來水偏枯形勢下集控水電廠的提質增效措施

余 偉

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410000；2.湖南省水電智慧化工程技術研究中心，湖南 長沙 410000）

0 引言

五凌電力有限公司發電集控中心于2010年成立，目前控制運行著公司13個集控水電廠，這些水電廠分布在湖南沅水、資水、湘江3個流域形成梯級水電站群，總裝機容量469.5萬kW。目前各集控電廠的水庫調度和發電經濟運行工作均由集控中心負責。

長期以來，水電廠的經濟運行主要是通過優化水庫調度，抬高庫水位進而提高發電機運行水頭來降低耗水率，在同樣水量下發出更多電量，從而增加發電效益。但自2022年7月~2023年底，因為持續偏強的副熱帶高氣壓作用導致長江中下游地區持續干旱，湖南地區受影響非常明顯，沅水流域來水較往年減少50%，資水流域來水較往年減少60%，湘江來水較往年減少55%。來水減少對水電廠發電效益影響巨大，如何在來水偏枯的形式下，充分發揮水電站的發電潛力，提高發電效率，獲得最大經濟效益，是集控水電工作的重中之重[1，2]。本文旨在分析來水偏枯形勢下集控水電廠經濟運行的影響因素，從優化水庫調度、提升運行管理、設備改造等方面提出相關的提質增效措施。

1 優化水庫調度相關提質增效措施

水庫調度是指在確保水庫安全的前提下，掌握各流域的天氣狀況及水情特性，準確預測和接受來水流量的變化情況，充分發揮流域內季調、年調、多年調節水庫的調蓄作用，豐水期錯峰、枯水期補水，及時調整機組運行方式，降低耗水率，使水庫的效益最大化。目前主要采取的措施有骨干水庫汛前消落、汛末蓄水、洪前騰庫、攔蓄洪尾、人工增雨、汛期水位動態控制等。

1.1 汛前消落、汛末蓄水、洪前騰庫

湖南流域汛期為每年4月1日~9月30日，主汛期為5月1日~8月31日。骨干水庫在汛期來臨前進行水位消落，可以保證減少棄水損失，在汛末將庫水位抬高運行，可以降低綜合耗水率。進入汛期后，抓住時機進行大發滿發，利用洪水來臨前加大發電出力消落庫水位，減少棄水量。這就需要集控水庫調度部門根據多年來水數據結合實際來水情況合理制定水位消落和發電計劃，做到“年估測、月計劃、周調整、日跟蹤”，確保發電效益最大化。

1.2 攔蓄洪尾

集控水電廠在某場洪水泄洪過程中，在入庫流量大于滿發流量的情況下，通過預報提前關閘攔蓄洪尾，則從停止泄洪開始，至本場洪水退至入庫流量小于等于滿發流量為止，期間多攔蓄且被發電利用的水量所發的發電量計算方法：

1.3 人工增雨

在來水偏枯的情況下，可以根據天氣情況在流域骨干水庫區域開展人工增雨作業，增加的入庫水量，提高梯級水電站發電，增加的發電量計算方法：

式中：W人工增雨i為第i時段人工增雨增加的水量；W棄i為人工增雨期間第i時段的棄水量；ηij平均為第i時段人工增雨增加的入庫水量能被第j水電站發電利用的該電站平均發電耗水率；m、n分別為人工增雨可被利用的水電站個數、人工增雨次數。

1.4 汛期水位動態控制

汛限水位又稱防洪限制水位、汛期控制水位，是協調防洪與興利的關系，確保水庫發揮防洪功能而設定的水位參數指標。在正常年份各水庫嚴格按照汛限水位執行，可以有效保障度汛安全。來水偏枯年份，在保證汛期水庫大壩防洪安全的前提下，根據來水預測情況向防汛主管部門申請并經同意后，集控水電廠通過動態控制汛限水位，在未發生開閘泄洪的情況下，庫水位從原設計汛限水位上升又回落至原設計汛限水位期間，利用超汛限水位的蓄水量增發電量計算方法：

式中：W超蓄為水電站動態控制汛限水位期間超蓄且發電利用的總水量，m3；n為庫水位回落至汛限水位前重復利用庫容進行調蓄的次數；Wi為庫水位回落至汛限水位前第i次重復利用庫容的調蓄水量，m3為動態控制汛限水位過程的平均發電耗水率，m3/kW·h。

2 集控運行相關提質增效措施

五凌集控不僅負責水庫調度工作，也負責各集控電廠的發電運行工作，包括遠程監控、開停機、負荷調整、“兩個細則”管理等，可以從上述工作的日常管理工作方面采取提高發電機運行效率的提質增效措施。

水輪發電機的運行效率是指水流能夠轉化為電能的效率，通常用水能轉換效率表示。計算方法為：水輪發電機發出的電能所占水能總量的比例，即發電機的輸出功率與水的輸入功率之比。水輪發電機在70%～100%的額定負荷范圍內運行時效率較高。這是因為在該負荷范圍內，水輪機的水能轉換效率較高，能夠將水能有效地轉化為機械能，并通過發電機將機械能高效地轉換為電能。同時，在這個負載范圍內，發電機的內部損耗和外部負載匹配較好，使得整體運行效率較高[3]。從運行管理的角度提高發電機運行效率主要可以采取以下幾種措施：

（1）優化機組的啟停方式。對機組的啟停環節進行細致研究，依據設備存在的問題、機組效率、系統需求以及廠用電的可靠性等因素，制定出機組的開機和停機優先策略。在相同條件下，應優先啟動單位耗水量較小的機組和漏水量較大的機組。效率高的機組應最后停機，效率低的機組應先停機。當單臺機組解列停機后，根據全廠的總體負荷，結合當前的水頭狀況，及時且合理地調整其他運行機組的負荷分配，確保每臺運行中的機組都在高效區域內運行，以保持全廠并網運行的機組具有最高的總效率。

（2）當全廠出力固定的時候，盡可能與電網調度機構協調申請以最小的機組臺數來滿足發電要求，及時調整各發電機組出力，減少機組旋轉備用或空載調壓的時間，使機組在高效率區間運行，從而提高機組運行效率。

（3）攔污柵壓差增大，水流受到的阻力增加，水輪機進口的水流速度減小，水輪機效率降低。為了提高水輪發電機的運行效率，需要定期清理攔污柵上的垃圾和泥沙，保持攔污柵的暢通，從而減小攔污柵壓差對水輪發電機運行效率的影響。

（4）電網輔助服務市場開啟后，夜間系統負荷較低時，火電普遍開啟深調，可以在及時了解該情況后，相應停下水電機組，減少分攤電量。

（5）機組停機后，應及時停運相關輔助設備，減少廠用電量損失，通過降本增效提升經濟效益。

（6）水輪發電機冷卻水系統運行應進行優化，以確保在機組停機時停止供水，在開機時恢復供水，從而降低機組在停機狀態下的水量損失。

3 結語

在來水偏枯形勢下，流域梯級水電站經濟運行面臨諸多困難。本文分析了梯級水電站經濟運行的影響因素，并提出了相應的經濟運行措施。包括優化水庫調度，抬高庫水位，提高水能利用效率、優化機組運行方式、降本增效等。在實際應用中，需要根據具體情況制定相應的措施，實現梯級水電站的經濟高效運行。