大型水電站枯水期典型月運行方式的分析與優化

王剛，于步亞

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川省成都市 610051）

大型水電站枯水期典型月運行方式的分析與優化

王剛，于步亞

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川省成都市 610051）

本文結合二灘水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一年的數據進行類比分析，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。

三機運行；廠用電方式；經濟性；可行性

1 概述

二灘水電站自2015年12月31日正式完成了調度權的轉移，由原來的四川省調直調轉變為國家電網西南調控中心直接調度。這一調度權的轉變，為二灘電站的經濟高效運行，提供了良好的契機。目前，國網西南分調直接調度的電站只有二灘水電站一個站，對二灘的電壓和頻率要求更加寬松。因此，在滿足電網安全的前提下，降低電站的耗水率[1-3]，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

2016年1月平均耗水率為2.23m3/kWh，高于2015年同期水平（2.19m3/kWh）。2016年1月日平均并網機組臺數為4.98臺，高于2015年同期的3.99臺；機組平均發電負荷407.3MW，低于2015年同期水平（454.33MW），見表1。

2.2 供電與廠用電分析

2016年1月總供電量為100286.2萬kWh，相比2015年同期增加10803.2萬kWh。2016年1月廠用電量237.813萬kWh，比2015年同期增加29.743萬kWh，月廠用電率為0.157%，與2015年同期水平（0.15%）持平。綜合廠用電由勵磁系統損耗、廠用高壓變壓器損耗、主變壓器損耗以及廠用電組成，1月綜合廠用電率0.476%，高于2015年同期的0.39%，原因為綜合廠用電比2015年同期高，發電量比2015年同期也有增加，且增加的幅度相似，見表2。

表1 耗水率分析相關數據表Tab. 1 An analysis related data table

二灘水電站廠用電主要有以下電動機負荷：根據運行時間通過其額定功率計算耗電量。

表2 供電及廠用電統計表Tab. 2 Statistics of the power and auxiliary power

表3 主要輔助設備統計表Tab. 3 Statistics of main auxiliary equipment

（1）2016年1月6臺6kV檢修排水泵運行時間總共為102.25h。總耗電量為：260×102.25=26585.0kWh。

（2）2016年1月6臺6kV滲漏排水泵運行時間總共為129.94h。總耗電量為：260×129.94=33784.4kWh。

（3）機組技術供水泵只在機組運行時才啟動，機組停機備用時停運。2016年1月全運行時間總共為：31×24=744h。而目前6臺機組1月的平均并網機組臺數為4.69臺，所以6臺發電機的機組技術供水泵總運行時間為：744×4.69=3489.36h；總耗電量為220×3489.36=767659.2kWh。

（4）主變壓器技術供水泵只在主變壓器運行時才啟動，主變壓器停運時則停運。2016年1月全運行時間總共為：31×24=744h。另外，2號機變壓器檢修時間為1月8日00時至24日14時，總長為：（24-8）×24+14=524h，則其主變壓器技術供水泵運行時間為：744-524=220h。所以6臺機組主變壓器技術供水泵運行總時長為：5×744+220=3940h；總耗電量為55×3940=216700kWh。

（5）2016年1月2臺調速器空壓機運行時間總共為30h。總耗電量為：30×30=900kWh。

（6）主變壓器豎井風機有3臺一直處于運行狀態。主變壓器豎井風機總運行時間為：744×3=2232h。總耗電量為：90×2232=200880kWh。（說明：該電量僅為主變壓器豎井風機的耗電量）

（7）2016年1月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。

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=89h。

表4 機組輔助壓油泵運行時間統計表Tab. 4 Statistics of the unit auxiliary pressure oil pump running time

總耗電量為：14.7×89=1308.3kWh。

將上述負荷及其耗電量匯總如表5所示。

表5 主要輔助設備耗電量統計表Tab. 5 Main auxiliary equipment power consumption statistics

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、11月和12月。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，高峰時段為早上7時至早上11時，晚上19時至23時；平段時刻為11時至19時；低谷時段為當晚11時至次日早上7時，各時段均為8h。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一臺機，就可以節約廠用電為（287×1936＝）55.56萬kWh。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[4-8]。

3.2 機組運行可行性分析

3.2.1 機組有功分析

二灘水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1172m時，發電水頭大于157m，機組運行最大有功出力為550MW，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1155m時，機組運行最大有功出力降至470MW。因此機組最大有功運行范圍為470～550MW。

3.2.2 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[9]，二灘水電站處于遠離負荷中心，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。當機組有功功率越大，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Tab. 6 Generator leading phase operation field of low excitation limit

