桃源水電站優(yōu)化調(diào)度與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

【摘要】詳細(xì)分析了桃源水電站水庫、主設(shè)備的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中存在的幾個(gè)問題，并從水庫調(diào)度和主設(shè)備運(yùn)行方式兩個(gè)點(diǎn)闡述了相應(yīng)對(duì)策，以達(dá)到最大利用水能、發(fā)電效益最大化的目的，為同類貫流式機(jī)組優(yōu)化調(diào)度經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】桃源水電站；優(yōu)化調(diào)度；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；貫流式

1 、桃源水電站概況

桃源水電站位于湖南省常德市桃源縣城附近的沅水干流上，是沅水干流最末一個(gè)水電開發(fā)梯級(jí)。壩址多年平均流量2060m3/s，多年平均徑流量650億m3。水庫正常蓄水位39.50m，相應(yīng)庫容1.28億m3 。死水位39.3m，死庫容1.22億m3。調(diào)節(jié)庫容0.06億m3。裝機(jī)總?cè)萘繛?80MW，裝設(shè)9臺(tái)單機(jī)容量20MW的燈泡貫流式機(jī)組，電站多年平均年發(fā)電量7.93億kW·h，裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)4404h。桃源水電站上游距凌津?yàn)┧娬炯s38km，下游距桃源縣延溪河口約1.6km，壩址緊臨桃源縣城，左、右岸分別為桃源縣漳江垸和潯陽垸。壩址距離常德、長(zhǎng)沙公路里程分別為 31km和216km。

2、 桃源水電站運(yùn)行調(diào)度特點(diǎn)

2.1 上下游水位變化快

桃源水電站水庫調(diào)節(jié)庫容為0.06億m3，水庫無調(diào)節(jié)能力，庫容水位曲線比較陡，當(dāng)入庫和出庫流量差值達(dá)到700-800m3/s時(shí)，水位變化為0.1m/h，因此當(dāng)桃源水電站因上游來水、事故停機(jī)、系統(tǒng)需求調(diào)峰等原因使入庫流量突變時(shí)，上游水位變化極快。而下游水位根據(jù)桃源尾水位流量曲線可以看出單機(jī)滿發(fā)出庫流量位250m3/s時(shí)尾水位為29.6m。當(dāng)機(jī)組滿發(fā)流量為3699m3/s時(shí)尾水位為33.8m，差值有4.2m。2015年桃源最高尾水位為40.56m，最低尾水位為29.5m。

2.2 水頭變化敏感

水頭變化受上下游水位變化影響大，機(jī)組出力受影響較大。桃源機(jī)組額定水頭為5.6m，汛期來水大，機(jī)組出力大，下游水位高，機(jī)組水頭逐步降低導(dǎo)致出力受阻，當(dāng)流量繼續(xù)增大，水頭快速降低，使電站水頭降低到小于最小設(shè)計(jì)水頭無法發(fā)電被迫停機(jī)；枯期來水小，下游尾水低，水頭高，但流量小機(jī)組出力受阻，發(fā)不出額定出力；桃源發(fā)電量主要來自汛期發(fā)電，因此水頭能量主要分布在平均水頭以下的低水頭部分。

2.3 發(fā)變組運(yùn)行方式對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響較大

桃源水電站共9臺(tái)燈泡貫流式機(jī)組，根據(jù)機(jī)組動(dòng)力特性，在不同水頭下機(jī)組都有一個(gè)最佳出力與之對(duì)應(yīng)。沅水豐水期（4至8月）平均入庫流量為2500m3/s以上，9臺(tái)機(jī)組均在0.75負(fù)荷率連續(xù)運(yùn)行，發(fā)變組運(yùn)行方式相對(duì)比較固定；沅水平枯期（9月至次年3月）平均入庫流量為1200m3/s左右， 9臺(tái)機(jī)組以及3臺(tái)主變的運(yùn)行方式和負(fù)荷率就有很多選擇，因此在沅水平枯期選擇合理的發(fā)變組運(yùn)行方式以及合理分配發(fā)變組負(fù)荷率在日常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中很重要。

2.4 船運(yùn)對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響較大

桃源水電站位于沅水流域最后一級(jí)，肩負(fù)極大的航道責(zé)任。由于船運(yùn)交通的發(fā)展，船只噸位的增大，船運(yùn)對(duì)水位的要求也越來越大，在進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)全面綜合考慮。

3、桃源水電站優(yōu)化調(diào)度與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行存在的幾個(gè)問題

