锦屏一、二级水库联合调度运行关键技术探讨

蒲 瑜

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川省成都市 610051）

锦屏一、二级水库联合调度运行关键技术探讨

蒲 瑜

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川省成都市 610051）

本文介绍了锦屏一、二级水库“首尾相连”运行特点，研究给出了两库联合运行调度模型及锦屏二级水库理想控制水位，分析了两库联合调度运行极端工况运行风险和控制措施，并根据两级水库运行的实际情况提炼出了两库联合调度运行关键技术；同时根据实际运行情况可以看出，本文所总结的相关技术措施切实可行，符合水库运行规律并满足水库安全要求。本文所分析的两级水库联合调度的运行技术也可供同类型水库电站在实际运用中作为参考。

锦屏一；二级水库；联合运行；关键技术；首尾相连

0 引言

“首尾连接”的流域梯级水库系统，水流在两库间基本不存在迟滞时间，水力联系十分紧密。与常规梯级水库系统相比，该类梯级水库系统调控运行存在明显差异。本文以雅砻江流域下游锦屏一、二级水库系统为例，分析该类梯级水库联合调度运行特点及典型异常工况下的运行风险，提出正常及异常运行工况下的运行关键技术，供同类型水库参考。

1 锦屏一、二级梯级水库系统及联合调度模型

1.1 水库系统特点

锦屏一、二级电站位于流域下游锦屏大河湾上，两站特征参数如表1所示。其中锦屏一级利用305m双曲拱坝拦蓄水流发电，其水库调节库容49.1亿m3，具有年调节能力[1]。锦屏二级在靠近锦屏一级坝址下游建拦河闸坝，该坝拦蓄锦屏一级出库水流形成锦屏二级水库，通过长16.67km的引水隧洞将干流河道截弯取直，获取约310m水头发电，二级水库调节库容496万m3，基本无调蓄能力。两库“首尾相连”且库间无支流入库，因此库间水流迟滞时间及区间流量均可忽略不计。此外，锦屏二级引水隧洞使得雅砻江干流约150km的锦屏大河湾成为减水河段，为降低对生态环境的影响，锦屏二级需向减水河段泄放指定的生态流量[2]。

表1 锦屏一、二级电站水库调度典型参数

1.2 流域水库联合调度模型

雅砻江梯级水库系统采用中长期优化与短期优化相结合的运行模式，中长期优化依据流域径流来水预测结合强调蓄能力水库运用计划，以弃水流量最小、流域蓄能最高为目标获取流域中长期优化调度计划，弱调蓄能力水库保持高水位运行。短期优化则以中长期优化成果为依据，在满足电网安全、稳定运行需求，且兼顾梯级水库运行安全的前提下，尽量减少弃水，提高水能利用率，增加流域发电效益，适合采用梯级末期蓄能最大模型，其表达式如下[3]：

该模型考虑了梯级电站水头差异，其约束条件主要有：

（1）机组运行约束，如机组最大、最小出力，不可运行区限制等。

（2）电站运行约束，如电站过水能力限制，最大装机容量限制，可运行台数限制，电站出力受阻限制等。

（3）水库运行约束，如库水位上下限，水量平衡约束等。

（4）电量平衡约束。

（5）其他约束，如锦屏二级向减水河段下泄最小生态流量限制约束等。

1.3 锦屏一、二级联合调度模型

因锦屏一、二级水库“首尾连接”且锦屏二级水库基本无调蓄能力，流域梯级水库联合调度过程中可将两个水库作为一个整体考虑，即将锦屏一级水库纳入流域中长期及短期优化调度计算，锦屏二级则根据锦屏一级保持入出库水量平衡即可。由于锦屏一、二级均为大容量机组，锦屏二级入出库流量与可调库容匹配度较差，在电站设备或系统故障等情况下，锦屏一、二级电站间水力平衡被打破，库容较小的锦屏二级水库水位快速升降，给水库安全运行带来极大风险，如应急调控不当则可能发生水库漫坝或拉空等重大事故。因此锦屏一、二级水库调度过程中，除锦屏一级参与流域联合优化计算外，还需考虑锦屏二级安全运行裕度目标，其表达式如下：

式中：Vmax——锦屏二级水库运行水位上限对应库容；

Vi——锦屏二级水库运行水位对应库容；

Vmin——锦屏二级水库运行水位下限对应库容。

显然该表达式为二次函数，其最大值为一阶微分为零时的库容值，即在Vi等于Vmax、Vmin算术平均值处取得最大值，根据库容水位曲线查询该库容对应的水位即为理想运行水位。其物理含义为锦屏二级库水位运行在附近时，对于可能出现的较大入出库流量不平衡极端工况，运行人员都有最大的时间安全裕度进行流量重新平衡匹配，最大程度避免水库漫坝或拉空。根据表1锦屏二级运行特征参数，结合式（2）安全裕度目标函数解，锦屏二级库水位一般按1643m控制。

