南欧江流域梯级电站技术协同效应初探

罗明清,张国来

(中国电建集团海外投资有限公司，北京 100048)

1 概述

老挝南欧江流域是湄公河在老挝北部的最大支流，从合理利用水能资源、尽可能降低水库淹没损失及对环境影响等多方面考虑，并结合地形地质条件和枢纽工程布置，以“一库七级”方式分两期开发[1-2]，为中资企业首次在境外获得以全流域整体规划和BOT投资开发的水电项目。南欧江二期项目在总结复盘南欧江一期项目开发实践基础上，结合实际特点，持续改进技术方案，全流域优化资源配置，推动梯级电站整体效益提升。

2 项目简介

南欧江梯级电站总装机容量为1 272 MW，特许经营期为29 a(不包括建设期)。南欧江一期项目(二、五、六级电站)总装机为540 MW,已于2017年1月进入正式商业运营期。南欧江二期项目(一、三、四、七级电站)总装机为732 MW，已于2021年9月实现全部投产发电。最上游七级电站为年调节电站，五级和六级为季调节电站，其他电站为日调节电站。梯级电站分布如图1所示，一期和二期项目分别如图2和图3所示。一级、二级、四级电站均为混凝土闸坝，均采用灯泡贯流式机组，其中四级电站最大水头为28 m，突破了目前贯流式机组最高应用水头；三级、五级电站大坝为混凝土重力坝；六级和七级电站软岩含量较高，其中六级大坝软岩填筑量达81%，坝高为85 m，坝型为复合土工膜全断面软岩堆石坝，七级电站坝高为143.5 m，为含软岩混凝土面板堆石坝。

图1 南欧江梯级电站示意

图2 南欧江一期工程示意

图3 南欧江二期工程示意

3 流域技术协同

3.1 规避瑕疵，吃堑长智

南欧江二期项目按照“问题导向，吃堑长智，规避瑕疵，提升管理”原则，梳理了一期项目设计、施工、设备问题清单，提前制定应对措施计划，鼓励并奖励合理优化，加强资源配置、质量管控、履约考核，发挥全产业链协同和全流域开发优势。如一期项目汛期及机组安装期间，需要将进水口闸门和尾水闸门下闸挡水，由于开挖、围堰清除和河流本身的泥沙含量等因素，导致闸门门槽、梁格泥沙淤积，无法正常起升，甚至需将水库放空处理。二期项目开展了施工期防泥沙研究工作[3-4]，通过对闸结构、梁格布局、节间连接、启闭过程中门叶梁格进排水能力等进行复核计算及优化，研发施工期闸门专用防泥沙装置，在闸门梁格内填充材料，显著降低闸门启闭力，保证闸门挡水后正常提门，避免了因闸门淤塞被迫水下作业清除淤堵泥沙产生的大量费用，保证了项目工期和发电效益。

老挝当地暂无专业的质量检测和质量监督机构，南欧江一期项目主要依靠施工单位相对简易的自检试验室，第三方独立质量检测缺失，二期项目通过多措并举，有效提升质量管理精细化水平。首先，在二期项目建立了工程试验检测中心，对原材料、半成品和现场实体质量进行试验检测，还可提供物探等专项检测服务，保障了工程建设质量和工程验收，同时依托试验检测中心，支撑工程材料技术攻关，推动研究成果应用，弥补了海外建设项目缺乏专业质检和监督机构的空白。其次，在七级电站150 m级含软岩面板堆石坝建设过程中，针对应力变形性态复杂，质量管控难度大，采用了大坝填筑自动称量系统和二维码质量管控，实现质量信息实时跟踪和可追溯，建立了大坝碾压质量和料源上坝运输实时监控系统，综合运用数据采集、传感等技术，确保坝料料源实时、在线、全过程、可追溯，实现料源优化配置，提高了施工效率，保障了大坝施工质量。

3.2 成果推广，提升效益

南欧江一期项目坝型各异，当地材料短缺，地质条件复杂，施工难度较大，为保证工程质量、进度、安全及效益，针对关键技术问题，因地制宜地开展了一系列的科技攻关，并将研究成果推广应用至二期项目，技术经济效益显著。