3.1 無調(diào)節(jié)庫容

桃源水電站水庫庫容小，沒有調(diào)節(jié)能力，出力主要受上游來水和電力調(diào)度兩個(gè)客觀因素影響。上游來水基本由凌津?yàn)┏鰩焯峁杞驗(yàn)┏鰩斓竭_(dá)桃源壩址需要1.5-2小時(shí)，這種流量到達(dá)的滯后導(dǎo)致了凌津?yàn)⑻以磧蓮S發(fā)電不能協(xié)調(diào)同步，而凌津?yàn)⑻以磧蓮S在電力系統(tǒng)中屬同一輸電斷面，當(dāng)系統(tǒng)需要限出力或頂峰時(shí)往往是兩廠同時(shí)調(diào)整，因此在凌津?yàn)┏鰩煳吹竭_(dá)的期間就會(huì)出現(xiàn)棄水或水庫水位欠蓄的現(xiàn)象。

3.2 低水頭影響機(jī)組出力

桃源機(jī)組為燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，額定水頭為5.6m，設(shè)計(jì)上可以在2-9.7m水頭間運(yùn)行。但在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)毛水頭低于5.3m時(shí)機(jī)組就不能達(dá)到設(shè)計(jì)出力運(yùn)行。桃源機(jī)組全開滿發(fā)時(shí)尾水位為33.8m，毛水頭為5.7m，減去機(jī)組運(yùn)行水頭損失0.5m，實(shí)際運(yùn)行水頭5.2m，由“桃源NHQ曲線”可知，機(jī)組最大出力為16.8MW，所以在設(shè)計(jì)水位條件下，不能有全站滿發(fā)的機(jī)會(huì)。主汛期由于防洪需要開閘泄洪，下游水位升高，有效水頭降低，嚴(yán)重影響機(jī)組出力，當(dāng)出庫流量大于8800m3/s時(shí)，水頭小于3m，機(jī)組基本上沒有發(fā)電能力。

3.3 易產(chǎn)生水位涌浪

由于桃源水電站發(fā)電廠房樞紐在沅水雙洲右岸，而右岸過流斷面較小，水流流速快，因此在機(jī)組負(fù)荷調(diào)整、上游流量變化時(shí)，極易形成機(jī)組進(jìn)水口前涌浪現(xiàn)象，若不采取措施進(jìn)行控制甚至?xí)霈F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間涌浪震蕩現(xiàn)象。涌浪現(xiàn)象不僅影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，也會(huì)加大機(jī)組調(diào)速器油泵的啟動(dòng)頻次，進(jìn)而對(duì)全廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成一定影響。

3.4 易形成機(jī)組攔污柵柵差

由于上游林木茂盛，汛期庫區(qū)漂浮竹木、枝椏較多，各種雜物順流而下，堆積壩前，盡管發(fā)電機(jī)取水口前安裝有浮式攔污排，但仍有大量雜物堵塞機(jī)組進(jìn)水口攔污柵，導(dǎo)致發(fā)電水頭損失加大，機(jī)組出力受限，威脅機(jī)組安全運(yùn)行，甚至?xí)箼C(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。

4、桃源水電站優(yōu)化調(diào)度與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行存在問題的對(duì)策

桃源水電站能否經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行，獲得最佳的發(fā)電效益，主要取決于水庫調(diào)度及機(jī)組等設(shè)備間的合理運(yùn)行方式，如何擬定合理的水庫運(yùn)行方式和廠內(nèi)設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。

4.1 保證高水位運(yùn)行

通過水庫運(yùn)行數(shù)據(jù)研究，當(dāng)水頭在年平均運(yùn)行水頭6.5m左右時(shí)，每提高0.1m水頭，耗水率大約降低1.5%，發(fā)電量增加1.5%。當(dāng)水頭低于5.3m時(shí)，水輪機(jī)運(yùn)行效率降低，耗水率急劇上升，所以提高水頭對(duì)利用水能、增發(fā)電量有極大意義。對(duì)于保證桃源水庫高水位運(yùn)行可以采取兩個(gè)措施。一是水情水電自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)流域水情變化情況合理安排泄蓄關(guān)系，充實(shí)水庫，保證水庫高運(yùn)行水位；二是實(shí)行水庫水位控制管理，通過對(duì)水庫調(diào)度培訓(xùn)和對(duì)水庫運(yùn)行水位考核，保證水庫高水位運(yùn)行。

4.2 攔洪蓄尾

利用0.06億m3的調(diào)節(jié)庫容，在洪水來臨前降低庫水位，迎接洪水過境，提高水能利用率，增加發(fā)電效益，桃源位于凌津?yàn)┫掠危瑢?duì)凌津?yàn)⑽鍙?qiáng)溪的洪水曲線基本可以掌握，實(shí)時(shí)的加大出力騰出庫容，可將一次洪水利用到效益最大化。按5.3m水頭耗水率75m3/kW.h來算，扣除水頭損失帶來的發(fā)電量減少3%的影響，也可以增發(fā)電量7.8萬kW.h的電量。當(dāng)洪水流量呈下降趨勢(shì)，水庫進(jìn)入退水階段，此時(shí)應(yīng)根據(jù)氣象預(yù)報(bào)以及水情水調(diào)自動(dòng)化，通過及時(shí)調(diào)整閘門開度，控制下泄流量，考慮后期蓄水發(fā)電要求。

