淺談雜谷腦流域梯級水電站水庫優(yōu)化調(diào)度與經(jīng)濟(jì)運行

李彬

（四川華電雜谷腦水電開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610095）

0 引言

雜谷腦流域梯級水電站群承擔(dān)著發(fā)電和生態(tài)綜合任務(wù)，微小的調(diào)度方式優(yōu)化將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)、社會效益提升。實施水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度不僅可以協(xié)調(diào)各水電站水量與水頭的相互配合，充分挖掘其自身的潛在效益，而且可以利用各級水電站之間的水力、電力聯(lián)系，實現(xiàn)梯級整體效益最大化。

流域優(yōu)化調(diào)度及經(jīng)濟(jì)運行管理是直接影響公司經(jīng)濟(jì)效益的主要因素，其主要任務(wù)是強化水庫優(yōu)化調(diào)度，合理制定發(fā)電調(diào)度計劃，降低機(jī)組發(fā)電耗水率、發(fā)電能耗和加強設(shè)備管理工作，確保電站安全、經(jīng)濟(jì)、高效地運行?；诖?，本文在以雜谷腦流域梯級水電站水庫優(yōu)化調(diào)度為例基礎(chǔ)上展開相關(guān)分析。

1 現(xiàn)狀分析

（1）獅子坪電站：裝機(jī)3×65MW；年設(shè)計發(fā)電量8.76 億kWh；2010 年3 月投產(chǎn)；多年平均耗水率1.06；設(shè)計耗水率1.05；耗水率對標(biāo)值1.05；多年平均水量利用率88.66%。

（2）紅葉二級電站：裝機(jī)3×30MW；設(shè)計年發(fā)電量4.66 億kWh；2002 年10 月投產(chǎn)；多年平均耗水率2.86；設(shè)計耗水率2.85；耗水率對標(biāo)值2.73；多年平均水量利用率74.33%。

（3）薛城電站：裝機(jī)3×46MW；設(shè)計年發(fā)電量6.492 億kWh；2007 年12 月投產(chǎn)；多年平均耗水率2.83；設(shè)計耗水率2.94；耗水率對標(biāo)值2.78；多年平均水量利用率79.66%。

（4）古城電站：裝機(jī)3×56MW；設(shè)計年發(fā)電量8.07億kWh；2010 年11 月投產(chǎn)；多年平均耗水率3.01；設(shè)計耗水率3.18；耗水率對標(biāo)值2.97；多年平均水量利用率72.84%。

2 優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)及重要性

（1）提高流域水資源利用率，是國家節(jié)能減排政策的必然要求。

（2）圍繞重點難點問題開展精益管理，是響應(yīng)公司全面推行精益管理的要求。

（3）提升公司經(jīng)濟(jì)運行水平，實現(xiàn)綜合效益最大化，是企業(yè)生產(chǎn)運行的內(nèi)在需求。

（4）雜谷腦河流域獅子坪龍頭水庫調(diào)節(jié)能力強，各梯級水電站距離較近，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度將有利于充分發(fā)揮梯級水電站各自的特點，產(chǎn)生更大的節(jié)能綜合效益。

（5）枯水期，獅子坪水庫可對下游紅葉二級、理縣、甘堡、薛城和古城電站進(jìn)行補償調(diào)節(jié)，使雜谷腦梯級水電站枯期的發(fā)電能力有大幅度的提高。

主要思路如下。

（1）成立精益課題小組，梳理發(fā)電全過程，查找耗水率高的環(huán)節(jié)并進(jìn)行診斷、分析。

（2）對各廠經(jīng)濟(jì)運行進(jìn)行分析，制定單站最優(yōu)運行方式。

（3）總結(jié)流域優(yōu)化調(diào)度原則，制定典型優(yōu)化模型。

（4）降低流域綜合耗水率；提高公司整體發(fā)電量。

3 雜谷腦流域各站經(jīng)濟(jì)運行分析

（1）效率：機(jī)組在低負(fù)荷區(qū)運行時，水輪機(jī)綜合效率較低，耗水率較高。

（2）開機(jī)方式：在避開振動區(qū)的情況下，根據(jù)負(fù)荷情況，盡量減少開機(jī)臺數(shù)；需多臺機(jī)組運行的情況下，在整體負(fù)荷較輕時，采用一臺或兩臺機(jī)帶額定、一臺機(jī)帶剩余負(fù)荷，耗水率較低；在整體負(fù)荷偏重時，采取多臺機(jī)均分負(fù)荷，耗水率較低。