2 锦屏一、二级联合运行极端工况风险分析

根据前文分析，锦屏一级水库作为流域下游龙头水库参与流域中长期及短期优化调度计算，锦屏二级运行存在较大漫坝及拉空风险，库水位一般按安全裕度函数理想控制水位1643m控制，同时与锦屏一级出库匹配，保持入出库平衡。下面结合锦屏一、二级水电系统运行实际，对该系统联合调度运行中的几种极端工况运行风险进行分析。为简化分析过程，假设机组运行于额定工况（其余工况可查阅机组发电流量曲线）、两站均无弃水，所有泄洪工作闸门处于全关状态，锦屏二级初始水位为1643m。

2.1 锦屏一级解列（1、2台）工况分析

2.1.1 工况运行风险

典型可能导致锦屏一级机组解列的因素有：机变故障跳闸和送出线路跳闸引起安控动作切机。锦屏一级通过三回长约85km的500kV线路送电至锦屏换流站，系统接入点集中且西锦Ⅰ、Ⅱ线除重冰区约18km外均为同塔双回，双线故障跳闸可能性较大，根据安控装置故障切机策略，当西锦两回线路故障跳闸时，根据线路送出功率大小，将切除锦屏一级1～2台机组，策略详见表2。

表2 锦屏一级全接线方式下安控切机策略表

当锦屏一级一台机组解列后，锦屏一级发电流量减小约300m³/s（水头按220m考虑，下同），由于锦屏一级库容较大，对水位影响可忽略，对锦屏二级而言，入库流量减小，库水位降低，降低速率约为1.29m/h，从初始水位1643m降至死水位1640m需时约139min。一旦到达死水位，则存在严重的水库拉空风险，极端情况下将造成全厂机组强迫停运。因此运行人员必须在该时限内采取有利措施遏制锦屏二级库水位下行，实现锦屏一、二级水电运行再平衡。锦一跳机与锦二水位变化关系见表3。

表3 锦一跳机与锦二水位变化关系

2.1.2 控制措施

当锦屏一级机组解列后，水库应急调度的核心是维持锦屏二级入出库流量平衡来维持锦屏二级库水位，可采取的措施见表4所示。主要措施有负荷调整和泄洪闸门调整。其中，负荷调整措施平稳、快速，可为首选；不利因素是可能造成发电量减少，影响经济效益。调整泄洪闸门准备时间长（需经开度计算、下达命令单、现场准备、预警、通知有关单位等流程），且存在较多不可控因素，可作为备选措施。

表4 锦一跳机（1、2台）工况下的锦二水位控制措施

2.2 锦屏二级跳机（1～6台）工况分析

2.2.1 工况风险分析

锦屏二级通过东锦双线、东天双线共四回500kV线路接入系统，其中东锦双线送电至锦屏换流站，为送电主要通道，全线除重冰区约14km外其余均为同塔双回走线。根据安控装置故障切机策略，当东锦双回线故障跳闸时，根据全厂送出功率大小，将切除锦屏二级1～6台机组，策略详见表5。

表5 锦屏二级全接线方式下安控切机策略表

表6 锦屏二级跳机（1～6台）工况下的锦屏二级水库运行风险及控制措施

当锦屏二级一台机组解列后，锦屏二级发电流量减小约220m³/s，原有入出库平衡将被打破，水库水位上升，上升速率约为0.95m/h，从初始水位1643m升至控制最高水位1646m需时约189min。如库水位超过高水位继续上行，则锦屏二级将存在严重的水库漫坝风险。因此运行人员必须在该时限内采取有利措施遏制锦屏二级库水位上升，实现锦屏一、二级水电运行再平衡。

2.2.2 控制措施

锦屏二级机组解列后，为维持锦屏二级出入库的平衡，可采取的措施有：减少锦屏一级负荷；增加锦屏二级负荷；同时调整锦屏一、二级之间的负荷分配比例；开启锦屏二级闸门增加下泄流量，详见表6。

2.3 锦屏一、二级联合切机（2～5台）工况分析

当主要送出通道锦苏直流故障速降负荷或单、双极闭锁时，安控系统也将按切机策略动作切除锦屏一、二级相应机组。根据总切机台数，可分别考虑切除2～5台的各种情况，根据锦屏一、二级机组轮切原则，考虑被切机组分配情况1+1（锦屏一级切1台+锦屏二级切一台，下同）、2+1、2+2、3+2的情况，工况分析及应对策略见表7。

表7 锦屏一、二级联合切机工况分析与控制措施

3 锦屏一、二级水库联合调度运行的关键技术

综合上述分析，结合运行实际，锦屏一、二级水库联合调度运行核心关键在于锦屏一级参与流域中长期及短期优化调度计算，在兼顾梯级厂站运行安全及系统安全的前提下，实现流域梯级发电利益最大化。锦屏二级则与锦屏一级保持高度水电匹配，尽力将库水位控制在安全裕度函数理想控制水位附近运行，为极端工况下水电应急匹配再平衡预留足够时间裕度，尽力避免水库漫坝或拉空风险，其两库联合调度运行关键技术汇总如下。

