基于新調度模式下的巨型水電站經濟性分析

史寶平，王 偉，薛萬軍

（二灘水力發電廠，四川 攀枝花 617000）

基于新調度模式下的巨型水電站經濟性分析

史寶平，王 偉，薛萬軍

（二灘水力發電廠，四川 攀枝花 617000）

首先對該電站的調度權轉移進行了闡述，然后結合該電站近年來枯水期典型月份的實際運行狀況和運行數據與前期數據進行類比分析，并通過簡單的算術計算，說明水電站在機組運行方式安排、廠用電運行方式安排上可以進行優化；最后重點對枯水期機組實際運行方式進行了經濟性和可行性分析，通過電網負荷變化的特點和電網接線方式以及備用容量規定的要求,優化了機組的運行方式。

廠用電方式；經濟性；可行性

1 概述

該水電站位于四川省西南部攀枝花市境內的雅礱江下游，距雅礱江與金沙江的交匯口33 km，是以發電為主的大型水力發電樞紐。水電站裝機容量330萬kW，多年平均發電量為170億kW·h。水庫正常蓄水位1200m，總庫容58億m3，調節庫容33.7億m3，為季調節水庫。前期調度由華中網調委托四川省調調度，隨著國家電網三集五大的發展以及國家電網西南分部的成立。今年，電站調度權由四川省調轉移至西南分調。在滿足電網安全的前提下，降低電站的耗水率[1]，合理安排機組的運行方式和廠用電運行方式，以提高水電站綜合經濟效益。

2 枯水期典型月機組運行情況分析

2.1 耗水率分析

本月平均耗水率為2.23 m3/kW·h，高于去年同期水平（2.19 m3/kW·h）。本月日平均并網機組臺數為4.98臺，高于去年同期的3.99臺；機組平均發電負荷407.3MW，低于去年同期水平（454.33MW）。見表1。

表1 耗水率分析相關數據表

2.2 供電與廠用電分析

本月總供電量為100 286.2萬kW·h，相比去年同期增加10 803.2萬kW·h。本月廠用電量237.813萬kW·h，比去年同期增加29.743萬kW·h，月廠用電率為0.157%，與去年同期水平（0.15%）持平。綜合廠用電由勵磁系統損耗、廠高變損耗、主變損耗以及廠用電組成，本月綜合廠用電率0.476%，高于去年同期的0.39%，綜合廠用電比去年同期高，發電量比去年同期也有增加，且增加的幅度相似。見表2。

表2 供電及廠用電統計表 單位：萬kW·h

二灘水電站廠用電主要有表3所示電動機負荷，根據運行時間通過其額定功率計算其耗電量。

表3 廠用電電動機

（1）本月6臺6 kV檢修排水泵運行時間總共為102.25 h。總耗電量為：260×102.25=26 585.0 kW·h。

（2）本月6臺6 kV滲漏排水泵運行時間總共為129.94 h。總耗電量為：260×129.94=33 784.4 kW·h。

（3）機組技供水泵只在機組運行時才啟動，機組停機備用時停運。本月全運行時間總共為：31× 24=744 h。而目前6臺機組1月份的平均并網機組臺數為4.69臺，所以6臺發電機的機組技供水泵總運行時間為：744×4.69=3 489.36 h；總耗電量為220×3 489.36=767 659.2 kW·h。

（4）主變技供水泵只在主變運行時才啟動，主變停運時則停運。本月全運行時間總共為：31× 24=744 h。另外，2號機變檢修時間為8日00∶00～24日14∶00，總長為：（24-8）×24+14=524 h，則其主變技供水泵運行時間為：744-524=220 h。所以6臺機組主變技供水泵運行總時長為：5×744+220= 3 940 h；總耗電量為55×3 940=216 700 kW·h。

