巨型水電站機組投產初期安全運行分析

劉金華，胡晨賀，鄧兆鵬，劉 峰，李世豪

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都610051）

1 電站概況

錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河彎上，是雅礱江干流上的重要梯級電站[1～4]。其上游緊接具有年調節水庫的龍頭梯級錦屏一級水電站，下游依次為官地、二灘和桐子林水電站。該水電站利用雅礱江150km大河彎的天然落差，通過長約16.67km的引水隧洞，截彎取直，獲得水頭約310m。電站總裝機容量4800MW，單機容量600MW，額定水頭288m，多年平均發電量242.3億kW·h，保證出力1972MW，年利用小時5048h。

2 動水調試期運行

2.1 動水調試期運行原則

根據《GB/T8564-2003水輪發電機組安裝技術規范》、《DL507-2002水輪發電機組啟動試驗規程》等規范所要求的試驗項目，機組需進行過速試驗、帶負荷試驗和甩負荷試驗等。由于錦屏二級水電站具有引水系統長的特點，現場試驗時應務必使引水系統和機組的運行工況盡可能單一，盡量避免短時間內工況頻繁轉換。因此，本章計算的主要目的，在于研究和提出機組由一種運行工況進入另一種運行工況至穩定狀態所需要的最短恢復時間要求。本章計算過程中，增減負荷導葉開啟/關閉全行程采用150s一段直線規律計算，機組甩負荷導葉關閉全行程采用13s一段直線規律計算。

在機組動水調試過程中，機組和引水系統的初始狀態參數、過渡過程各項指標變化過程，以及過渡過程穩定后的最終狀態參數都應被記錄在案。我院將根據試驗內容開展過渡過程仿真計算研究和試驗結果對比分析工作，以驗證設計邊界條件的精確度。并根據各項指標的偏差幅值，對初期運行階段和正常運行階段的運行要求進行修訂和完善。對比分析工作則要求工況變化前的初始狀態盡量穩定，避免產生水力和功率波動，從而使計算和實測邊界條件產生較大的差異。

調試階段本著“安全、穩妥”的思路，機組調試階段的基本原則為：當機組增或甩負荷后，按調壓室的水位波動總振幅小于5m或水位波動基本平穩后，再進行下一個機組甩或增負荷操作指令。

2.2 動水調試工況

根據《GB/T8564-2003水輪發電機組安裝技術規范》要求，機組甩負荷試驗，應在額定負荷的25%、50%、75%、100%下分別進行，并記錄有關參數值。在進行甩負荷試驗前，首先需把機組負荷增至甩負荷試驗要求的指定負荷，穩定后再進行甩負荷試驗。由于本電站長引水系統的特性，機組在增負荷和甩負荷過程中，調壓室的涌浪波動幅值相對較大，衰減時間長。為保證甩負荷試驗時調壓室水位盡量平穩，應盡可能控制甩負荷操作指令發出前和機組重新啟動增負荷前調壓室涌浪波動的幅值。表1中的1號工況表示了機組進行額定負荷的25%、50%、75%、100%逐級甩負荷試驗過程，其目的是在嚴格控制調壓室涌浪振幅（初步考慮1個周期內的調壓室涌浪振幅應不超過5m）的原則下，研究機組增至指定負荷直至甩負荷操作指令允許發出時的恢復時間，以及甩指定負荷操作指令發出后至機組重新啟動指令允許發出時的恢復時間。

表1 動水調試階段研究工況

2.3 動水調試階段的調試要求

根據動水調試階段的基本原則和調壓室水位波動分析的計算結果，在機組調試階段，當以調壓室的水位波動總振幅小于5m為控制值時，各級甩負荷試驗時，機組操作指令有以下要求：

（1）增減負荷時導葉開啟和關閉全行程采用150s一段直線規律。

（2）增負荷至150MW（25%額定負荷）后，需等待至少1.6h方可允許甩負荷150MW操作指令發出；甩負荷150MW后，需等待至少2.2h方可允許后續增負荷操作指令發出。

（3）增負荷至300MW（50%額定負荷）后，需等待至少1.6h方可進行甩負荷300MW操作指令發出；甩負荷300MW后，需等待至少2.5h方可允許后續增負荷操作指令發出。

（4）增負荷至450MW（75%額定負荷）后，需等待至少1.8h方可進行甩負荷450MW操作指令發出；甩負荷450MW后，需等待至少2.6h方可允許后續增負荷操作指令發出。

（5）增負荷至600MW（100%額定負荷）后，需等待至少2.7h方可進行甩負荷600MW操作指令發出；甩負荷600MW后，需等待至少2.6h方可允許機組增負荷操作指令發出。增減不同負荷等待的時間間隔詳見表2。