4.3 浪涌控制

機(jī)組進(jìn)水口浪涌出現(xiàn)主要時(shí)由于水庫入出庫流量短時(shí)失衡造成的，浪涌現(xiàn)象也可通過一些方法來避免。比如可以用水情測(cè)報(bào)準(zhǔn)確算好上游水位變化到桃源的時(shí)間，再通過調(diào)整機(jī)組運(yùn)行方式對(duì)來水變化進(jìn)行準(zhǔn)確的銜接；再比如調(diào)整機(jī)組負(fù)荷時(shí)堅(jiān)持緩慢均勻的原則。如果是由于機(jī)組非停或系統(tǒng)要求調(diào)峰已造成涌浪現(xiàn)象，在計(jì)算入出庫平衡的情況下，留用1到2臺(tái)機(jī)組在有功調(diào)節(jié)投入狀態(tài)下，其他機(jī)組均應(yīng)設(shè)在定導(dǎo)葉開度下運(yùn)行，通過有功調(diào)整，逐步消除浪涌。

4.4 優(yōu)化發(fā)變組運(yùn)行方式

桃源水電站沅水平枯期，發(fā)變組的運(yùn)行方式的是否合理對(duì)電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。

通過機(jī)組特性曲線可以看出機(jī)組導(dǎo)葉開度在60%-70%區(qū)間，機(jī)組效率高；機(jī)組負(fù)荷率越大，機(jī)組率越高。機(jī)組效率受進(jìn)水口流態(tài)影響也較大，一般情況下采用間隔開啟，有中間向兩邊開啟運(yùn)行。

通過研究計(jì)算主變負(fù)荷率為0.5345可得到變壓器的最高效率，3臺(tái)主變負(fù)荷平均時(shí)可獲得最小主變損耗。

通過以上結(jié)論可得出桃源在平均入庫流量為1400m3/s的平枯期的發(fā)變組運(yùn)行方式原則：根據(jù)來水計(jì)算開機(jī)臺(tái)數(shù)，單機(jī)旋轉(zhuǎn)備用容量不大于5MW；三個(gè)擴(kuò)大單元負(fù)荷盡量相等；各臺(tái)機(jī)組負(fù)荷盡量相等；盡量使機(jī)組間隔運(yùn)行；機(jī)組開啟順序?yàn)橄戎虚g后兩邊。

4.5 攔污柵清渣

汛期大量雜物堵在機(jī)組攔污柵前面，一方面改變機(jī)組進(jìn)水水流形態(tài)，阻礙水流流動(dòng)，增大水流阻力，造成大量局部水頭損失，導(dǎo)致相同導(dǎo)葉開度負(fù)荷減少，無形中降低了水能利用，增大了發(fā)電耗水率。桃源有2臺(tái)清污機(jī)，采取了以下措施來減少這部分水頭損失，增加發(fā)電量。1、設(shè)置清污專業(yè)小組，增強(qiáng)清污效率；2、運(yùn)行當(dāng)班人員嚴(yán)密監(jiān)視機(jī)組攔污柵壓差，并進(jìn)行相應(yīng)記錄，當(dāng)壓差超過0.2m時(shí)應(yīng)系清污小組清污；3、加強(qiáng)機(jī)組進(jìn)水口巡視，當(dāng)進(jìn)水口攔污柵前雜物較多時(shí)考慮清污；4、清渣應(yīng)盡量在低谷時(shí)期進(jìn)行，以進(jìn)行調(diào)峰保證電網(wǎng)安全運(yùn)行和提高發(fā)電效益。及時(shí)對(duì)攔污柵進(jìn)行清污降低水頭損失，不僅是非常必要的降耗措施，也是非常重要的安全措施。

5、 結(jié)語

水電廠發(fā)電運(yùn)行與調(diào)度和氣候水情關(guān)系密切，發(fā)電與防洪、航運(yùn)存在著矛盾，水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行涉及面廣且較為復(fù)雜。上述措施是簡(jiǎn)單概述，還需結(jié)合水情預(yù)報(bào)、運(yùn)行管理、發(fā)電營(yíng)銷、科學(xué)指標(biāo)分析等，研究出具有實(shí)用性的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行體系，以達(dá)到發(fā)電效益最大化的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 聶金恒 陳嘉；凌津?yàn)┧娬矩灹魇綑C(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究；水電站機(jī)電技術(shù)研討會(huì)論文集；2010

作者簡(jiǎn)介：嚴(yán)國(guó)章，男，（1983-） ，湖北天門人，大學(xué)本科畢業(yè)，工程師，從事水電站運(yùn)行管理工作。