低水头径流式水电站的设计

南方低水头径流式电站的水库浸没问题李宁新（中水珠江规划勘测设计有限公司广州510611）摘要水库浸没是低水头径流式电站水库的主要环境工程地质问题之一。

工程实践表明，对南方河槽型水库或平原水库，规范[1]及手册[2]提供的预测方法与实际不符。

本文根据河流一级阶地（含高漫滩）水文地质结构的特殊性，分析水库蓄水后两岸地下水动力条件的变化，提出一级阶地宜采用承压水计算模式预测两岸地下水雍高；论证岸后承压渗流场作用下形成的浸没实质是粘性土盖层的“弱结合水浸没”。

同时，针对浸没区承压渗流和“弱结合水浸没”特征，分析了常见的治理措施存在的问题，提出了彻底治理建议关键词河槽型水库平原水库水库浸没弱结合水浸没压渗（填高）复垦前言受地形地貌条件限制和考虑水库淹没因素，低山丘陵盆地区及三角洲平原区则只能修建低水头径流式电站或综合枢纽。

低水头径流式电站正常蓄水位一般限制在河流一级阶地附近，形成河槽型水库；不少枢纽还为抬高水头而需要靠两岸堤防挡水成库，形成正常蓄水位高于两岸一级阶地的平原水库。

因水库蓄水抬高河水位导致两岸地下水位雍高而产生水库浸没，是低水头径流式电站水库的主要环境工程地质问题之一。

工程实践表明，对南方河槽型水库，由于地质环境的区域性及水库工程条件的差异性，按照规范[1]及手册[2]提供的方法预测的结果明显偏大；而对正常蓄水位高于两岸一级阶地的平原水库，由于实际工况与规范[1]及手册[2]提供的预测模型差异较大，不再适用其地下水雍高计算公式，以致水库浸没预测缺乏依据。

研究表明，一级阶地水文地质结构是一级阶地地下水渗流场的控制性因素[3]。

本文在分析水库浸没研究现状的基础上，根据河流一级阶地（含高漫滩）水文地质结构的特殊性，分析河槽型或平原型水库蓄水后两岸地下水动力条件的变化，提出具“二元结构”的一级阶地宜采用承压水计算模式预测两岸地下水雍高；根据结合水动力学研究成果分析[4]，论证岸后承压渗流场作用下形成的浸没实质是粘性土盖层的“弱结合水浸没”。

33径流式水电站设计最低尾水位技术的研究与应用赵红涛 李晓理 杨永忠（陕西省陇县段家峡水电有限责任公司，陕西 宝鸡 721200）收稿日期：2009-07-09作者简介：赵红涛（1965-）男，工程师。

摘　要: 针对目前径流式水电站最低尾水位设计存在的缺陷，对水电站的运行和效益的发挥产生严重不良影响的实际，通过科学的研究应用，提出了合理确定最低尾水位的方法，有效地突破了设计最低尾水位技术关键，在该领域具有较高推广和使用价值。

关键词: 水电站设计；最低尾水位；研究与推广一、径流式水电站最低尾水位设计的现状径流式水电站最低尾水位设计现状通常参照可调节坝后式水电站设计规范确定，但由于在实际运行中，径流式水电站和坝后式水电站特点的不同，使设计在实际运行中存在以下问题：1.水轮发电机组出力已经达到额定值，但尾水位比河床水位高，还有可利用水头，造成水资源浪费。

2.水轮发电机组出力不足，观察尾水位比河床水位低，尾水出流不畅。

3.水轮发电机组在低负荷运行时，机组出力下降显著。

机组震动值增大，导叶剪断销事故频繁发生，严重的导致导水机构螺栓松动或断裂。

检修水轮机时发现尾水管裂纹、转轮汽蚀严重。

二、径流式水电站设计最低尾水位存在问题分析通过对多年运行测量数据的统计和机组检修记录的分析，径流式水电站运行中存在的问题主要是由以下几方面原因造成：1.造成水头和水资源浪费的原因是设计最低尾水位偏高。

