宝珠寺水力发电厂机组运行经济性分析及优化

田明

(华电四川发电有限公司宝珠寺水力发电厂，四川 广元 628003)

1 宝珠寺水力发电厂概况

华电四川发电有限公司宝珠寺水力发电厂位于四川省广元市境内，是嘉陵江水系白龙江干流上第2座水电站，控制流域面积为28 428 km2。该电站是以发电为主，兼有灌溉和防洪等效益的综合利用的大(I)型工程，拦河坝为混凝土实体重力坝，中间坝后式厂房。大坝全长524.48 m，最大坝高132.00 m，坝顶高程595.00 m；总库容25.5亿m3，调节库容13.4亿m3。电站装机4台，单机容量175 MW，设计年发电量23.5亿kW·h。电站出线四回，采用发电机变压器组单元接线方式，以220 kV电压等级并入四川电网。电站于1984年10月开工建设，1996年12月首台机组发电，1998年6月机组全部建成投产发电，担负着四川电网调峰、调频和事故备用的任务。电站投产以来，充分发挥了可调节水库库容和机组快速反应的优势，是川西北地区的重要电源支撑点。

2 经济运行的必要性及目标

水电站经济运行，是以电力系统安全、优质、经济发供电为目标，制订最优运行方式，以一定的水电能源获取最大的发电量。开展水电站经济运行工作，提高水电站运行的管理水平，挖掘潜力，对增加水电站的发电效益、确保电网的安全运行有着重要的现实意义，是充分利用水能资源、减少水能消耗的有效措施，也是水电厂在“厂网分开，竞价上网”的电力系统新体制下降低生产成本的重要手段。水电厂经济运行是在保障安全、可靠发供电以及多目标综合利用的前提下，合理、有效、最大限度地利用水能、节约能源、多发电，以获得最大的经济效益。

宝珠寺水力发电厂机组经济运行的必要性：一是用价值思维的理念充分应对经济增速回落、用电需求下降、水电新增机组多、电力产能过剩压力增大、机组利用小时可能大幅下降等的影响；二是最大限度提升电价执行水平，以应对近年来气候异常、流域来水不确定、发电量难以有效保证而造成的影响。宝珠寺水力发电厂作为具有年调节能力的电站，其经济运行目标为：负荷和水头一定时，厂内机组总耗水率最小；减少机组低负荷及空载运行时间；电量结构合理，提高上网电价执行水平。

3 影响机组经济运行的因素分析

3.1 耗水率

耗水率是衡量水电站经济运行的重要指标，而影响该指标的主要因素之一就是水轮机的运行工况，因此要降低耗水率，必须优化水轮机的运行参数，改善其运行工况。下面从水轮机运行的2个关键参数——工作水头和运行效率出发，进行优化分析。

3.1.1 工作水头

水轮发电机的主要参数为：额定出力,175 MW；额定水头,94.4 m；最大水头,103.0 m；最小水头,68.5 m；额定流量,239 m3/s；额定效率,94%。从这些数据可看出，水头最大变幅达34.5 m。而从水轮机的出力公式N=9.81qVhη不难分析运行水头与出力的关系：对理想状态而言，在效率η和流量qV不变的情况下，水头h与出力成正比，运行水头越高，机组出力就越大。也就是说，水头越高，水轮发电机组耗水率就越低。表1为宝珠寺水力发电厂水轮机在不同负荷、不同水头下的耗水率。

由表1可知，机组带固定负荷120 MW时，最大工作水头与最小工作水头下的耗水率相差0.96m3/(kW·h)，显然，水轮机工作水头对其耗水率有显著的影响，因此，要降低发电耗水率必须提高水轮机的工作水头。假设发电用水量同为1亿m3，则对应低、中、高水头的发电量分别为18.62，20.85及22.67 GW·h，发电量差别达4.05 GW·h，以宝珠寺水力发电厂2011年平均电价0.512 81元/(kW·h)(含税)计，经济效益相差207万元。

表1 宝珠寺水力发电厂水轮机在不同负荷、不同水头下的耗水率 m3/(kW·h)

提高水头的措施：(1)在保证安全的前提下，尽一切可能提高上游水位，这是提高水头的直接措施；(2)确保进水口拦污栅之前没有杂物，保证进水畅通，发现堵塞立即清理；(3)通过调整机组运行方式来降低下游水位，比如1台机组能够满足负荷要求时，尽量避免2台或3台机组运行，电网电压不足或过高(过高时，开机进相运行，降低网压)时才开机稳电压；(4)保证机组技术供水总阀及泄洪闸门全关，机组停机后，检查导叶有无漏水现象。