（5）該月份2臺調速器空壓機運行時間總共為30 h。總耗電量為：30×30=900 kW·h。

（6）主變豎井風機有3臺一直處于運行狀態。主變豎井風機總運行時間為：744×3=2 232 h。

總耗電量為90×2 232=200 880 kW·h。

（7）該月份各機組油壓裝置輔助壓油泵運行時間不盡相同，如表4所示。

表4 輔助壓油泵運行時間

各機組油壓裝置輔助壓油泵運行時間總共為：11＋19＋16＋20＋12＋11=89 h

總耗電量為14.7×89=1 308.3 kW·h。

將上述負荷及其耗電量匯總見表5。

表5 總耗電量表

3 機組運行方式分析

3.1 機組運行經濟性分析

四川水電按照一年的來水情況，將水電分為枯水期、平水期和汛期，而雅礱江流域的枯水期一般為1～5月份、11和12月份。此外根據每日用電負荷的不同，又分為峰段、平段和谷段。其中，高峰時段為07∶00～11∶00，19∶00～23∶00；平段時刻為11∶00～19∶00；低谷時段為當晚11∶00至次日早上7∶00，各時段均為8 h。根據上述規定，則可以計算出每一年度枯水期、平水期低谷運行時間，根據廠用電構成可知每年僅平、枯期低谷時段，二灘電廠僅少空載運行1臺機，就可以節約廠用電為（287×1936＝）55.56萬kW·h。上述節水多發的電能和節約的廠用電能均處于水電廠來水較少的月份，同時也是系統缺電的季節，相應電價也較高。所以水電廠枯水季節能有更為良好的經濟效益和社會效益。

3.2 機組運行可行性分析

（1）機組有功分析

二灘電站在電網中主要承擔調峰任務，根據混流式水輪機組運行特性和機組出力與水頭的關系，正常情況下當上游水位高于1 172 m時，發電水頭大于157 m，機組運行最大有功出力為550 MW，隨著上游水位的降低發電運行水頭持續降低，當水位降至死水位1 155 m時，機組運行最大有功出力降至470 MW。因此機組最大有功運行范圍為470～550 MW。

（2）機組無功分析

電網無功補償采用的是“分層分區，就地平衡”的原則，二灘電站遠離負荷中心，線路距離長，線路容性功率較大。因此，一般情況下機組都是吸收電網的無功，進行運行。由于機組吸收無功的限值受P-Q約束，即：發電機進相運行時勵磁低勵限制值。機組有功功率越大，吸收無功的能力就越小；相反，機組有功功率越小，可吸收系統的無功越大。（見表6）

表6 發電機進相運行勵磁低勵限制值

（3）電網對二灘的調控規定

1）電網對二灘出力規定

根據二灘的典型日負荷96點曲線，從日平均負荷曲線可以看出以下5個特點：

①00∶00～08∶15，機組負荷基本上處在900～1000 MW之間，此時根據機組當前水頭下的出力機組最大出力范圍為1 410 MW～1 650 MW，則在此期間3臺機組運行完全滿足負荷要求；

②08∶15～12∶00，機組負荷在1500～1800MW之間，此時處于負荷的峰段，需要4臺機組運行，便于調整系統電壓及頻率；

③12∶00～14∶00，機組負荷較輕，處于1 300～1 500 MW之間，經過適當調整即可3機運行滿足負荷要求；

④14∶00～22∶30，機組負荷在1 500～1 800 MW之間，此時需要滿足負荷曲線要求必須采用4臺機運行。

⑤22∶30～24∶00，機組負荷在1 000～1 300 MW之間，此時滿足負荷曲線要求可采用3臺機運行。

2）電網對二灘電壓規定

二灘枯水期電網下發的500 kV電壓曲線控制要求見表7。

表7 二灘500 kV典型電壓曲線控制要求

①22∶16～08∶15時段，電壓曲線524～532kV，一般根據四川電網逆調壓的要求，在低谷負荷時段，電壓盡量按電壓曲線偏下限運行。此時若按電壓下限524 kV左右控制系統電壓運行，則需要4臺機運行，當500 kV系統電壓在526 kV以上運行時，根據日負荷曲線和機組低勵限制曲線，運行3臺機組即可滿足上述要求。但根據日平均電壓曲線可知，一般01:00～05:30時電壓一般運行在下限。

②11∶46～14∶30時段，電壓曲線524～533kV，此時段因為負荷屬于平段負荷，根據電網逆調壓的要求，平段負荷時系統電壓盡量靠中間運行，因此在這一時段電壓一般運行在529 kV～530 kV之間，根據日平均負荷曲線，此時段負荷3臺機運行即可滿足系統要求。

③08∶16～11∶45、14∶31～22∶15時段，電壓曲線525～534 kV，此時段為日負荷的峰段，根據電網調壓要求，電壓一般盡量靠曲線上限運行，因此，這段期間電壓曲線均運行在531～533kV之間，但此時有功負荷也是一天中最大的，負荷一般在1600～2000MW，因此需要首先滿足機組最大出力要求，保證電網的頻率要求，必須開4臺機組運行。

同時，分析典型10日系統電壓情況，電壓基本運行在524～530 kV，由于電站采用逆調壓[2～3]方式，因此在電壓高于530 kV時，機組總有功高于1 100 MW，結合電站枯水期電壓曲線，可以分析出以下特性：