（6）在上述負荷區域運行時，若機組位于異常振動區域，應略調整負荷幅值使機組處于穩定運行狀態。

（7）由于計算理論及邊界條件和實際情況的差異，在現場甩負荷試驗過程中，可根據調壓室實際監測水位衰減情況，現場會議討論決定等待的間隔時間是否需要進行調整。

（8）對如要開展水力學試驗的項目，為了保證試驗的精確性，開展水力學試驗前應保證調壓室初始水位平穩后方可進行試驗。

（9）需要強調的是：在機組動水調試階段，除必須同時進行的2臺機組動水調試的試驗項目外，只允許同一水力單元其中1臺機組開展帶負荷調試工作，即當1臺機組帶負荷調試時，另外1臺機組處于停機狀態。如果1臺機組進入72h試運行或正常帶負荷運行，則另1臺機組只允許進行不帶負荷的調試試驗工作，且不允許進行電氣或機械過速試驗。

（10）動水調試階段如有減負荷工況發生，其控制時間與甩同等容量的甩負荷工況相同。

表2 后續操作需等待的時間

3 試運行期運行

3.1 試運行期運行原則

試運行期運行階段，同一水力單元有2臺機組發電，其機組的工況變化要多于調試階段。如果要求機組從一種運行工況進入另一種運行工況時，要等待調壓室涌浪穩定后再進行工況調整，則可能因等待時間過長而影響機組運行的靈活性。同時由于投產的機組臺數不多，可調用的機組臺數有限，對電網需求的響應不夠靈活。而引水系統尚未經歷各種可能工況的考驗，須根據從嚴管理的原則制定引水發電系統的運行要求。因此本章計算的主要目的是按照初期運行中可能出現的工況，制定相對合理的調壓室涌浪穩定指標，并提出機組從一種運行工況轉換到另一種運行工況至相對于調壓室涌浪穩定指標的恢復時間要求。計算過程中，正常增減負荷導葉開啟或關閉全行程總時間采用150s計算，機組甩負荷導葉關閉全行程總時間全部采用13s計算。

初期運行階段機組運行方式的基本要求為：

（1）如果同一水力單元內一次增或減負荷后，需等待調壓室涌浪總振幅小于30m后，方能進行下一個增或減負荷操作；

（2）機組甩負荷工況的原則同上。

3.2 初期運行階段機組運行方式要求

3.2.1 開機增負荷的運行要求

開機增負荷過程中，2臺機不允許同時增負荷。根據初期運行階段機組運行方式的基本原則和調壓室水位波動分析的計算結果，開機增負荷工況所需的間隔時間分別如表3所示。

表3 初期運行階段連續增負荷工況間隔時間匯總表

3.2.2 正常運行增減負荷的運行要求

根據初期運行階段的機組運行基本原則和調壓室水位波動分析的計算結果，初期運行階段正常增減負荷的運行要求如下：

除開機連續增負荷工況之外，對于其他正常增減負荷工況，第1次負荷變量超過300MW的情況，按調壓室涌浪總振幅小于30m后，方能進行下一個操作進行控制；對于第1次負荷變量不大于300MW的情況，對第2次增減負荷量時間基本沒有限制，具體如表4所示。

表4 初期運行階段正常增、減負荷工況間隔時間匯總表單位：min

3.2.3 事故甩負荷后的運行要求

對于事故甩負荷工況，當甩負荷容量超過300MW的情況，按調壓室涌浪總振幅小于30m后，才能進行后續增負荷操作進行控制；對于甩負荷容量不大于300MW的情況，后續增負荷操作時間沒有限制，具體如表5所示。

表5 初期運行階段甩負荷工況間隔時間匯總表單位：min

3.2.4 其他要求

（1）機組操作連續第2次動作結束后，將按照調壓室涌浪波動幅度不大于30m來確定第3次及以后動作的間隔時間；

（2）一次調頻引起的負荷波動可不受上述控制；

（3）以上機組運行控制條件對應上、下游水庫不同水位無變化。

4 結語

本文按照該電站引水系統結構安全控制要求，通過分析機組在動水調試階段的運行要求和運行初期的運行要求著手，在滿足安全要求的前提下，經過理論計算提出了動水階段和運行初期各工況下的運行要求，為電站轉入正常運行階段提供理論基礎，后期還應在初期運行階段積累的經驗基礎之上，進一步優化本文所提出的運行要求，在保證電站安全穩定運行的基礎上，增加電站機組運行的靈活性和方式安排的合理性。