（3）耗水率：如圖1 所示，在兩臺及以下機(jī)組運行時，機(jī)組耗水率總體受負(fù)荷率增長呈減小趨勢，在三臺機(jī)組運行時，機(jī)組耗水率受負(fù)荷變化影響不大，且耗水率較高。因此，原則上枯水期保持機(jī)組在高負(fù)荷段運行，盡量避免3 臺機(jī)同時運行。

圖1 紅葉二級電廠負(fù)荷-耗水率曲線

理縣、甘堡、薛城、古城總體經(jīng)濟(jì)運行原則與紅葉二級一致。耗水率，受水頭水位影響，且成負(fù)相關(guān)關(guān)系，盡量保持高水頭運行。

獅子坪運行水頭變化較大，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)計水頭時，機(jī)組達(dá)不到額定出力，并隨水頭降低，出力逐步減少，在死水位時，全廠出力降至170MW。

因獅子坪機(jī)組運行水位跨度較大，在中高水頭（2490m）以上運行時，經(jīng)濟(jì)運行原則不變（紅二、薛古），但在低于設(shè)計水頭（390m）時，因出力受限及效率跨區(qū)影響，兩臺機(jī)及以上運行時，總體負(fù)荷率超過70%時，隨著負(fù)荷增加，耗水率呈上升趨勢。

4 雜谷腦流域梯級水電站水庫優(yōu)化調(diào)度措施

4.1 流域優(yōu)化調(diào)度管理

（1）按照集團(tuán)公司水庫優(yōu)化調(diào)度管理辦法，做好各階段流域優(yōu)化調(diào)度工作。在協(xié)調(diào)好電網(wǎng)、防汛、發(fā)電基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮獅子坪水庫調(diào)節(jié)性能，以流域發(fā)電綜合效益最大化為目標(biāo)，合理統(tǒng)籌利用來水與水頭，充分挖掘各電站經(jīng)濟(jì)運行的潛力。

（2）流域優(yōu)化調(diào)度以長、中、短期三者緊密結(jié)合。長期優(yōu)化調(diào)度是在分析歷史徑流資料，對水庫來水做中長期預(yù)報的前提下，推求水庫年內(nèi)逐月水位控制目標(biāo)；中期優(yōu)化調(diào)度是將長期優(yōu)化的目標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化，結(jié)合實際來水情況，對水庫來水滾動（旬、日）預(yù)報，并依據(jù)電網(wǎng)實際負(fù)荷需求調(diào)整逐旬（日）水庫運行發(fā)電計劃；短期優(yōu)化調(diào)度是以梯級水能利用最大化為目標(biāo)，結(jié)合電網(wǎng)每日電量計劃及電力系統(tǒng)限制情況實現(xiàn)站間最優(yōu)負(fù)荷分配，降低機(jī)組耗水率，最大化增加發(fā)電量。

（3）枯水期，流域優(yōu)化調(diào)度以不出現(xiàn)非正常棄水和降低耗水率為原則：①獅子坪水庫水位每年11 月底蓄至最高水位，次年4 月消落至死水位。水庫水位一般按蓄能值均衡消落，但應(yīng)根據(jù)下游各站經(jīng)濟(jì)運行情況，做適當(dāng)調(diào)整。②枯水期應(yīng)充分利用薛城、古城電站水庫日調(diào)節(jié)作用，匹配上游來水，做到站間經(jīng)濟(jì)運行。③獅子坪電量計劃安排應(yīng)結(jié)合下游各站區(qū)間來水進(jìn)行統(tǒng)籌，滿足經(jīng)濟(jì)運行原則，最大限度降低流域綜合耗水率。