因为设计最低尾水位偏高，进而使机组安装高程偏高，导致尾水渠道地板偏高，机组运行时，实际运行尾水位比河床水位高，在尾水渠道和河道连接处就会出现落差，直接造成水头损失，如图1。

2.造成尾水出流不畅的原因是设计最低尾水位偏低。

因为设计最低尾水位偏低，进而使机组安装高程偏低，导致尾水地板高程偏低，机组在实际运行时，尾水位比河床水位低，尾水渠道内就会产生壅水，水轮机达不到设计水头，如图2。

3.造成水轮机运行不稳的原因是设计最低尾水位过高。

在实际运行中由于设计最低尾水位高而实际运行尾水位过低，如图2。

河床式低水头小型水电站设计优化探索湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司袁文革摘要：针对河床式低水头小水电站设计的一系列优化，有效地减少了工程投资，增加了运行收益，整体更加协调，操作更加方便，体现了优异的经济性和方便性。

对同类水电站项目设计具有一定的参考价值。

【关键词】河床式低水头小水电站优化设计节约投资设计的节约是最大的节约。

对于低水头径流式小型水电站来说，由于发电量有限，收入较少，运行期固定成本相对比例较大，优化节约的投资甚至可以决定项目的可行性。

如何在满足设计规范和规程要求，保证功能和安全的前提下，更好地节约投资，提高效益，不仅是项目业主的要求，也是设计单位能力和水平的体现。

为直观说明，本文以湖南省城步县岩门水电站为例，对河床式低水头小型水电站设计优化进行了初步探索。

岩门水电站厂坝址距湖南省城步县城区35km，为巫水上游干流水电梯级开发的城步县境内最末一级，电站坝址以上流域面积为1160km2，坝址多年平均流量为33.8m3/s，多年平均来水量为10.66亿m3。

电站系径流河床式电站，主要任务为发电，装机2.4Mw。

流域上游控制性水库白云水库为多年调节水库，控制流域面积553km2。

白云水库至岩门水电站区间均为径流式水电站并已全部建成。

岩门电站规划正常蓄水位345.9m，上游衔接梯级为羊石水电站，下游衔接梯级为江口塘水电站，正常蓄水位340.5m，规划利用水头5.4m。

一、增设可控制闸门以保证枢纽具备适当的库水位调节能力许多小型径流式水电站拦河坝采用橡胶坝或水力自动翻板门型式，并以电站发电作为主要水位调节手段。

实践发现，这两种坝型在来水流量超出水电站发电流量不多的情况下，常常产生坝顶自动溢流和频繁开启的情况，且小幅度开启更容易受到漂浮物影响，对坝体的运行工况和长期运行安全性带来不利影响。

因此，这两种坝型有必要增加可控制闸门，以克服以上不利影响。

岩门拦河坝采用水力自控翻板闸门型式，设计溢流坝长度70m，原设计采用7孔5.0m×10m(高×宽）水力自控翻板闸门。

百龙滩水电站为低水头径流式水电站，无调节能力，只能按上游来水情况发电，电站在系统的基荷和腰荷区运行。

根据电力系统的要求，百龙滩水电站以220 kV和110 kV两级电压接入广西电网，220 kV出线三回，两回就近“π”接入大化至恶滩220 kV线路，一回备用；110 kV出线一回至都安。

2 灯泡贯流式机组的特点与常规机组相比，灯泡贯流式机组的最大特点是整个机组横卧在流道中，由于受水力条件的限制，发电机的外径比较小，因而具有以下特点：(1)机组单机容量小、电站机组台数多。

灯泡贯流式机组的单机容量较小，目前世界上单机容量最大的灯泡贯流式机组仅为65 MW。

在电站总装机容量一定的条件下，机组单机容量越小，电站机组台数越多。

(2)机组转动惯量小。

由于发电机的外径小，定子铁心内径受限制，转动惯量相应减少，因而机组在甩负荷后速率上升很快，容易发生飞逸，运行稳定性较差。

(3)发电机功率因数高。

发电机转子直径小，转子空间有限，机组转速低，因而发电机转子极距小，磁极铁心的高宽比大，使得铁心漏磁大，发电机的功率因数比常规机组高。

(4)机组自用电负荷大，对供电可靠性要求高。

由于发电机的外径小，转子铁芯长度较长，机组转速低，使得发电机的通风冷却比常规机组要困难得多，发电机冷却风机容量较大；另一方面为了防止调速装置失灵时机组发生飞逸，机组调速环的一侧悬挂有重约40 t的重锤，机组导叶的开启，需克服重锤的重力，使得发电机调速装置主电机容量较大。

