五强溪扩机工程招标阶段主体工程开工时间探讨

綦中原，刘 敏

（1.五强溪水电厂，湖南 怀化410004；2.中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙410014）

引言

五强溪扩机工程利用五强溪水库调节能力及夏季较丰的来水，扩大电站的装机容量，提高水力资源的利用程度，增加发电量。扩机工程进水口由于在已建成的五强溪水库库区内，保护进水口施工的围堰修建及拆除需对水库水位进行控制，水库水位的控制势必对原电厂发电造成影响。五强溪水库根据湖南省防汛调度要求，不同时段水库水位控制不同，扩机工程进水口围堰修筑与拆除可以利用水库水位调度，减少该处施工对老厂发电影响。不同开工时间，机组投产时间不同。由于五强溪扩机工程是利用五强溪水库汛期弃水发电，汛前投产可以带来发电效益，汛后投产无发电效益，投产时间对当年发电效益影响较大。结合上述因素在招标阶段对五强溪扩机工程开工时间进行探讨，寻求一个科学合理的开工时间对扩机工程建设及电厂发电效益非常重要。

1 工程概况

1.1 五强溪水电站工程概况

五强溪水电站是以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益的一等大（Ⅰ）型工程。工程于1994年12月第1台机组投产发电，1996年12月全部机组投产。五强溪水电站水库设计正常蓄水位108.00 m，死水位90.00 m。五强溪水库为季调节水库，水库总库容43.5亿m3（P=0.01%），防洪库容13.6亿m3，调节库容20.2亿m3。五强溪水电站现有装机容量1 200 MW，年利用小时数达4 441 h，水量利用率仅80.94%，水库防洪任务重，汛期弃水多。

1.2 五强溪扩机工程概况

五强溪扩机工程利用五强溪水库调节能力及夏季较丰的来水，扩大电站的装机容量，提高水力资源的利用程度，增加发电装机容量500 MW（2×250 MW），多年平均发电量5.583亿kW·h，年利用小时数1 117 h，扩机后水量利用率提高至89.38%。

扩机工程布置为引水隧洞岸边式地面厂房，引水发电系统在平面上呈弧形布置。引水系统采用单机单洞布置形式，地面厂房内安装2台水轮发电机组。引水建筑物由进水口、引水隧洞、调压室和压力管道组成。厂区建筑物主要有主厂房、下游副厂房、主变场和尾水渠。

2 五强溪扩机工程施工工期及关键线路

2.1 五强溪扩机工程施工工期

五强溪扩机工程划分为三个施工时段：施工准备工程施工期、主体工程施工期和工程完建期，其中施工准备工程施工期不计入工程施工总工期内。根据扩机工程枢纽布置特点、工程规模及工程量，施工总工期为4年，其施工准备工程施工期6个月（第1年1—6月，不计入总工期），主体工程施工期3年9个月（第1年7月—第5年3月），工程完建工期3个月（第5年4—6月），首台机组发电工期3年9个月。

2.2 五强溪扩机工程关键线路

五强溪扩机工程关键线路为两条：

关键线路一（厂房工程）：施工准备工程（6个月）—→基础明挖、支护及围堰修建（10个月）—→厂房主机间混凝土浇筑（8个月）—→厂房基础墙、排架柱浇筑及吊车梁安装（10个月）—→厂房二期混凝土浇筑（8个月）—→首台机组安装、调试（9个月），关键线路首台机组发电时间为51个月。

关键线路二（引水工程）：施工准备工程（6个月）—→水上部分明挖、支护及围堰、预留岩坎修建（6个月）—→围堰内井挖、支护（12个月）—→进水口塔体浇筑（7个月）—→门槽埋件、门机安装、检修门安装及下放（3个月）—→围堰及部分预留岩坎第一次爆破、水上清挖（1个月）—→预留岩坎第二次爆破、水下清挖（14个月）—→流道充水试验、首台机组有水调试（2个月），关键线路首台机组发电时间为51个月。

3 预留岩坎及混凝土围堰拆除程序及水位要求

进水口预留岩坎及混凝土围堰拆除工程量15.64万m3，其中混凝土拆除0.72万m3、预留岩坎开挖量14.92万m3。为减少岩坎水下爆破开挖工程量，进水口混凝土预留岩坎及混凝土围堰分四部分进行施工，施工分区详见图1、表1。施工顺序为：第1部分（I区）为围堰外侧清挖施工，即混凝土围堰外侧岩坎爆破拆除—→第2部分（II区）为混凝土围堰爆破拆除—→第3部分（III区）为预留岩坎高程98.50～69.00 m内侧削坡部分爆破拆除—→第4部分（IV区）为剩余部分岩坎爆破拆除。