（4）汛期，流域優(yōu)化調(diào)度以提高水能利用率、降低廠用電為原則：①汛期應(yīng)利用獅子坪水庫調(diào)節(jié)作用，兼顧發(fā)電計劃盡量減少下游各級電站棄水，提高水量利用率；伏旱期間，獅子坪水庫應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)補水，增加流域發(fā)電量。②紅葉二級、理縣、甘堡、薛城、古城電站在汛期應(yīng)參照獅子坪下泄流量和庫區(qū)間支流來水情況，在盡量保證入庫和出庫平衡的情況下，盡量保持高水位運行，降低機(jī)組耗水率和提高水能利用提高率。③廠區(qū)水泵、通風(fēng)及照明系統(tǒng)杜絕非必要啟停，降低廠用電量。

（5）生產(chǎn)技術(shù)部（信息管理部）按照“以水定電”的原則組織編制年度調(diào)度控制運行計劃，優(yōu)化電站出力，減少棄水，提高水能利用率。

（6）運行維護(hù)部根據(jù)流域水文預(yù)報要求加強與地方氣象部門合作，做好短、中、長期降水預(yù)報，對重大降水過程應(yīng)跟蹤滾動預(yù)報。做好水、雨情報送工作，水庫調(diào)度、調(diào)洪演算等方面的資料、有關(guān)的分析圖表、曲線均應(yīng)裝訂成冊，建立各類設(shè)備、技術(shù)資料臺賬。

（7）市場營銷部、生產(chǎn)技術(shù)部（信息管理部）和運行維護(hù)部在編制發(fā)電計劃時應(yīng)綜合考慮水電站的機(jī)組工況、水庫運行條件及電網(wǎng)需求，在保證電網(wǎng)及水電站安全運行的前提下，實現(xiàn)水電站綜合效益最大化。

（8）運行維護(hù)部應(yīng)實時掌握紅葉二級、理縣、甘堡、薛城、古城電站短期來水情況，編制相應(yīng)日運行計劃，庫水位應(yīng)盡量維持在較高位置運行。運行維護(hù)部要加強設(shè)備巡視，杜絕輔機(jī)非必要啟停，降低廠用電量。

4.2 各站經(jīng)濟(jì)運行優(yōu)化管理

（1）運行維護(hù)部應(yīng)按照調(diào)度要求，根據(jù)機(jī)組效率、穩(wěn)定性、空蝕等綜合特性確定機(jī)組最優(yōu)運行方式，減少因開、停機(jī)造成的水量損失，減少機(jī)組空轉(zhuǎn)運行時間，有效提高水能利用率。具體經(jīng)濟(jì)運行原則如下：①開機(jī)方式：在避開振動區(qū)的情況下，根據(jù)負(fù)荷情況，盡量減少開機(jī)臺數(shù)；需多臺機(jī)組運行的情況下，在整體負(fù)荷較輕時，采用一臺或兩臺機(jī)帶額定、一臺機(jī)帶剩余負(fù)荷，耗水率較低；在整體負(fù)荷偏重時，采取多臺機(jī)均分負(fù)荷，耗水率較低。②耗水率：在兩臺及以下機(jī)組運行時，機(jī)組耗水率總體受負(fù)荷率增長呈減小趨勢，在機(jī)組全部運行時，機(jī)組耗水率受負(fù)荷變化影響不大，且耗水率較高。所以，原則上枯水期保持機(jī)組在高負(fù)荷段運行，盡量避免機(jī)組全部同時運行?？菟?，在安排日發(fā)電計劃時，負(fù)荷率控制在25%～67%，能夠通過優(yōu)化運行方式使耗水率維持在較低水平。③獅子坪機(jī)組運行水位跨度較大，在中高水頭2490.00m 以上運行時，以上述原則開展經(jīng)濟(jì)運行工作；但在低于設(shè)計水頭390m時，機(jī)組達(dá)不到額定出力，并隨水頭降低，出力逐步減少，在死水位2460.00m 時全廠出力降至170MW，因出力受限及效率跨區(qū)影響，兩臺機(jī)及以上運行時，總體負(fù)荷率超過70%時，隨著負(fù)荷增加，耗水率呈上升趨勢。理縣、甘堡、電站因有自己的供區(qū)，發(fā)電量受調(diào)度影響較小。枯水期在保證不棄水的前提下，投運最少的機(jī)組運行。

