向家壩水電站切負荷應急補水控制研究與應用

毛江

(中國長江三峽集團公司機電工程局,四川 成都 610000)

向家壩水電站切負荷應急補水控制研究與應用

毛江

(中國長江三峽集團公司機電工程局,四川 成都 610000)

介紹了向家壩水電站機組負荷調整的自動補水系統方案,……,滿足了電站發電、調峰、航運等方面的閘門

控制流量和水位的要求,實際應用表明該方案達到了設計目標,取得了良好的實際效果。

調峰;補水;閘門控制;發電流量;向家壩水電站;聯動

1 概述

向家壩水電站位于云南省水富縣(右岸)和四川省宜賓縣(左岸)境內金沙江下游,上距溪洛渡水電站壩址157 km,下距水富縣城區1.5 km、宜賓市區33 km,是金沙江下游最末一個梯級水電站。工程開發任務以發電為主,同時改善航運條件,兼顧防洪、灌溉,并具有對溪洛渡水電站進行反調節等作用。向家壩電站總裝機容量640萬kW,是國家西電東送重要電源。工程樞紐主要由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、沖排沙建筑物、左岸壩后引水發電系統、右岸地下引水發電系統、通航建筑物及灌溉取水口等組成。

向家壩電站所處的金沙江通航河段,屬山區型河流,河道狹窄,灘多流急,航運存在較多的困難。向家壩電站在2012年10月蓄水發電后,由于電站的日調節泄流和大壩泄洪引起的非恒定流改變了下游河道的天然水流條件,對大壩下游航道產生一定影響。特別是電站的發電機組為滿足電網調峰運行突然開啟或關閉、大壩開閘泄洪等,發電過流的大幅變化會在短時間內造成下游河段水位較大波動,高瞬變流對山區河流通航水流條件及船舶通航水深的影響非常明顯。同時,為滿足航運需要,向家壩電站下游必須保證一個最低流量。在發生電站事故切機、出力大幅度波動等情況下,下游水位也會發生劇烈的變化。因此,必須研究采取一定的技術措施,將下游水位的變化速度控制在一定范圍內,以保障航運安全。

為實現《金沙江向家壩水電站運行調度規程》中發電調度和航運調度的目標,根據電網需要,考慮來水、樞紐運行情況,參與電力系統調峰調頻運行,在電站調峰調頻運行時,應滿足下游航運安全要求。電站下游航道的運行水位按照最大日變幅暫按不超過4.5 m/d,最大小時變幅暫按不超過1.0 m/h控制。

作為接入電網的水電站,要同時滿足航運安全和電網調峰兩個具有矛盾的要求,目前沒有相關規范,也沒有任何經驗可以借鑒,成為影響向家壩電站投產發電的難題。

2 自動補水研究

為全面實現向家壩水電站發電、航運綜合效益,設計、運行、供貨等單位成立了聯合小組,專題研究應急補水技術方案。經多方聯合研究,在向家壩電站實現由程序自動監視電站實際出力的變化情況推算出下游流量的可能變化情況,在需要補水時自動計算閘門操作方案是最為安全可靠的技術路線。

2.1 研究目標

經聯合研究后,確定的研究目標定位在電站初期蓄水期和永久運行期,由于機組突然甩負荷時相應停發機組的流量由泄水孔口下泄,消力池內的流態及消能情況、下游兩岸及河床沖刷、下游引航道口門區流態及各項水力學指標,應根據試驗研究成果查找規律,實現合理的泄水孔口閘門調度方式。

2.2 設計原則

系統主要設計原則基本制定完成,內容如下: (1)初期蓄水位354.00 m方案

354.00 m時升船機雖未建成通航,但樞紐下游仍為通航河段,水位變幅過大會影響下游碼頭船舶停靠和航行安全。此水位下,研究4臺、3臺、2臺、1臺機組發電時分別甩1～4臺、1～3臺、1～2臺、1臺機的補償下泄相應停發流量的泄水孔口閘門開啟方式。

(2)庫水位370.00 m方案

向家壩水庫汛期運行限制水位為370.00 m,下泄流量不超過12 000 m3/s時有通航要求,水位變幅過大會影響通航安全和下游碼頭船舶?？?。此水位下,研究8臺～1臺機組發電時分別甩1～8臺、1～7臺、1～6臺、1～5臺、1～4臺、1～3臺、1～2臺、1臺機的補償下泄相應停發流量的泄水孔口閘門開啟方式。

(3)庫水位380.00 m方案

向家壩水庫永久運行期正常蓄水位為380.00m,下泄流量不超過12 000 m3/s時有通航要求,水位變幅過大會影響通航安全和下游碼頭船舶?？?。此水位下,研究8臺～1臺機組發電時分別甩1～8臺、1～7臺、1～6臺、1～5臺、1～4臺、1～3臺、1～2臺、1臺機的補償下泄相應停發流量的泄水孔口閘門開啟方式。

在此三種發電運行庫水位354.00 m、370.00 m、380.00 m方式下,根據電站樞紐水位-流量的對應關系,確定了機組切機與泄水閘門聯動研究工況表,甩負荷閘門運行調度方式表。在各種工況下,明確了控制流程,經運行人員確認后再通過梯調電調將閘門操作命令下發至電站計算機監控系統。

2.3 技術方案

(1)總體方案

研究的總體方案是,在向家壩電站和成都調控中心實現后臺自動補水程序,運行人員可根據需求隨時在“向家壩水電站緊急補水閘門聯控畫面”中投入或退出后臺切機補水程序功能。

(2)技術實現

根據機組發電出力公式:

式中N為水電站出力 (kW),Qf為發電流量(m3/s),H為凈水頭(m),η為水輪發電機組的總效率,為簡化起見可取一定值,如0.98。電站總出庫流量Q=發電流量Qf+泄水設施流量Qx,由電站單臺機組的發電出力計算出發電流量,然后監控系統跟蹤機組運行狀態,得到切機或負荷變化判斷,根據運行工況與蓄水位的對應數據,自動計算補水量。通過不同上游水位情況下閘門開度與流量關系表,根據補水流量及要求補水速度確定需開啟的閘門數量和閘門開度。

(3)實施原則

向家壩電站出現負荷大幅波動下,中央控制室操作員站會自動彈出緊急補水閘門聯控畫面,在畫面上顯示當前運行方式、上下游水位、總流量、補水流量及閘門開啟補水方案(包括擬開啟的閘門組合及開度等信息),并通過語音提示運行人員確認下發命令,保證了實施措施的實時性和安全性。

3 現場試驗及成果

向家壩電站負荷突然變化與下游補水聯動自動控制流程開發完成后,經過開環模擬測試,測試結果驗證了應急補水的可行性,滿足進行現場試驗的條件。應急補水程序根據測試結果進行了修改完善。

2012年12月,以向家壩電站6號機甩負荷試驗和動水落門試驗為契機,進行了現場應急自動補水各項閉環功能試驗。

試驗結果表明,應急補水程序計算結果正確,手動修改開度值后點擊確定令下發,命令執行正確;實際補水效果明顯,驗證了應急補水程序的有效、迅速。電廠側完成補水試驗后,在成都調控中心側也進行了補水試驗也取得了成功。

在相關各方的通力支持和配合下,向家壩電站應急補水功能研究取得了圓滿的成功,滿足下游航運1 m/h、4.5 m/h的水位變幅控制要求,達到了預期的效果,為電站的安全穩定運行和下游航運安全提供了堅實的保障。

TP736

A

1672-5387(2017)07-0038-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.07.011

2017-04-27

毛 江(1971-),男,高級工程師,從事技術管理工作。