机组自用电负荷对供电可靠性要求较高，没有厂用电机组无法启动；机组润滑油泵供电中断时间大于5 s时，保护装置将动作停机。

3 电气主接线设计3.1 发电机电压接线发电机电压接线分别比较过单元接线、两机一变和三机一变的扩大单元接线方案。

单元接线方案接线简明清晰，变压器故障或检修不影响其他发电机的运行，但由于电站机组台数多，若采用单元接线，电站的主变压器以及发电机电压母线竖井的数量较多，不利于厂房电气设备布置；三机一变扩大单元接线方案主变台数最少，可减少相应的高压出线回路数，但主变压器故障或检修，3台机组出力受阻，另一方面，发电机出口短路电流高达56.7 kA，发电机断路器选择困难；两机一变扩大单元接线方案主变容量大小适中，发电机出口短路电流较小(约36.9 kA)，所有发电机配电装置可选成套开关柜，大大简化电气设备布置，因而发电机电压接线采用两机一变的扩大单元接线方案。

山区径流引水式电站设计1电站装机容量的确定径流式电站设计要按水能最大利用率合理确定电站装机容量，有2种根据：一种是根据多年平均典型年日平均流量设计保证率下的最大工作容量，再加备用容量和季节容量及机组供货情况确定；另一种是以多年月平均流量系列计算的设计流量作为确定电站最终装机容量。

这2种确定电站装机容量的方法，对于并网电站来说，前一种方法，往往会使电站装机容量偏小，导致装机利用小时数偏高，出现弃水过多，使水能利用率降低；后一种方法确定电站装机容量，能提高径流引水式电站水能利用率，特别是可有效地利用汛期弃水电能。

为此，对径流引水并网电站最好采用第2种方法确定电站装机容量。

2合理选择水轮发电机组水轮发电机组是水电站的主要机电设备。

机组选型设计的正确与否，直接关系到电站的造价、出力以及投产后的运行优劣等。

按照以往的情况，对农村小型径流式电站(单机容量小于500kW的电站)，设计者往往只是根据水能计算所提供的电站设计水头及单机引用流量2项参数，在水轮机生产厂家所提供的产品目录上选定水轮机的规格型号，然后按照产品目录上提供的水轮机转速、出力等配套发电机。

用这种方法选定的水轮发电机组，往往会造成电站的投资增大，投产后机组长期处于非高效区运行、偏高设计工况大、机组效率降低、气蚀增大等不良后果。

为了尽量减少上述不利因素的出现，在小型径流式机组选型设计上应重点考虑下列几个方面：1)水轮机机型根据各种机型在不同的工况下，效率及稳定性有较大区别的运行特点，选择适合电站相关条件的机型，有利于提高机组的运行效率和运行的稳定性。

比如，XJ型机组，运行效率较好，但价格较贵；CJ型机组，在枯水期出力小于50％以下，运行仍稳定，无明显气蚀，最高效率可达69％左右；SJ型机组，适应水头10～55m，流量0.5～0.7m3／s，出力22～320kW 的电站，这种机型效率高，即使在10％的流量下，也能充分运转，很适合流量变化大的径流式电站。