3.1 正常运行时的两库水电高度匹配

锦屏二级调控运行过程中按无调蓄能力处理，库水位调控在安全裕度理想水位附近运行，当前锦屏一、二级在调度层面仍视为两个厂站，计划负荷以两个厂站形式审核下发并严格执行，因此实际联合运行中不断校正两站机组发电流量曲线、库容曲线等基础数据，确保两站调控计算更接近运行实际，提高两库水电匹配度。远期考虑争取调度两站以统一负荷形式下发执行，站间采用AGC分配方式微调两站负荷，进一步提高两库水电匹配度。

此外，系统级故障如锦苏直流故障闭锁安控装置动作切机后将使得两库水电匹配度受到破坏，两库进入极端工况运行。为降低该类故障对两库水电匹配度影响，在锦苏直流安控系统切机策略制定时已申请调度同意锦官电源组采取优切官地，锦屏一、二级轮切的切机策略。

3.2 极端工况下水库联合运行应急调控策略表

两库联合运行极端工况分析可知，当锦苏直流安控动作切除锦屏一、二级相应机组，或者锦屏一、二级厂站有机变故障跳闸时，两库原有水电匹配受到破坏进入极端工况运行。以两站总解列机组台数1～5台的各种情况组合（更多切机台数的情况可依此思路类推）为例，根据锦屏二级库水位变化趋势和速率，明确相应的处理措施，形成两库联合运行极端工况下的应急调控策略见表8，实践证明该应急调控策略表切实可行，极端工况下可快速指导运行人员进行两库水电再平衡。

3.3 锦屏一、二级水库联合调度运行控制系统

由于锦屏二级水库库容小，闸门调整频繁，在电站“无人值班”模式下，遇系统故障等突发事件，很难满足稳定控制水位的基本要求，因此，应充分考虑自动化技术在水库实时调度方面的应用。对于锦屏二级的水库调度，根据前文策略表，可考虑建立联合调度运行控制系统。该系统自动采集锦屏一、二级当前的机组负荷、闸门开度、库水位、入库/出库流量等信息，进行实时计算和水位预测，根据计算结果，查询闸门调整策略表，控制锦屏二级闸门进行自动调整操作。

闸门调整策略表应充分考虑各种因素和限制条件，至少包括以下几方面：①闸门的操作及运行方式需满足水库调度规程规定；②闸门调整应缓慢平稳，每次闸门调整幅度不宜过大，速度不宜过快，以防止下游流量陡增陡降；③尽量避免闸门频繁调整；④兼顾下游官地水位控制要求；⑤具备防误动检查和闭锁环节，防止采集错误数据、计算错误等原因导致误判误动出口，必要时增加人工确认的环节；⑥正确的通信异常判断及处理环节，特别考虑下令期间、操作期间通信中断和通信恢复时的处理过程。此外，还需要考虑泄洪预警和异常情况下集控和现场的应急处理流程和策略等配套措施。

水库联合调度运行控制系统为水库调度人员提供策略显示和自动调整闸门支持，可有效减小锦屏二级水位控制风险和减轻人工作业量，提高联合调度运行的效率，为电站“无人值班”打下良好基础。

4 结束语

锦屏一、二级水库联合调度运行是一项风险较大且复杂的工作，本文针对锦屏一、二级水库系统“首尾相连”特点，分析了锦屏二级水库存在较大漫坝或拉空风险，给出了适合该系统的调度数学模型，求解出了锦屏二级理想控制水位。同时以锦屏二级水库理想控制水位至库水位运行上、下限时间为目标，分析了两库联合调度运行极端工况下的运行风险并提出了相应控制措施，提炼出了适合该系统联合调度运行的运行关键技术。实践表明所提出的运行关键技术切实可行，可供同类型水库联合调度运行参考。

表8 极端工况下锦屏二级水库应急调控策略表

[1] 张勇传． 水电经济运行原理．中国水利水电出版社，1998，10：87-181．

[2] 陈鹏，余平，蒲瑜．雅砻江流域下游梯级水电站联合实时优化调度探讨 ． 中国农村水利水电，2014．09：180-183．

蒲 瑜（1975—），男，高级工程师，从事流域水电调控管理工作。

Discussion on key technologies for joint operation of JinPing I & II reservoirs

PU Yu
（Yalong River hydropower Development Company LTD，Chengdu 610051，China）

This paper introduces the head-to-tail connection characteristics of JinPingI&IIreservoirs， gives the mathematical model for joint operation of JinPingI&IIreservoirs and ideal reservoir water level ofJinPin II， analyzes the operation risk and control measures for extreme joint operation of JinPingI&IIreservoirs in extreme working conditions，puts forward the key technologies for joint operation of JinPingI&IIreservoirs. The actual operation result shows that related technologies are feasibleandcan be used for reference in the same type reservoir system.

JinPingI&IIreservoirs；joint operation;key technologies; head-to-tail connection