(jì)算出故障機(jī)組過流Q1，利用e=Q1/0.8136×b×√2gh，計(jì)算出引水閘需要開啟開度e。然后快速開啟引水閘至目標(biāo)開度e，保證總干渠目標(biāo)流量。

（2）兩臺機(jī)組同時故障停機(jī)

應(yīng)急調(diào)度策略：根據(jù)目標(biāo)流量Q，利用e=Q/0.8136×b×√2gh，計(jì)算出引水閘需要開啟開度e。然后快速開啟引水閘至目標(biāo)開度e，保證總干渠目標(biāo)流量。

3.2 機(jī)組過流能力≥入總干渠目標(biāo)流量≥機(jī)組過流能力1/2

一般情況下，兩臺機(jī)組同時參與運(yùn)行調(diào)度，一臺機(jī)組出力值X兆瓦，一臺機(jī)組出力值Y兆瓦。

（1） 一臺機(jī)組（出力值X兆瓦）故障停機(jī)

應(yīng)急調(diào)度措施一：根據(jù)正常情況下兩臺機(jī)組過流分配，計(jì)算出故障機(jī)組過流Q1，利用e=Q1/0.8136×b×√2gh，計(jì)算出引水閘需要開啟開度e。然后快速開啟引水閘至目標(biāo)開度e，保證總干渠目標(biāo)流量。

應(yīng)急調(diào)度措施二：由于入總干渠目標(biāo)流量>機(jī)組過流能力1/2，則一臺機(jī)組過流能力無法滿足入總干渠目標(biāo)流量，因此一臺機(jī)組事故停機(jī)，可以將正常運(yùn)行機(jī)組出力值和流量調(diào)整增加至一臺機(jī)組最大出力值M兆瓦和流量Qmax，根據(jù)目標(biāo)流量Q，利用e=（Q-Qmax）/0.8136×b×√2gh，計(jì)算出引水閘需要開啟開度e。然后快速開啟引水閘至目標(biāo)開度e，保證總干渠目標(biāo)流量。

注：應(yīng)急調(diào)度措施二由于涉及相對較為復(fù)雜計(jì)算，并且操作過程中機(jī)組和引水閘同時調(diào)整，操作環(huán)節(jié)多，處置時間長，在應(yīng)急突發(fā)事件處置過程中，有可能會發(fā)生誤操作，因此不建議采用。

（2）兩臺機(jī)組同時故障停機(jī)

應(yīng)急調(diào)度策略：同3.1（2）

3.3 入總干渠目標(biāo)流量>機(jī)組過流能力

入總干渠目標(biāo)流量>機(jī)組過流能力，則樞紐工程的運(yùn)行方式時機(jī)組和引水閘共同過流。此時一臺機(jī)組出力值X兆瓦，一臺機(jī)組出力值Y兆瓦，引水閘總開度e mm。

（1） 一臺機(jī)組（出力值X兆瓦）故障停機(jī)

應(yīng)急調(diào)度措施：根據(jù)正常情況下兩臺機(jī)組過流分配，計(jì)算出故障機(jī)組過流Q1，利用e’=Q1/0.8136×b×√2gh，計(jì)算出引水閘需要增加開度e’。然后快速開啟引水閘至目標(biāo)開度E=e+e’，保證總干渠目標(biāo)流量。

（2） 兩臺機(jī)組同時故障停機(jī)

應(yīng)急調(diào)度措施：根據(jù)目標(biāo)流量Q，利用E=Q/0.8136×b×√2gh，計(jì)算出引水閘需要開啟總開度E，引水閘需要增加e’=E-e，快速增加引水閘總開度e’，達(dá)到目標(biāo)開度E，保證總干渠目標(biāo)流量。

4.總結(jié)

通過對渠首樞紐工程應(yīng)急調(diào)度的工況分析制定了相應(yīng)的應(yīng)對策略，運(yùn)行管理實(shí)踐中證明這些應(yīng)急調(diào)度策略是針對性強(qiáng)、行之有效的，對渠首樞紐工程在突發(fā)事件處置過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的指導(dǎo)作用，對確保南水北調(diào)中線工程供水安全具有重要意義。后續(xù)運(yùn)行管理處過程中，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)積累和運(yùn)行調(diào)度實(shí)踐，可進(jìn)一步優(yōu)化應(yīng)急調(diào)度策略。

參考文獻(xiàn)

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[2]《南水北調(diào)中線干線工程突發(fā)事件應(yīng)急調(diào)度預(yù)案》（Q/NSBDZX 409.22—2019）.

作者簡介

曹先振，男，出生日期 1984.10.13----籍貫：河南省濮陽市臺前縣，工作單位：南水北調(diào)中線建管局渠首分局陶岔管理處，學(xué)歷：本科研究方向：南水北調(diào)工程運(yùn)行管理。