茶林河水電站初期運行分析及優化調度措施

周 華

（湖南新華茶林河水電開發有限公司 張家界市 427200）

引 言

茶林河水電站位于湖南省慈利縣境內的澧水中游，是澧水干流規劃確定的16梯級電站中的第13梯級電站，上距城關電站（慈利縣城）15 km，下距三江口電站約30 km。壩址以上控制流域面積11 642 km2，占澧水總流域面積18 583 km2的62.6%。多年平均流量365m3/s，多年平均徑流量115億m3。電站屬Ⅱ等大（Ⅱ）型工程，開發的主要任務是發電，兼顧航運、防洪、灌溉、養殖、旅游等綜合利用效益。水庫總庫容1.29億m3，正常蓄水位81.00m，相應庫容0.242億m3。裝機容量54MW（3臺18MW），設計水頭9.5m，最大水頭11.78m，最小水頭1.58m。設計多年平均發電量2.458億kW·h，年利用小時數4 552 h，水量利用系數78%。

電站2009年1月10日1#機組投產，利用二期施工圍堰擋水發電；9月份2#機組投產發電；11月份3#機組投產發電，同時完成所有建設任務并下閘蓄水，進入初期運行階段。2012年7月，電站通過竣工驗收，轉入正式運行階段。因2009年底3臺機組才全部發電，大部分月份利用圍堰擋水，達不到設計運行工況，不具備代表性，故本文僅對2010年1月至2012年6月期間的運行情況進行分析。表1為初期運行發電情況統計。

表1 初期運行發電情況統計

1 初期運行發電分析

從2年零6個月的發電運行情況來看，壩址上游來水總量不均勻，2010年超出設計來水量5.27%，但由于主要來水集中于汛期，此時大部分時間在停機泄洪，因此水量利用率僅為62.42%，遠低于設計78.6%。由于泄洪導致水頭減小，耗水率增加，因此年均耗水率41.4 m3/kW·h也略高于設計耗水率39.5 m3/kW·h。2011年較設計來水量減少33.2%，但由于來水較均勻，因此年均耗水率39m3/kW·h與設計基本相符，水量利用率88.66%則高于設計水平。進入2012年上半年由于電站調度方案已得到優化，有效地掌握了來水情況，運行中使各機組長時間處于設計水頭運行，雖有部分時段棄水，但耗水率卻降至38.9m3/kW·h。由此可見，茶林河水電站實際運行情況和發電情況受來水均勻性影響較大，豐水年發電量多，但水量利用系數??；枯水年發電量小，但水量利用系數大。因此用水量利用系數作為類似徑流式電站的考核指標不盡科學，采用耗水率來衡量更容易做出科學的判斷。

耗水率受來水量影響較小，而與電站運行的實際情況密切相關。2010年各機組存在缺陷較多，加之投運初期運行方式尚未成熟，因此耗水率偏高。2011～2012年隨著運行方式的不斷優化和水情測報系統的建成使用，耗水率才有了大幅減少，因此，用耗水率更能科學客觀地反映出茶林河水電站的運行調度水平。

自茶林河水電站初期運行以來，經歷了豐、平、枯各類型年，但沒有1年實際發電量達到設計多年平均發電量，都在（1.7～1.9）億 kW·h之間，2012年已發1.1億kW·h，下半年即便來水量充足且均勻，發電量達到下半年設計發電量，2012年發電量也只有2.1億kW·h，與設計多年平均發電量2.458億kW·h仍差距較大。按照設計，多年平均發電水量應達到89.7億m3，但因為對來水均勻性考慮不足，實際2010年、2011年年發電水量平均只有71.8億m3，按設計耗水率計算，少發電量約0.45億kW·h。目前初期運行期間年發電量平均值1.92億kW·h，隨著發電調度和管理水平日趨成熟、流域梯級調度的逐步建立、水情測報的完善，茶林河水電站多年平均發電量將有進一步提高，綜合考慮，可達到約（2.1～2.2）億 kW·h，為設計多年平均發電量的85%～90%，因此年發電量確定為2.15億kW·h較為合理。

2 增加發電量的主要措施

通過電站的初期運行，增加發電量應從水庫及電力優化調度、提高機組完好率和運行效率等方面著手。以下分別從這幾個方面進行分析探討：

（1）汛期優化發電調度和水庫運行。

從水庫初期運行情況來看，洪水期調度原則為：結合水情測報系統及地方政府防汛主管部門的水情信息，提前做好空庫和尾水截留的工作，在洪水前期和洪尾后期保持高水位發電，盡量減少水頭損失和避免不必要的棄水，具體如下：

