水利動能計算.doc

1、FCDFCD14020水利水電工程初步設計階段水利動能設計大綱范本水利水電勘測設計標準化信息網1997年8月水電站技術設計階段水利動能設計大綱主編單位:主編單位總工程師： 參編 單位:主要編寫人員： 軟件開發(fā)單位： 軟件編寫人員：勘測設計研究院年月目次1. 引 言. 42. 設計依據文件和規(guī)范 . 43. 設計基本資料 . 44. 水利水能計算 . 65. 洪水調節(jié)計算 . 86. 電力電量平衡 . 107. 正常蓄水位選擇 . 118. 死水位選擇 . 129. 裝機容量選擇 . 1310. 應提供的設計成果 . 152.2 主要設計規(guī)范(1)DL 5021 93(2)DL/T5015 19

2、96(3)(4)SL 72 94(5)SDJ 12 78(6) SDJ 217-87(8)工程位于，是以為主, 等綜合利用的水利水電樞紐工程。正常蓄水位 m,最大，m,死水位 m,總庫容 m3,調節(jié)庫容 m3,電站總裝機容量 MW，年發(fā)電量 _kW h。灌溉面積 _km2。通航 _t級船隊（舶）。本工程可行性研究報告于 年月審查通過，選定壩址為_。2 設計依據文件和規(guī)范2.1有關工程主要文件（1） 工程可行性研究報告；（2）工程可行性研究報告審批文件;（3）工程初步設計任務書；（4）有關部門的協(xié)議文件。水利水電工程初步設計報告編制規(guī)程；水利水電工程動能設計規(guī)范；水電建設項目經濟評價實施細則；水

3、利建設項目經濟評價規(guī)范；水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準（山區(qū)、丘陵區(qū)部分）（試行）及補充規(guī)定；水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準（平原、濱海部分）（試行）；水電建設項目財務評價暫行規(guī)定 （試行）；建設項目經濟評價方法與參數 （第二版）。3設計基本資料3.1 水文資料（1）徑流資料。提示：（1） 無調節(jié)或日調節(jié)水電站采 用逐日平 均流量，年、季調節(jié)以上的 水電站采用歷年逐月的平均流量資料，必要時汛期或河道流浚至封凍時期需采 用旬、日的流量資料。(2) 當上游有水庫調節(jié)或工農業(yè)用 水時，需將實測徑流還原為天然徑流， 扣除設計水平年上游工農業(yè)用水并計入回歸水，求出設計徑流。當上游在設計 水平年有

4、調節(jié)能力大的水庫投入時，應考慮其對設計徑流的影響。(2) 水庫水位與庫容、面積關系曲線。提示：原始庫容、面積曲線一般由(1 10000)庫區(qū)地形圖量算而得；不同淤積水平 年的庫容曲線和面積曲線由水庫泥沙專業(yè)人員提供；(2) 在多沙河流上并要考慮不同時期水庫泥沙淤積對原始庫容面積曲線的影響 所引起的變化。(3) 水庫蒸發(fā)、滲漏損失。(4) 下游水位與流量關系曲線。 綜合利用各部門用水過程線 (發(fā)電除外)。提示：應分為壩上取水和壩下取水兩部分。(6) 洪水資料：各種頻率的洪峰流量及洪水過程線。(7) 永久泄洪建筑物及其泄流曲線。3.2 社會調查資料3.2.1 地區(qū)社會經濟概況收集工程影響地區(qū)的社會

5、經濟現狀和發(fā)展規(guī)劃資料，包括人口、土地、礦產、水資源、 能源等以及自然災害、工農業(yè)生產、交通運輸業(yè)狀況及發(fā)展規(guī)劃。3.2.2 電力發(fā)展的要求3.2.2.1 收集電力系統(tǒng)現狀及發(fā)展規(guī)劃資料：(1) 負荷資料：負荷現狀及發(fā)展資料的負荷特性，各負荷水平年的各月最大負荷、平 均負荷和典型日負荷曲線；(2) 電源資料：主要包括現有、在建和擬建的各類電站的地區(qū)分布、裝機規(guī)模、運行特性(各月出力、調峰能力、煤耗曲線等)、發(fā)電經濟指標以及待建電站的投資、年運行費等;(3) 電網資料：主要有網絡結構及其發(fā)展、供電經濟指標、新建輸電線路的投資及費 用等。綜合利用要求(1) 防洪：防護對象、現有設施及其標準，對本工