为解决当地混凝土粉煤灰缺乏的问题，五级电站根据老挝气候条件和当地材料实际，开展了单掺石灰石粉在水工混凝土中的研究应用，通过开展骨料碱活性抑制效果试验、掺石粉混凝土性能试验及温控研究[5]，优化了混凝土配合比，提出了温控抗裂措施，提出了石灰石粉生产控制指标和检验标准，实现了首次在同一工程碾压和常态混凝土中全面单掺石粉替代粉煤灰。南欧江一期共使用石粉约2.15万t，比使用昆明产的粉煤灰节约224.27万美元，克服了粉煤灰缺乏的制约，同时降低了工程造价，保障了工程进度。研究成果在二期推广应用，三级电站使用石粉替代粉煤灰约2.545万t，四级电站使用石粉约1.7万t，共节约投资约237.86万美元。

五级电站针对度汛工程紧、围堰工程量大、进场交通不便、料源开采受限等问题，开展了胶凝砂砾石料(CSGR)在纵向围堰的应用研究[6]，提出了符合当地地形地质条件、技术合理、施工方便的胶凝砂砾石纵向围堰断面结构形式，创新性地设计了高度为45 m、综合坡比为1:0.7的老挝南欧江五级水电站纵向围堰；针对当地砂砾石料级配不均衡、砂率波动范围广等特点，提出适宜于当地条件纵向围堰快速施工的胶凝砂砾石配合比，形成不均衡料源区胶凝砂砾石简易快速配制方法；采用大模板施工、无间歇集中拌和、分层连续碾压、防渗抗冲区加浆振捣等措施，提出施工质量控制指标，优化施工工艺，形成一整套胶凝砂砾石纵向围堰施工工法，五级电站共节约投资约5 602万元。胶凝砂砾石料筑坝技术推广至二期项目，一级和四级电站分别使用 5.58万m3和4.83万m3胶凝砂砾石料，节省投资约 357.97万美元，确保了安全度汛的时间节点要求。

3.3 统筹协调，提质增效

梯级电站通过统筹考虑，总体布局，优化资源配置，避免了重复建设和设备购置，同时通过时间维度一二期项目和空间维度上下游项目之间的技术协调，降低工程技术难度，提高全流域的安全保障。

梯级电站上游调蓄作用使得下游电站规模和坝高得以降低，同时可降低导截流工程难度，提高整体安全保障。三级电站三期龙口宽度接近25 m时，龙口水流达到最大值7.17 m/s，龙口上下游最大落差达到10.75 m[7]，对抛填强度和速度要求都很高，而右岸岸坡陡峭，施工设备布置受到极大限制。四级电站三期截流施工导流设计水位壅高达12 m，龙口合龙同样挑战较大。鉴于上游五级水电站已经投入运行，为充分利用梯级电站统筹调蓄功能，截流前一段时间提前控制五级下泄生态流量为33 m3/s，同时充分利用四级电站截流时将减小下泄流量的有利条件，通过三级电站截流与四级截流“梯级接力”的方式，基于水情自动测报系统和上下游联动机制，精心组织截流资源投入，大幅降低截流难度，先后完成了四级和三级电站三期截流，有力保障了后续下闸蓄水及首机发电等关键节点目标的实现。

4 全流域水情测报及优化调度

梯级电站水文站网密度不够，水文资料匮乏，只在干流下游设有孟威水文站及邻近流域4个雨量站。流域具有典型山区性特征，洪水陡涨陡落，高洪期河流湍急，且项目战线长，交通不便。为及时、准确、全面获悉来水情况，支撑全流域联合防洪保供，建成了南欧江全流域水情自动测报系统[8-9]。梯级电站作为老挝骨干电厂既担负着北部电网调频调峰，又承担着流域防洪、排沙、航运、生态环保等综合利用任务，为此开展了水电站群多目标智能化调度研究。在一期项目已构建的水文非线性时变增益模型和新安江模型基础上，建立了包括EasyDHM、VIC等分布式水文模型及目前比较成熟的集总式水文预报模型的水文预报模型库，开展水文气象耦合预报，并基于历史来水数据进行验证，解决了中长期水文气象预报精度不够的问题；建立了梯级水库群联合调度算法和调度模型，开发和集成多目标智能调度的大数据平台，指导流域梯级电站优化运行；建立南欧江流域集控中心见图4，“以节能增效为目的、以梯级联合优化运行为核心、以远程集中控制为手段”，达到进一步降低梯级电站发电成本、提高流域整体规模效益。通过建成老挝第一个流域水情自动测报系统、试验检测中心、流域电力运维集控中心，梯级电站联合会商、信息共享、协调联动，根据来水情况和用电需求实时滚动更新梯级电站联合调度方案，实现电站少人值守、流域高度数字信息化调度运行，实现在安全、稳定、经济运行基础上综合效益最大化，填补了老挝水电领域多项空白。