在洪水漲水階段，充分利用氣象和水情信息，提前進行騰庫降低水位，當入庫流量大于電站最大滿發流量時，庫水位會緩慢上漲，仍保持正常蓄水位81m，只有當入庫流量達到1 000m3/s并有繼續上漲趨勢時，為保證防洪安全，需按照閘門調度方式逐步開啟閘門泄洪，為充分利用來水，此時機組仍保持滿發，直至入庫流量達到3 500m3/s以上時，電站停機，按防汛調度部門指令泄洪。在洪水退水階段，當入庫洪峰已過且出現了最高庫水位時，應在不影響上、下游防洪安全前提下盡快回蓄，以保證水庫水位滿足電站發電運行要求。當入庫流量小于3 500m3/s時，開機運行，同時按照水量大小和發電流量逐步關閉泄洪閘門，減小下泄流量，恢復至設計水位。此調度方式有效地利用了水庫的興利庫容，不僅增加了發電效益，而且也保證了防洪安全。即使在降低庫水位后沒有發生預報的洪水，但因為汛期流量相對較大，也可通過減少開機數量、降低發電流量等措施盡快回蓄，不會導致機組長時間處于低水位運行或停機，亦不會對發電效益造成太大影響。2010年共有6場流量大于1 500m3/s的洪水，按上述調度方式利用興利庫容，增加了發電水量約6 840萬m3，相應增加發電量約173萬kW·h，同時因機組長時間運轉，下網電量相對減少，廠用電率也比平常要低，經濟效益顯著。

（2）枯水期保持高水位運行。

對于低水頭徑流式電站而言，在枯水期保持高水位運行，減小單位電能耗水率對發揮發電效益至關重要。

根據耗水率計算公式：

耗水率 e（m3/kW·h）=W/E=QT/NT=QT/ηQHT=1/ηH

式中W——發電水量；

E——機組發電量；

Q——機組發電流量；

N——機組發電出力；

T——機組發電時間；

η——機組綜合效率系數；

H——機組發電水頭。

可知，發電水頭每降低1m，假設機組效率不發生變化，單位電能耗水率將增加約1/H，按茶林河水電站最大發電水頭11.78m計算，耗水率將增加約8.5%，發電效益相應減少約8.5%。尤其在枯水期，上游來水較?。菟?1月至次年2月，來水流量在80～200m3/s之間），庫水位降低后需較長時間方能恢復至正常蓄水位，如果長期處于低水位運行狀態，勢必對發電效益產生較大影響。茶林河水電站目前枯水期的運行方式是在滿足電力調度需求時，優先采用高水位單機組或雙機組持續出力為主，確保高效率低耗水率運行。在庫水位調度上嚴格控制在機組高效區間運行，借助水情測報系統及水文網流域水情數據來進行計算分析，優先選擇維持出入庫相對均衡的機組運行方式，在水位滿足的條件下適當選擇提前開機控制水位維持單臺機長時間運行的方式，確保水庫維持高水位區間運行，實現了機組高效經濟運行。

（3）確保設備完好率。

設備缺陷管理是設備管理的重要組成部分，是提高設備完好率，保障設備安全、可靠運行的重要手段。經過茶林河水電站的初期運行，運行人員共計發現各類設備缺陷670多處，通過與廠家專業人員、安裝單位共同分析研究，得到了及時處理?？菟诶貌糠謾C組停機的時機，對影響大且容易改造的項目進行改造，例如電站3臺機組技術供水系統的自動化改造及汲水倉濾網改造、發電機冷卻風機啟動控制回路改造、調速器手動控制方式改造、檢修排水改造等。汛前對涉及到安全、防汛及正常運行的設備進行全面的檢查，儲備一定量的備品備件。通過消缺、技改和常態化的安全檢查、巡查，可有力保證設備時刻處于可靠運行狀態，不僅避免了設備事故的發生，也不會出現汛期因設備故障停機棄水的現象，最大程度地發揮了經濟效益。

（4）優先選擇效率高的機組運行。

在不同水頭下，機組的發電耗水率不同，但在相同的條件下，由于設備本身的效率和機組位置的不同，各機組的耗水率也有一定差別。表2為不同水頭下的滿發時段，3臺機組運行時的耗水率統計，通過表2可知，3臺機組同時運行時，2#、3#機組耗水率明顯偏大，1#機組耗水率相對較小。同時根據初期運行的實際情況，在3臺機同時運行的方式下2#機組的出力與其他機組相比明顯偏低。因此當入庫流量小于最大發電流量時，應盡可能選擇耗水率小、發電效率高的1#機組運行，其次為3#機組，盡量避免2#機組運行。

表2 機組單位電能耗水率統計

3 結語和建議

茶林河水電站經初期運行，初步形成了一套科學的調度運行方式，正在發揮其經濟和社會效益。通過竣工驗收轉入正式運行，對優化澧水梯級開發、改善河段防洪調度、拉動地方經濟、美化當地環境都具有重要的作用

建議：茶林河水電站屬徑流式電站，僅具有日調節能力，調節能力有限，安全經濟運行的水位區間小，除了發揮龍頭江埡電站的調蓄作用，實現水量利用率的提高，還要求澧水流域盡快建立流域內各電站的水情測報系統，形成水情測報網，完善各梯級的水情通報制度，實現資源共享，才能更加科學合理地制定運行調度方式，充分利用水能資源，發揮電站最大經濟效益。