6、程的要求；(2) 灌溉：灌區(qū)范圍：面積、保證率、用水量及年內分配、取水地點、取水方式和高 程;(3) 城鎮(zhèn)和工業(yè)供水：供水現狀和規(guī)劃需水量、保證率、年引水量及過程線，取水口 位置和高程；(4) 航運及過木：航道及貨運量現狀和規(guī)劃、通航季節(jié)、船舶規(guī)模、吃水深度以及對 流量、水位的要求；(5) 其它：漁業(yè)、旅游、環(huán)境保護等要求。4水利水能計算4.1 選擇發(fā)電保證率和設計代表年4.1.1 選擇發(fā)電設計保證率提示：(1)根據系統(tǒng)中的水電容量比重、水電站的規(guī)模和在電力系統(tǒng)中的任務和作用以及徑流特性、水庫調節(jié)性能、系統(tǒng)負荷特性等參照下表按水電站群統(tǒng)一選用。水電站設計保證率表電力系統(tǒng)中水電容量的比重，%&l

7、t;2525 50>50水電站設計保證率， %80 9090 9595 98(2)選擇設計保證率時，應以保證率以外特枯水年水電站(群)的不足岀力可以用系統(tǒng)中火電站全部事故備用容量的50%彌補為限，否則須提高設計保證率；(3) 年或多年調節(jié)水庫通常采用年保證率，季調節(jié)和徑流式電站則采用歷時保證率選擇設計代表年提示:(1)可以用豐、平、枯三個代表年或用豐、平、枯、平偏豐及平偏枯五個代表年。一般應采用長系列徑流資料進行計算；(2)水量選年法(年水量選年或蓄水期水量、供水期水量、供水期調節(jié)流量選年)精度較差。岀力選年法(即用供水期的岀力選年)精度較高，故以發(fā)電為主者常采用。4.2 保證出力計算提

8、示:(1)保證岀力計算有按流量(等流量或變流量)調節(jié)計算和按岀力(等岀力或變岀 力)調節(jié)計算兩種。以發(fā)電為主初設階段常采用精度較好的按岀力調節(jié)計 算的方法。一般常用的等岀力的調節(jié)計算方法如下：先假設一個保證出力值 N保，再逐月假設調節(jié)流量 Q調，按N=AQ調H 計算各月出力N(其中H為凈水頭，A為系數，初算可取8.38.5，初設 階段可根據可研階段機組選取)，使其等于N保。當計算至供水期末，水 庫水位正好降到死水位時，則所假設的N保即為所求的保證出力。否則，則需重新假設N保，重新進行上述試算過程。見下表。保證岀力計算表(等岀力調節(jié))年月入庫 流量m3/s調節(jié) 流量m3/s水庫 蓄放m3/(s

9、月)水庫蓄水量上游 水位m下游水位m水 頭m出 力MW月末m3/(s 月)水中m3/（s 月）水庫的調節(jié)性能好的水電站在裝機容量選擇時，常采用更適應電力系統(tǒng)負荷季節(jié) 性變化的變岀力調節(jié)計算，即水電站按系統(tǒng)負荷要求發(fā)岀各月的岀力。其計算表 格同上表；(2)在實際工作中，常遇到的情況是水電站放水既要滿足下游綜合利用用水要求，又要滿足系統(tǒng)用電要求。這時應對不同月份按控制的要求下泄流量 。4.3 多年平均發(fā)電量計算提示：可以用代表年和長系列徑流資料計算多年平均發(fā)電量。取各代表年發(fā)電量的均值或者取長系列發(fā)電量的均值做為多年平均發(fā)電量。4.4 水電站群的補償調節(jié)計算提示：水電站群的補償調節(jié)，有水量補償調節(jié)