径流式低水头大流量小水电站的坝型选择刘维功;燕立德【摘要】本文以福生水电站设计的坝型选择为例,综合阐速了利用大中型水电站发电尾水,选择适合的坝型建低水头大流量小水电站具有可观的前景.【期刊名称】《吉林水利》【年(卷),期】2011(000)001【总页数】3页(P4-6)【关键词】水电站;低水头;大流量;坝型;泄洪;翻板闸门【作者】刘维功;燕立德【作者单位】吉林省抚松县水利局,吉林,抚松,134500;吉林省抚松县水利局,吉林,抚松,134500【正文语种】中文【中图分类】TV7421 引言为了加快农村能源建设，扩大“小水电代燃料”工程建设规模和实施范围，缓解当地电网供电紧张的局面，改善能源布置结构，保护森林植被，减少大气污染，净化空气，改善气候，促进生态良性循环，利用大中型水电站的发电尾水，选择适合的坝型建径流式低水头大流量小水电站不失为一种行之有效的方法。

2 福生水电站的地理位置及概况福生水电站位于白山市靖宇县花园口镇高丽城子村北，该工程在松花江流域头道松花江中上游，松花江流域上游开发了多个梯级电站。

福生小水电站站址上游已建的梯级电站有小山电站、双沟电站、石龙电站、北江电站等多个梯级电站。

坝址上游距抚松县北江电站尾水渠2.8km，下游750m处为白山电站库尾，电站距抚松县城5.4km。

电站总装机为8 000kW，年利用小时数2 264h，多年平均发电量为1 840万kWh，总投资6 310万元。

该工程是一座以发电为主，兼顾旅游等综合利用的小型水利工程。

该工程主要由挡水坝、溢流坝、泄水闸、冲砂闸、发电厂房等组成。

坝址位于头道松花江干流上，库区河道地势平坦，河床变化不大，坝址区为不对称的“U”型河谷，谷宽为250―300m，河床大部分为砂砾石层覆盖，基岩为玄武安山岩。

左岸为一级、二级阶地，阶地均高于河床5m以上，表层为砂壤土。

右岸为山体，由安山岩组成。

该工程左岸有201国道通过，对外交通便利。

电站下游500m处有抚松至抽水乡的66kv高压线路通过,联网十分方便。

浅析径流式低水头大流量小水电站的坝型选择在当前的农村水利电力建设中，径流式低水头大流量小水电站建设数量每年成高速发展状态。

因此做好这类水电站建设，特别是水坝建设技术研究，对于水电站建设、整体安全、上下游安全、日常管理等各项工作都起到了不可忽视的作用。

标签：径流式低水头；小水电站；坝型随着我国乡镇农村对于电力资源的日益需求，以及可再生资源发电理念的不断发展，各类小型水电站建设在我国农村地区得到了广泛应用。

其中径流式水电站因其工程量较小、技术简单等优势，成为了我国水量较为丰富的农村小水电站建设的主要类型。

而在径流式水电站模式中，采用水坝结构的低水头、大流量模式们水电站结构，因其较高的安全性得到了水电工程管理者的广泛重视。

为此我们结合小水电站特征，开展了这类水电站的坝型选择研究，为这类水电站建设提供技术研究支持。

一、坝型选择应考虑的主要因素在径流量低水头小型水电站坝型选择过程中，技术设计人员应考虑的因素包括了以下三个因素。

（一）水电站自然环境因素在水电站建设水坝坝型选择中，设计者首先需要考虑的是水电站所处的自然环境因素，因此水坝设计者在设计工作开始前，应对水坝周边的水文、地质等情况进行实地勘测，并对周边已建成的水利电力工程进行实地考察与分析，形成数据化的书面勘测报告，为水坝设计提供全民的技术前期支持。

（二）施工工程建设因素在施工工程管理中，其建设中的技术与管理因素也是坝型选择中应考虑的主要因素。

（1）工程建设工期与造价，既确保工程施工按期完成，且成本得到有效控制。

（2）施工技术简便，利于小型水电站施工简易化原则。

（3）工程建设不能对环境，如地质环境、河流上下游环境造成严重影响。

（三）电站使用性能因素在坝型选择中，管理者还应根据其使用中的性能需求选择坝型。

（1）水坝的使用性能，如水坝的防洪、灌溉性能等。

（2）工程维护管理简单，进而减少其后期管理的工作量与技术要求。

（3）长期使用性能，如水坝长期使用是否会对地区环境、水文等造成不良影响等。