图1 岩坎及混凝土围堰拆除分区程序示意图

表1 岩坎及混凝土围堰拆除分区水位控制要求

4 五强溪水库水位调度及运行方式

五强溪水电站水库设计正常蓄水位108.00 m，汛期防洪限制水位98.00 m，死水位90.00 m，为季调节水库。结合防汛要求五强溪水库水位调度运行划分为5个阶段：即4月份、5月份、6—7月份、8—9月份、10月份—次年3月份。在各阶段，库水位控制如表2。

表2 五强溪水库水位运行方式

5 扩机工程开工时间分析

5.1 开工时间方案选定

选取1月、4月、7月、9月4个有代表性的时间点作为扩机开工时间，4个方案总工期均为4年（不含施工准备工程建设期6个月），首台机组发电工期为3年9个月。4个方案施工准备工程分别于2019年1月初、4月初、7月初、10月初开工，首台机组分别于2023年3月底（第2台6月底）、6月底（第2台9月底）、9月底（第2台12月底）、12月底（第2台次年3月底）发电。

5.2 电量效益计算

根据选取1月、4月、7月、9月开工时间，分别编制工程施工总进度计划，确定进水口施工对水库水位控制要求。选取五强溪水电站投产后历年水文数据中来水量较为合理的平水年，通过计算选取水文年控制水位后发电量与实际发电量对比计算发电量损失。同时根据投产时间计算扩机工程投产当年发电效益。

4个方案投产发电时间、进水口施工水位控制时间、要求，相应的老厂电量损失，投产年扩机发电量，综合发电效益详见表3。

5.3 结果分析

4个开工时间方案因进水口围堰及预留岩坎修建、拆除控制五强溪水库水位导致老厂总发电量损失分别为2.511亿kW·h、1.333亿kW·h、0.984亿kW·h、3.146亿kW·h，方案2、3因水位控制期大部分在汛限低水位期控制水位，对老厂发电损失影响较少，其中方案3水位控制与汛限水位控制期重叠最多，对老厂发电影响最少；方案1、4因在汛限后水库蓄水期控制水位，对老厂发电损失影响很大，尤其是方案4，混凝土及预留岩坎围堰在汛期结束后的高水位运行期控制水位，所以方案4对电厂影响最大。

4个开工时间方案扩机首台机组均在2023年投产发电，投产年扩机发电量分别为3.80亿kW·h、0.94亿kW·h、0.06亿kW·h、0亿kW·h。由于方案1在汛前投产，产生的发电效益最大，方案2在汛期首台机组投产，首台机组产生一定效益，方案3与方案4均在汛后投产，基本不产生效益。

通过以上比较分析，在考虑老厂和扩机电量一致的基础上，至2023年年底，4个方案老厂与扩机综合发电效益指标分别为1.289 kW·h、-1.333 kW·h、-0.924 kW·h、-3.146 kW·h，扩机工程于2019年不同月份开工，对应的老厂与扩机截至2023年的投产当年发电效益、建设期电量损失、综合发电效益指标曲线见图2。

表3 4个方案电量分析表

如综合考虑投产发电效益，扩机工程如在年初开工，扩机机组能在汛前投产，至投产年，老厂和扩机综合发电效益指标受扩机机组控制，机组越早投产，综合发电效益指标越好，但超过3月开工后，扩机机组在投产年汛末以后投产，扩机机组在投产年基本无发电效益，至投产年，老厂和扩机综合发电效益受老厂控制，老厂发电损失越小，综合发电效益指标越好。从图2可以看出，扩机工程如在3月前施工准备工程开工，越早开工，发电效益越好；如果施工准备工程在3月以后开工，3—7月份开工发电效益差别不大；如施工准备工程开工时间超过7月份，综合效益急剧下降，不利于工程总体效益。

如不考虑扩机投产发电效益只考虑扩机工程建设对老厂发电的影响，4—7月开工可以将进水口围堰拆除水位控制时段大部分控制在汛期水位控制时段，从而极大减少扩机工程建设对老电厂发电的影响，其中以施工准备工程7月开工最为合适。

6 结语

水电工程建设开工时间受到工程建设手续及政策因素影响，如条件允许，各项准备工作到位，选择1月份开工较好，如错过1月份，4—7月份之间选择合理时间开工差别不大，但是过了7月份以后开工，老厂发电损失急剧增加，整体效益也急剧变差，7月份还未开工建议将开工时间调至年底或者来年年初较为合适。

开工时间探讨可以一定程度上分析扩机及老厂发电效益，指导扩机工程建设，但不是全部，为进一步减少扩机对电厂发电影响，一方面要开展扩机工程进水口预留岩坎拆除研究，最大限度增加Ⅲ区岩坎拆除，减少Ⅳ区工程量，缩短水库水位控制时间；另一方面，根据进水口实际拆除年份气象水文资料，研究优化电厂发电调度控制与岩坎拆除水位控制同步，减少因岩坎拆除水位控制要求，提升扩机工程建设与电厂发电效益最大化。