10、和岀力補償調節(jié)兩種。其目的是為了提 高系統(tǒng)中水電站群的綜合效益。補償調節(jié)可以使水電站的部分季節(jié)性電能轉化為保證電能，從而提高水電站群總的發(fā)電效益。441 選擇補償水庫的條件(1) 調節(jié)庫容大，調節(jié)性能好者；(2) 調節(jié)性能相同時，優(yōu)先選用綜合利用要求簡單者；(3) 調節(jié)性能和綜合利用要求相同時，優(yōu)先選用水頭高、距用電中心較近或單位投資 低者。提示：補償電站可以是一個或幾個。補償調節(jié)計算方法提示：通常采用時歷法列表計算。既可按等岀力，也可按變岀力進行計算。方法步驟如下：(1) 對被補償電站利用本身的調節(jié)庫容進行調節(jié)計算，用N=AQH公式求出各月平均出力N 被; 假定一個水電站群的總保證出力N總，

11、扣除各月的N被，即得各月所需的補償出力N補；(3) 補償水庫按照各月的 N補放水發(fā)電；若補償水庫的綜合利用要求都能滿足，且到補償期末其水位仍恢復至補償起始水位，則所假定的 N總即為所求之總保證出力。否則需重新假定N總，再進行計算；(5)對設計水電站不同特征值方案所計算岀的水電站群總保證岀力及各水電站 逐月的平均岀力，作為方案比較的基本資料。以上為無水利聯系的水電站群補償調節(jié)計算。若是有水利聯系則計算要復雜 些。當補償電站處于被補償電站下游時，被補償電站的調節(jié)計算與無水利聯 系的一樣，而下游電站的入庫流量需根據上游電站的下泄流量進行修正。當 補償電站處于上游時，下游被補償電站的入庫流量受上游補償

12、電站發(fā)電的影 響，計算就比較復雜了。5洪水調節(jié)計算提示：以發(fā)電為主的水庫，洪水調節(jié)的主要任務是：(1) 提供泄洪建筑物設計依據；(2) 選擇洪水起調水位(一般以正常蓄水位為起調水位 )；(3) 確定各種標準的防洪庫容和相應水位。5.1 設計依據5.1.1 水工建筑物的設計洪水標準：按SDJ12 78及補充規(guī)定和 SDJ217 87的有關規(guī)定確5.1.2 下游防洪要求、上游重要廠礦防洪要求、防護對象、防洪標準和允許泄量。水庫防洪運用方式，要確保水庫的安全和實現下游防洪的要求。提示：(1)下游若無防洪要求，防洪運用方式比較簡單，水庫超過一定水位即可敞開泄洪設施泄洪，保證水庫安全。下游若有防洪要求，

13、則需擬定合理的水庫運用方式，既要滿足下游防洪要求，又要確保大壩安全，故需有控制的泄流。 水庫需確定防洪限制水位和防洪高水位。(2) 調洪計算中，當來水流量大于一定防洪標準或庫水位超岀某個限制時，下泄量即不受限制。此時下泄量突然加大很多。當考慮對下游堤防和消能設施 有不利影響時，應采用逐步加大泄量的方式。(3) 水庫最大泄量，不應超過最大入庫流量。當利用預報騰空庫容或對雙峰型洪水的后峰騰空庫容時，泄量可適當大于入庫流量。汛期防洪限制水位選擇 提示：(1)汛期防洪限制水位是汛期允許興利蓄水的上限水位，并作為洪水的起調水 位。要考慮對發(fā)電、水庫淹沒、泥沙沖淤及淤積部位、水庫壽命、樞紐布 置及水輪機運

14、行條件等的影響，通過不同方案的效益和費用比較，綜合分 析確定。(2)根據水情規(guī)律有時可分期逐級提高汛期限制水位以提高水庫的發(fā)電效益；(3) 汛期限制水位與正常蓄水位關系密切，兩者常結合進行選擇；(4) 在防洪、淹沒、泥沙、樞紐布置等條件不變或相近的情況下，汛期限制水位選高些對發(fā)電和水輪機運行有利(其上限為正常蓄水位)。5.2 洪水調節(jié)計算方法提示：用不穩(wěn)定流進行洪水調節(jié)是嚴格的方法，但在實際工程設計中，采用簡化的方法也能滿足設計要求。故可按照“列表試算法”(見下表)編成電算程序進行計算。計算步驟如下：水庫調洪計算表時間入庫泄量水庫蓄水水庫水庫平均流量時段初時段末平均量變化蓄水量水位tQqiq2