3.1.2 水轮机运行效率

由水轮机的效率特性可知，机组带高负荷时，水头高则效率相对高，水轮机效率最高可达95%。宝珠寺水力发电厂水轮机不同负荷下的效率统计见表2。

表2 宝珠寺水力发电厂水轮机不同负荷下的效率

通过表2可知，机组应最大限度地在高效率区(80%～95%)运行，尽量减少在中等效率区(74%～80%)运行，全力避免在低效率区运行。而保证水轮机高效运行的措施有：(1)避开振动区，根据水轮机运转特性曲线及时调整水轮机出力；(2)人工水头运行时，根据实际情况及时调整调速器电柜水头设定值，提高水轮机效率；(3)在条件允许的情况下，进行机组效率试验，以便运行人员更为合理地调整机组运行方式，做到效率最大化。

3.2 执行电价

四川电网实行的是分时电价，宝珠寺水力发电厂就有9个电价，因此，在日常运行中，做好水库调度显得尤为重要。四川电网低谷时间段为00：00—07：00，23：00—00：00；平段时间段为11：00—19：00；高峰时间段为07：00—11：00，19：00—23：00。宝珠寺水力发电厂1个水文年内不同用电时段的执行电价见表3。

表3 宝珠寺水力发电厂1个水文年内不同用电时段的执行电价 元/(kW·h)

提高执行电价的具体措施有：(1)与上游大唐碧口电站保持联系，准确及时地掌握上游来水情况；(2)收集天气预报信息，及时掌握上游的水汛变化情况，根据天气的变化对来水量进行分析，确定合理的运行方式，适时开展人工增雨工作，有效增加发电水量；(3)加强与水力调度、计划、营销部门的联系，正确处理好水库水位与发电的关系，保持机组在高水位运行，千方百计降低耗水率；(4)优化机组运行方式，加强与调度的沟通和联系，尽可能减少开、停机次数，根据电网的负荷峰、平、谷情况，尽量做到谷段时蓄水、峰段时多发电，提高电能的综合利用水平。

3.3 厂用电率

厂用电率是电站主要运行经济指标之一，降低厂用电率不仅能降低电能成本，同时能增加对系统的供电量。宝珠寺水力发电厂厂用电分为自用电、公用电、照明电以及坝区用电。降低厂用电率的措施为：(1)对渗漏集水井来水量和水泵效率情况进行排查，发现异常及时处理，减少水泵启动次数和运行时间；(2)冬春季时，将厂房风机切除；(3)节省厂房照明用电，减少长明灯，办公用电保证人离开时关闭电源；(4)通过调整主变压器分接头来调整机端电压，以降低变压器、线路损耗；(5)减小顶盖漏水量，延长顶盖排水泵启动时间间隔。

4 运行方式优化

4.1 厂用电运行方式优化

(1)2台及以上机组运行时由运行机组带全厂厂用电，其余机组作为厂用电第一备用电源，坝区外来电源作为第二备用电源，柴油发电机作为厂用紧急备用电源。

(2)只有1台机组运行时，由运行机组带全厂厂用电，坝区外来电源作为厂用电第一备用电源，拉开备用机组的出口刀闸作为厂用电第二备用电源，柴油发电机组作为厂用紧急备用电源。

(3)机组全停时，由坝区外来电源带全厂厂用电，拉开备用机组出口刀闸从系统倒送，作为厂用电备用电源，柴油发电机作为厂用紧急备用电源。

(4)根据来水的实际情况，灵活安排厂用电设备的运行方式，严密监视厂用电设备的运行情况，对设备的“三漏”情况(漏油、漏水、漏气)进行控制和整治，保证厂用电设备的经济运行。

(5)丰水期由于来水量相对充沛，机组发电任务较重，此时尽量用运行机组带全厂厂用电，减少外购厂用电电量，降低生产成本。

(6)枯水期上网电价高，来水量大幅减少，考虑到机组全停蓄水及外购电价格较高的因素，每天对厂用电进行倒换。夜间低谷时段向调度申请机组全停蓄水，由外来电源带全厂厂用电，白天高峰及平段时段，机组开出带负荷后及时将厂用电倒至由运行机组带负荷。

4.2 机组运行方式优化

为了保证机组经济运行，优化设备运行方式，宝珠寺水力发电厂制订了机组经济运行方案，努力降低机组空载和低负荷运行时间，尽量减少系统夜间低谷调压任务量。

(1)加强与调度的联系、沟通，高峰尽量多发电，平段合理发电，低谷尽量少发或不发电，其中峰段比例应不低于30%，谷段比例不高于20%，合理提高电价水平。

(2)全厂自动发电量控制(AGC)在远方控制的情况下，合理调节机组的运行台数，根据负荷情况自动分配机组负荷，密切监视负荷变化情况。当机组低负荷或空载运行达到15 min时，运行值长必须联系调度，要求进行人工干预，保证机组在最优的工况下运行。

(3)在全厂AGC退出的情况下，根据负荷的情况安排运行机组的台数，减少机组的启、停次数，合理分配机组间负荷，确保机组运行在高效区，避免机组长期空载和低负荷运行。

(4)加强与水库调度的联系，及时了解水库水位的变化情况，合理安排机组的运行方式，尽量以最少的水发最多的电。

(5)1 — 4月以发电为主，4月末将水位消落至562 m左右； 5月一般来水较少，主要根据来水情况发电； 6 — 8月发电兼顾防汛，逐渐将水位蓄至汛限水位580 m左右； 9 — 10月在兼顾防汛的基础上将水位蓄至最高水位588 m左右；11 — 12月主要根据来水情况进行发电。