3.2.3 電網對二灘的調控規定

3.2.3.1 電網對二灘出力規定

根據二灘水電站的典型日負荷96點曲線，從日平均負荷曲線可以看出以下五個特點：

（1）00：00～08：15，機組負荷基本上處在900～1000MW，此時根據機組當前水頭下的出力機組最大出力范圍為1410～1650MW，則在此期間三臺機組運行完全滿足負荷要求；

（2）08：15～12：00，機組負荷在1500～1800MW，此時處于負荷的峰段，需要四臺機組運行，便于調整系統電壓及頻率；

（3）12：00～14：00，機組負荷較輕，處于1300～1500MW，經過適當調整即可滿足三臺機組運行負荷要求；

（4）14：00～22：30， 機 組 負 荷 在 1500～1800MW，此時需要滿足負荷曲線要求必須采用四臺機組運行。

（5）22：30～24：00，機組負荷在1000～ 1300MW，此時滿足負荷曲線要求可采用三臺機運行。

3.2.3.2 電網對二灘電壓規定

二灘水電站枯水期電網下發的500kV電壓曲線控制要求，見表7。

表7 二灘500kV典型電壓曲線Tab. 7 Ertan typical 500 kV voltage curve kV

（1）22：16～08：15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524kV左右控制系統電壓，運行則需要四臺機組運行，當500kV系統電壓在526kV以上運行時，根據日負荷曲線和機組低勵限制曲線，運行三臺機組即可滿足上述。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。

（2）11：46～14：30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529～530kV，根據日平均負荷曲線，此時段負荷滿足三臺機組運行即可滿足系統要求。

（3）08：16～11：45、14：31～22：15時段，電壓曲線525～534kV，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，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，必須四臺機組運行。

同時，分析典型10日系統電壓情況，電壓基本運行在524～530kV，由于電站采用逆調壓[2-3]方式，因此在電壓高于530kV時，機組總有功高于1100MW，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524～525kV，機組總有功在900～1100MW時，機組總無功均在-550～-450Mvar。524～525kV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，則三臺機組運行時電壓也可滿足要求。

（4）電壓為525～526kV時，機組總有功在1000～1500MW時，機組總無功均在-500Mvar左右。525kV為08：16～11：15、14：31～22：15時段的電壓曲線下限，要滿足電壓調整要求，則需要四臺機組運行才可滿足電壓和有功的要求。

（5）電壓運行在530kV時，此時機組總無功約為-450～-400Mvar，要滿足電壓調整要求，則機組總有功應在1000MW以上就可以。

3.2.3.3 電網對二灘備用容量規定

因目前國家電網西南分調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負旋轉備用容量，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，二灘水電站至少預留負荷為2000MW×0.05=100MW。

4 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三臺機組運行，即可滿足負荷曲線900～1300MW要求，同時也滿足電壓下限524kV要求，系統旋轉備用容量機組1650MW-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，必須四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三臺機組運行，但負荷漲起來就需要增開一臺機組；在水位偏高時為了減少機組頻繁開停機可保持四臺機組運行。

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，主變壓器和廠用高壓變壓器繼續在網上運行。如果根據季節變化和機組并網臺數的不同，停用主變壓器和廠用高壓變壓器，則可減少主變壓器和廠用高壓變壓器的空載損耗，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，即使有一臺機組檢修，每年在枯、平水月份的低谷時段內，也至少可以停運一個主變壓器單元而不影響廠用電的可靠供電。

5 結束語

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，結合二灘水電站機組運行特性，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。最終得出了三臺機組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，在保證電網運行的安全和穩定前提下，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。

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Large Hydropower During Dry Operation Mode Analysis and Optimization of a Typical Month

WANG Gang，YU Buya
（Yalong River Hydropower Development Company，Chengdu 610051，China）

This paper combines the actual conditions of Ertan hydropower station in recent years the mutagenicity in typical operation conditions and the data compared with the previous year’s data analysis，and through the simple arithmetic calculations，hydropower stations in the unit operation mode arrangement，auxiliary power operation mode can be optimized arrangement；Finally focus on mutagenicity the actual operation mode has carried on the efficiency and feasibility analysis，through the characteristics of the electric load changes and grid connection mode and the requirements of the spare capacity，optimize the operation mode of the unit.

compressors run；auxiliary power；economy；feasibility

TV72

A

570

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.02.015

2016-08-19

2016-09-28

王 剛（1986—），男，工程師，主要研究方向：從事水電站運行維護工作。E-mail：wang_gang0319@163.com.cn