15、qZv=(Q_d)心VZd hm3/sm3/sm3/sm3/sm3m3m3(1)已知初始時間 忙入庫流量Qi、起調水位乙和初始的水庫蓄水量V!及時段初的泄量(2) 假設時段末的泄量q2,算出平均泄量q、水庫蓄水量變化V、時段末的水庫蓄水量V2,并根據V2查出時段末的Z2，根據Z2查出q2；(3) 如計算的q2等于假設的q2則該時段的計算完畢；如不相等則需重新假設q2進行計算；(4) 以上述時段末的q、V、Z做為第2個時段的初始值，繼續(xù)進行計算；(5) 計算岀水庫最高水位，它與起調水位間的庫容即所需的防洪庫容。5.3 洪水調節(jié)計算成果(1) 水庫設計洪水位、校核洪水位、防洪高水位及汛期限制水位；

16、(2) 水庫調洪庫容和防洪庫容；(3) 設計洪水時最大泄量及相應下游水位；校核洪水時最大泄量及相應下游水位;(4) 水庫淹沒征地和移民要求的調洪成果。6電力電量平衡6.1 電力電量平衡的原則電力電量平衡要求全電力系統(tǒng)在電力、電量和調峰能力方面都達到供需平衡。電力電量平衡主要原則：提示：有必要時，可進行分區(qū)電力電量平衡(1) 優(yōu)先充分利用已建水電站的容量和電量；(2) 各種電站要在滿足調峰要求的前提下，首先利用設計水電站的容量和發(fā)電量，根據其可提供的電量(枯水時)和電力系統(tǒng)可利用的電量(豐水時)，確定在負荷圖上的工作位置, 以充分利用水能節(jié)省燃料。；(3) 根據各電站的特性合理分配備用容量；提示

17、：事故備用容量采用系統(tǒng)最大負荷的10%左右，一般可按各類電站的工作容量比例分配。負荷備用容量采用系統(tǒng)最大負荷的 2%5%,并宜由靠近負荷中心的， 且具有大水庫和大機組的水電站擔負。檢修容量應根據全系統(tǒng)的電力平衡確定； 各類電站的檢修時間為：火電機組 45天，水電機組30天，核電機組60天。多 沙河流的水電站檢修時間可適當增加。(4) 開機容量的允許最小技術出力，應小于或等于最小負荷；(5) 全系統(tǒng)開機容量中的可調容量(額定容量減去受阻容量)應大于或等于系統(tǒng)日最大負荷與旋轉備用之和。旋轉備用為全部負荷備用加一半事故備用；(6) 水電站的運行方式應滿足預定的綜合利用要求。6.2 電力電量平衡的方法

18、與步驟6.2.1 將參加調節(jié)計算和電力電量平衡的全部水電站的月平均出力乘以24h，算出各電站逐月的平均日電量，用各月的日電量在各月的最大日負荷曲線上進行電力電量平衡，確定各 水電站的工作位置和相應的日電量。平衡中安排不上的電量即為強制棄水電量。提示：已建電站的裝機容量、檢修安排、負荷及事故備用都應是已知的。其在負荷圖上的工作位置用日負荷電量累積曲線可首先確定。設計水電站則根據本站的日電量和擬定的裝機容量方案安排在負荷圖上空閑的有利的位置（充分利用其容量和電量）。負荷圖的其余空位則由火電填補。上述平衡完畢后應檢查是否 滿足調峰和旋轉備用的要求，若不滿足，則應調整設計水電站的備用容量的 安排和工作

19、位置，直至滿足為止。若已建水電站的安排不夠合理也可進行適 當的調整。這時設計水電站在平衡中所需的電量就是“被系統(tǒng)吸收利用的電622 將各月最大負荷日電力電量平衡的結果放到年最大負荷圖上，即得全系統(tǒng)的電力電 量平衡圖。將設計水電站在豐、平、枯三個代表年中各月的“被電力系統(tǒng)利用的電量”年均值 即為設計水電站的電量效益。提示：電力電量平衡的方法和精度要求，視設計水電站的規(guī)模及在電力系統(tǒng)中的作用、系統(tǒng)中電源組成、所掌握的各電站的基本資料情況等確定。7正常蓄水位選擇7.1 選擇的原則提示：正常蓄水位選擇，應根據電力系統(tǒng)和其它部門的要求及水庫淹（浸）沒、水利資源利用、庫尾泥沙淤積、壩址地形、地質、水工布置