①隨著電壓的升高，機組總無功越小，機組進相深度越淺。

②相同電壓下，機組總有功越大，機組進相深度越淺。

③維持電壓在524～525 kV之間，機組總有功在900～1100MW之間時，機組總無功均在-550～-450 Mvar之間。524～525 kV分別接近22∶16～08∶15、11∶46～14∶30時段的電壓曲線下限，若該時段調度要求電壓下限運行，則3臺機運行時電壓也可滿足要求。

④電壓為 525～526 kV時，機組總有功在1 000～1 500 MW之間時，機組總無功均在-500 Mvar左右。525 kV為08∶16～11∶45、14∶31～22∶15時段的電壓曲線下限，要滿足電壓調整要求，則需要開4臺機運行才可滿足電壓和有功的要求。

⑤電壓運行在530 kV時，此時機組總無功約為-450～-400 Mvar，要滿足電壓調整要求，則機組總有功在1 000 MW以上就可以。

3）電網對二灘備用容量規定

因目前國家電網西南分部直接調控的電站只有二灘水電站，因此西南電網對備用容量采用了以下標準：①負荷備用容量應不低于最大負荷的2%；②事故備用容量應不低于最大負荷的5%，且不低于網內單一發電或輸電設備故障損失時的最大功率；③負荷低谷時段應留有足夠的旋轉備用容量，且不低于最小負荷的2%。選取96點日計劃負荷中最大值，根據備用容量規定可得，二灘至少預留負荷為2000 MW×0.05=100 MW。

4 電站機組運行方式優化

根據電網下發的日計劃曲線和電壓曲線，并根據西南電網備用容量要求，可得出經濟的運行方式，即“3+4”臺機組組合運行方式。在低谷負荷時段即22∶30～08∶15這個時間段內可申請調度保持3臺機組運行，即可滿足負荷曲線900～1 300 MW要求，同時也滿足電壓下限524 kV要求，系統旋轉備用容量機組1650～1300MW=350MW＞100MW也可滿足要求；在高峰時段即08∶15～12∶00、14∶00～22∶30，因負荷較高，必須開4臺機組運行以滿足系統負荷需要；在平段負荷時段12∶00～14∶00，盡管可以滿足負荷曲線、電壓曲線和備用容量要求，但由于時間較短，因此可以靈活控制；在來水偏枯的情況下可向調度申請3臺機運行，但負荷漲起來就需要增開1臺機組；在水位偏高時為了減少機組頻繁開停機可保持4臺機組運行。

二灘電廠機變系統為發電機-變壓器單元接線[4]。機組正常停機備用時，只斷開發電機出口開關，主變和廠高變繼續在網上運行。如果根據季節變化和機組并網臺數的不同，停用主變和廠高變，則可減少主變和廠高變的空載損耗，同時可停運相應的輔助設備。這種運行方式在平、枯水季節開機臺數較少時是可行的，即使有1臺機組檢修，每年在枯、平水月份的低谷時段內，也至少可以停運1個主變單元而不影響廠用電的可靠供電。

5 結論

本文通過枯水期電網負荷特性，以及電網下達的日負荷曲線和電壓曲線要求，結合二灘機組運行特性，并根據電網日負荷情況對機組的有功、無功進行了可行性分析，同時對機組在枯水期經濟性進行了分析。最終得出了3臺機運行在枯水期和平水期運行的可行性，并得出了機組“4+3”組合的方式來滿足電網頻率和電壓要求，保證電網的旋轉備用容量以保證電網的安全運行。在將來可通過與電力調度部門的協調，在保證電網運行安全和穩定的前提下，采取“3+4”機組運行方式，既能保證在高峰負荷時電站有水可發電，又能保證電站的經濟效益，達到節水保電的目的。

[1]沈 磊.試驗標準耗水率及其在考核水電廠經濟運行上的運用[J].水能技術經濟,1996（1）.

[2]王燕玲.電力系統電壓調整的主要措施[J].大同職業技術學院學報,2005（2）.

[3]王 剛,侯 飛，高志勇，等.淺析一大型水電站兩臺機運行的可行性和經濟性[J].水電站機電技術，2014,2（1）.

[4]陳源林.水電廠運行維護節能探討與實踐[J].水電站機電技術，2009,2（2）.

TV737

B

1672-5387（2017）08-0034-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.08.011

2017-02-14

史寶平（1986-），男，工程師，從事水電站運行維護工作。