(6)当全厂AGC为现地控制时，退出全厂AGC，在避开振动区的前提下，根据负荷的实际情况，按照功率、负荷及流量的关系手动分配机组负荷，保证在最小耗水率方式下运行。如：全厂总负荷为200 MW时，若水头为83 m，则应2台机组平均分配带负荷，不能一台机组带175 MW，另一台机组带25 MW，因为这种方式下，2台机组的总耗水量为310 m3/s，而2台机组平均分配带负荷的总耗水量为278 m3/s，两者相差32 m3/s，运行1 h耗水量差达11.52 万m3。以宝珠寺水力发电厂2011年平均发电耗水率4.81 m3/(kW·h)计算，节约的水量可增发电23.95 MW·h，以宝珠寺水力发电厂2011年平均电价0.512 81元/(kW·h)(含税)计算，经济效益相差1.228万元。

(7)根据计算机监控系统历史数据站每月的“机组运行时间统计表”合理安排机组的运行时间。

5 精细化管理

工作中始终坚持“度电必争、厘价必争、滴水必争”的经营理念，及时了解系统运行及负荷情况，积极与当班调度人员联系，争取合理的电量结构，提高电价执行水平，全力争取减少空载与低负荷运行时间。

(1)制订枯、平、丰水期执行电价目标：枯水期，0.685 元/(kW·h)；平水期，0.510 元/(kW·h)；丰水期，0.385 元/(kW·h)。

(2)掌握当前电价及电量结构情况，及时向相关职能部门汇报影响电价提高的因素，并及时采取有效措施。

(3)严格执行调度命令，并记录调令的准确时间，及时和调度核对调令，如有出入，应要求调度及时修改并做好记录。调整负荷时，按照负荷调整的爬坡率进行调整(因电网的数据采集间隔为5 min，与调度联系时要充分考虑这个时间段)，避免因调令差别、爬坡率产生不合格电量，减少经济损失。

6 建立奖惩机制

为充分调动运行值守人员对经济运行工作的积极性、主动性和创造性,宝珠寺水力发电厂制订了《宝珠寺水力发电厂值守班经济运行小指标竞赛管理考核办法》，将提高上网执行电价、增发电量、降低耗水率、减少低负荷及空载运行时间等指标细化分解，将责任和压力及时传递到所有人员，每月对各运行值经济运行工作开展情况进行打分。宝珠寺水力发电厂耗水率目标值见表4、低负荷及空载运行时间目标值见表5。

表4 宝珠寺水力发电厂耗水率目标值 m3/(kW·h)

表5 宝珠寺水力发电厂低负荷及空载运行时间目标值 h

7 效益分析

2012年，宝珠寺水力发电厂以开展创新创效活动为契机，齐心协力，狠抓机组耗水率控制，合理安排运行方式，积极争取合理的电量结构，努力提高上网电价执行水平，有效地提高了机组运行的经济性，为企业创造了良好的经济效益。

(1)电量结构更加合理。2012年宝珠寺水力发电厂高峰电量比例控制在31.42%，平段电量比例控制在44.77%，低谷电量比例控制在23.80%，通过电量结构优化使平均执行电价控制在0.471 1 元/(kW·h)。 2012年发电22.98 亿kW·h，增加发电量6.8亿kW·h，增加收入3.2亿元。

(2)减少机组低负荷及空载空运行时间。2011年全厂机组低负荷及空载运行时间为3 415.3 h，2012年为3 112.7 h，减少机组空载与低负荷运行时间302.5 h,降幅为8.9%。

(3)降低发电耗水率。2011年发电耗水率为4.81 m3/(kW·h)，2012年发电耗水率为4.42 m3/(kW·h)，降低耗水率0.39 m3/(kW·h)，降幅为8.1%。

(4)降低厂用电量。2012年降低厂用电量680MW·h，为企业多创造发电收入32万元。

(5)通过降低发电耗水量率和减少机组低空运行时间，宝珠寺水力发电厂2012年全年增发电量2.06亿kW·h，直接增加收入9 740万元。

8 结束语

机组运行时，根据不同的来水量调整机组的出力，使机组稳定运行在高效区，尽可能避开振动区域，减小机组的振动幅值等技术指标，避免在超标工况下运行,优化机组运行方式，确保机组安全、稳定运行。中国人均水资源拥有量相当于世界平均水平的50%，通过水电站机组的经济运行，提高了水能利用率，保证了水资源的合理利用。

参考文献：

[1]张勇传.水电站经济运行原理[M].北京：中国水利水电出版社，1998.

[2]王艳华.水电站经济运行应用研究[D].郑州：郑州大学，2007.