20、、施工條件、梯級影響、 生態(tài)與環(huán)境保護等因素，擬定不同方案，通過技術經濟比較及綜合論證，選 定合理的方案。7.2選擇工作內容與方法7.2.1 擬定方案擬定不同正常蓄水位方案。根據可行性研究階段對正常蓄水位的選擇成果和審查意見,水能調節(jié)計算根據初擬的水庫運行方式和消落深度，進行各方案的徑流調節(jié)計算（一般用代表年或代表期進行等出力或變出力調節(jié)計算），初擬方案裝機容量、機組機型，算出各年逐月的庫水位、發(fā)電流量、尾水位、水頭、出力、電量以及保證出力和多年平均發(fā)電量。發(fā)電效益計算（1）用保證出力，經電力電量平衡確定各方案的裝機容量；提示：正常蓄水位選擇階段，各方案確定裝機容量的原則和方法應該一致。女口：

21、各方案在負荷圖上的工作位置應大致相應；各方案應遵循相一致的電力電量平衡原則(2) 取各方案的必需容量的均值作為該方案的容量效益；(3) 用豐、平、枯三個代表年計算多年平均發(fā)電量(扣除水庫下泄流量大于機組引用流 量部分的棄水電量)。提示：對于水電比重較大的電網， 水電站可能有強制棄水， 故應進行各代表年的電力電 量平衡計算多年平均發(fā)電量。724 工程費用和淹沒指標提示：費用包括基建投資和年運行費。 基建投資應分年列岀投資額， 一般由施工預算提 岀。水庫淹沒損失資料由水庫專業(yè)提供。年運行費率根據已建電站調查統(tǒng)計和 有關規(guī)程規(guī)范確定。方案經濟比較提示：(1)原則上應按國民經濟評價結果進行比較。既可按

22、照不同方案所含全部因素的費用和效益進行比較，也可僅就有關因素的費用和效益進行局部的對比；(2)以濟比較的方法有差額內部收益率法、經濟凈現值法或經濟凈年值法、經濟效益費用比法、費用現值法或年費用法。正常蓄水位選定根據上述諸項計算分析和地質、泥沙、航運、水工、施工、生態(tài)與環(huán)境保護等專業(yè)的 工作成果，經過綜合比較論證選定正常蓄水位。提示：(1)正常蓄水位是水庫或水電站的主要特征值，它直接影響工程規(guī)模和其它特征值，且涉及的面廣，情況復雜。既要全面考察，又要分清主次，抓住主要 矛盾，同時采用逐步漸近的方法。即首先初步選定某些特征值(如消落深度、 裝機容量、機組機型等)進行不同正常蓄水位方案比選。在正常蓄

23、水位初步 選定的基礎上選定其它特征值。當選定的這些特征值與初步選定的岀入較 大時，需再根據這些選定的其它特征值對原正常蓄水位比選或選定方案進 行復核；(2) 選擇正常蓄水位時，要特別重視水庫淹沒，將淹沒損失的大小和移民安置的難易程度作為方案比較的重要因素；(3) 梯級開發(fā)電站應注意下游電站對上游電站尾水位的提高所損失的電力及電量；(4) 多沙河流上，正常蓄水位應結合汛期排沙水位共同進行比較。8 死水位選擇在正常蓄水位已定的情況下，選擇死水位，應比較不同方案的電力、電量效益和費用, 并考察其它部門對水位、流量的要求和泥沙沖淤、水輪機運行工況以及閘門制造技術對進 水口高程的制約等條件，綜合分析比較

24、確定。8.2 選擇工作內容與方法8.2.1 擬定方案提示：通過對前階段成果的分析和審查意見的研究，可大致確定死水位的變化范圍，在此范圍內擬定死水位比較方案，然后進行技術經濟比較和綜合分析論證。822水利水能計算提示：計算內容與方法和正常蓄水位選擇一樣。發(fā)電效益計算提示：計算方法同正常蓄水位選擇。工程費用提示：死水位的變化，可能影響水工、機電投資，因此需就不同死水位方案對工程總 投資和相應運行費進行修正。方案比較選定根據計算的各方案費用和效益進行經濟比較，比較方法同正常蓄水位選擇一樣。依據經濟比較的成果并考慮其它綜合利用部門的要求以及庫區(qū)泥沙沖淤、水輪機運行 工況、閘門制造技術等進行綜合分析選定