图4 南欧江运维中心示意

5 联合防洪度汛及溃坝风险应对

项目高度重视安全风险防范，老挝阿速坡溃坝事件发生后，组织专业机构开展了全流域电站溃坝风险分析，制定联合应急行动计划[10]，并按照老挝政府要求及时上报；七级电站龙头水库一旦溃堰，具有时间短、峰值大、洪量集中的特点，可能对下游和周边产生不利影响，开展了施工期溃堰影响分析，提出了下游应急调度方案；按照“电调服从水调，水调服务建设，大坝安全是底线”的调度原则，整体部署全流域防洪度汛，明确一期和二期项目联合检查、联动演练等联动事项作为管理重点，在保证上游水库安全度汛前提下，最大限度利用上游水库调蓄能力，削减下游河道洪峰，做好道路中断时如何发挥一体化优势利用水路进行支援的预案，做好二期各水库蓄水后联合排漂工作预案，做好下游尾水抬高防水淹厂房等预案，提高项目安全保障，加强与当地政府和村镇的沟通联动，做好舆情引导，共同降低防洪度汛和溃坝风险。

6 大坝安全监测

为及时准确掌握大坝安全性态，指导长期安全稳定运行，梯级电站结合建设期和长期监测的需求，建立了系统的大坝监测体系[11-12]。试点安装了大坝安全数据无线智能采集系统，研究基于BIM、VR/AR的大坝安全多源信息融合与可视化呈现技术、基于多源安全信息的大坝安全评估技术，利用大数据技术和远程在建监测系统，提供数字化智能解决方案，实现基于实测数据的大坝安全预警。专门聘请大坝安全监测专家，定期研究大坝安全监测月报，适时开展现场检查，基于大坝运行规律，提出大坝安全改进建议。针对六级电站复合土工膜全断面软岩坝，首次建立了系统的土工膜监测体系，采用单波束探测、影像声呐、水下无人潜航器等技术，对水下坝体尤其是土工膜的安全状况及时监测，排查安全隐患。针对七级电站150 m级软岩填筑高面板堆石坝，采用电平器+柔性测斜仪组合监测混凝土面板挠度，为大坝蓄水及运行质量性态评判提供更为可靠的依据。

7 电力生产运营

南欧江一期项目投产发电后，针对运维人才梯队构成多元、专业技能参差不齐、规范标准不统一、工作接口衔接不畅等问题，对标国内外先进发电企业，形成了“两位一体”(业主和运营方)组织管控模式，建立了一套融合属地化和公司管控模式特点的电力生产企业标准体系，以标准化建设优化流程、简化操作、统一考核，据此提出了南欧江二期建管有序衔接，电力生产准备及运维工作提前科学筹划。对现场安装监管和设备调试进行跟踪，实行设备物资、备品备件和仓储标准化管理，建立运行维护技术台账，提出缺陷与合理化建议清单，挑选八大专业技术带头人把关关键环节，加强培训提升运维操作技能，同时根据投资项目特点，成立专项工作组研判购电协议和特许经营协议相关要求，加强对接老挝调度中心协调并网。目前南欧江梯级电站已全面运营，将通过区域一体化建设，形成资源调配统一指挥、生产经营统一管理、业务流程统一标准的集约化管控模式，实现精益运营和提质增效。

8 结语

南欧江梯级水电站是中资企业首个境外全流域梯级电站，是中国电建首个推行全产业链一体化管理的海外项目，创新性地提出了“一库七级”两期开发方案，复盘总结一期项目技术经验教训，组织技术攻关和产学研合作，推广科技成果应用转化，前瞻性地指导二期设计优化，规避瑕疵，节省投资，缩短工期，提高安全保障。同时从全流域角度统筹规划，优化资源配置，确保整体投资效益最大化，推动南欧江梯级项目成功实施，成为中老电力能源合作新典范，推动实现在老挝市场的可持续发展[13]，助力老挝成为“东南亚蓄电池”。通过投资、设计、采购、施工、运行各个环节的闭环反馈和持续改进，打造海外投资项目全产业链技术和管理方案，为其他类似项目提供借鉴。