（2）集控中心每月對水能利用提率、水量利用率、發(fā)電耗水率等經(jīng)濟(jì)運行指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計分析，制定經(jīng)濟(jì)運行方案。

（3）運行維護(hù)部做好計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、自動化設(shè)備的運行管理，提高機(jī)組自動化水平，結(jié)合集團(tuán)公司遠(yuǎn)程診斷平臺的建設(shè)，實現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)運行經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的實時監(jiān)測和控制，保證發(fā)電機(jī)組在經(jīng)濟(jì)高效和合理工況下運行。

（4）運行維護(hù)部定期對綜合廠用電量進(jìn)行分類統(tǒng)計，合理進(jìn)行評價分析，加強生產(chǎn)生活用電管理，采取有效措施，降低綜合廠用電率。

4.3 設(shè)備設(shè)施管理主要內(nèi)容

（1）生產(chǎn)技術(shù)部（信息管理部）對影響廠用電率、綜合廠用電率以及設(shè)備經(jīng)濟(jì)性能的問題要制定解決方案，進(jìn)行處理，積極采用先進(jìn)的調(diào)頻、LED 等技術(shù)，進(jìn)行必要的檢修和技術(shù)改造，降低設(shè)備能耗。

（2）生產(chǎn)技術(shù)部（信息管理部）、運行維護(hù)部應(yīng)做好水工建筑物及泄洪設(shè)施的運行維護(hù)管理，防止影響水庫蓄水和防洪調(diào)度；應(yīng)做好尾水河道的綜合治理，防止尾水位抬高。對進(jìn)出水口、攔污柵等外部過流流道進(jìn)行定期檢查、處理，減少水頭損失。

（3）運行維護(hù)部應(yīng)對閘門漏水量、導(dǎo)葉漏水量進(jìn)行測量與分析處理，保證水能的有效利用。閘門和導(dǎo)葉漏水量應(yīng)滿足規(guī)程要求（閘門在承受設(shè)計水頭壓力時，通過任意1m 長止水范圍內(nèi)漏水量每秒鐘不應(yīng)超過0.1L）。

（4）運行維護(hù)部定期對發(fā)電設(shè)備油耗、滲漏點進(jìn)行統(tǒng)計分析，保證設(shè)備滲漏率≤0.2‰。加強油料保管，減少油料的滲漏和蒸發(fā)，杜絕跑油、冒油、漏油的現(xiàn)象，并對輔助設(shè)備的運行進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化。

（5）運行維護(hù)部和運行維護(hù)部應(yīng)做好機(jī)電設(shè)備巡回和維護(hù)檢修工作，確保設(shè)備健康，保證機(jī)組開得出、頂?shù)蒙?、穩(wěn)得住。

5 優(yōu)化運行調(diào)度成果

經(jīng)優(yōu)化調(diào)度后，各站枯期綜合耗水率較多年平均減少1.29%；汛期各站水量利用率較多年平均提高3.08%；電量較同期增加6.18%。各水庫達(dá)到效果如圖2、圖3 所示。

圖2 流域枯期耗水率對比

圖3 流域枯期電量對比

6 結(jié)語

綜上所述，為更好地保障雜谷腦流域梯級電站優(yōu)化調(diào)度，已建立組織機(jī)構(gòu)，制定管理辦法，針對成果，修訂了水庫調(diào)度方案，同時制定培訓(xùn)計劃，開展專項培訓(xùn)，并定期分析總結(jié)，固化成果。