25、死水位。提示：(1)有時可不必做經濟比較即能選定死水位。如綜合利用部門要求的死水位高 于發(fā)電最有利的死水位，則可按綜合利用部門要求選取死水位。又如在 滿足綜合利用部門要求的情況下，方案間的費用相差甚少，則可根據能 量指標選取死水位；(2) 死水位選擇要重視庫區(qū)泥沙淤積問題，由于庫尾淤積上延可能造成大量淹沒、浸沒損失的情況下更需慎重。還需考慮到泥沙的隨機性，要留有充 分的余地；(3) 對國內已建成以發(fā)電為主的大、中型水電站的統(tǒng)計，其最有利消落深度一般為最大水頭的20%40%，平均值約為30%。9裝機容量選擇根據水庫的調節(jié)性能、綜合利用要求、系統(tǒng)負荷水平及其特性、水電站的供電范圍及 其在電力系統(tǒng)中

26、的作用、水火電比重、各類電站的合理運行方式等方面的分析研究，進行 各種代表年的電力、電量、調峰能力平衡，計算出各裝機容量方案的容量、電量效益和費 用，經綜合比較確定裝機容量。提示：(1) 以防洪、灌溉、航運或給水為主的工程，其水電站裝機容量應根據主管部門的要求所制定的水庫運行方式進行選擇；(2) 低水頭水電站的裝機容量選擇，應特別注意洪水期水頭降低，出力減少的影響；(3) 單獨供電的中型水電站及占系統(tǒng)容量比較小的水電站，其裝機容量選擇可采用簡化方法。9.2 選擇工作內容和方法9.2.1 擬定比較方案提示：初設階段主要是按照可行性研究階段對裝機容量選擇成果和審查意見的要求， 對前一階段工作的成果

27、進行復核。既可就前階段的各比較方案進行復核，也 可在前階段推薦方案上、下擬定若干方案進行復核。922 選定供電范圍提示：一般應在流域規(guī)劃和電力系統(tǒng)規(guī)劃的基礎上分析研究供電范圍。此項工作應與電力系統(tǒng)的設計單位共同研究，必要時提岀初步意見報上級批準。選擇設計水平年和負荷水平提示:(1)水電站的設計水平年可采用第一臺機組投入后的5年10年年確定，也可經逐年電力電量平衡，選取水電站的效益達到設計值的年份。(2) 設計負荷水平既可采用電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃中的預測成果，也可以和電力部門協(xié)商確定。(3) 目前，在各大電網用電普遍緊張，拉路限電比較嚴重的情況下，水電站建成后其發(fā)電容量和電量會立即被電力系統(tǒng)吸收。因

28、此，其建成投產年份即可作為設計水平年。另外，為了與有關部門發(fā)展計劃相適應，設計水平年 最好能與國民經濟發(fā)展計劃相一致。編制負荷曲線提示：編制電力系統(tǒng)各月最大負荷曲線和各月平均負荷曲線及四季或冬、夏季典型日負荷曲線。若電力系統(tǒng)資料較多，又無特大型的電力用戶投入，宜采用歷史 負荷曲線修改法編制典型日負荷曲線。經濟比較對各裝機容量方案進行豐、平、枯代表年的電力、電量、調峰能力平衡，同時計算各 方案的總費用（也可只計算各方案不同因素的費用），取費用最小者為選中的方案。提示：（1）結合機組機型及臺數選擇，最后選定裝機容量；（2）電力、電量效益計算必要時根據選定的裝機容量，用電力電量平衡的方法計算;（3）通航河道上的電站裝要容量，應考慮下游調峰不穩(wěn)定對裝機容量的影響。10應提供的設計成果10.1 按水利水電工程初步設計報告編制規(guī)程（SD5021 93）的要求，編寫水利動能報10.2 水利動能特性表，見下表 1水利動能特性表序 號 及名 稱單位數量備注一、水庫1.水庫水