基于新调度模式下的巨型水电站经济性分析

史宝平，王 伟，薛万军

（二滩水力发电厂，四川 攀枝花 617000）

基于新调度模式下的巨型水电站经济性分析

史宝平，王 伟，薛万军

（二滩水力发电厂，四川 攀枝花 617000）

首先对该电站的调度权转移进行了阐述，然后结合该电站近年来枯水期典型月份的实际运行状况和运行数据与前期数据进行类比分析，并通过简单的算术计算，说明水电站在机组运行方式安排、厂用电运行方式安排上可以进行优化；最后重点对枯水期机组实际运行方式进行了经济性和可行性分析，通过电网负荷变化的特点和电网接线方式以及备用容量规定的要求,优化了机组的运行方式。

厂用电方式；经济性；可行性

1 概述

该水电站位于四川省西南部攀枝花市境内的雅砻江下游，距雅砻江与金沙江的交汇口33 km，是以发电为主的大型水力发电枢纽。水电站装机容量330万kW，多年平均发电量为170亿kW·h。水库正常蓄水位1200m，总库容58亿m3，调节库容33.7亿m3，为季调节水库。前期调度由华中网调委托四川省调调度，随着国家电网三集五大的发展以及国家电网西南分部的成立。今年，电站调度权由四川省调转移至西南分调。在满足电网安全的前提下，降低电站的耗水率[1]，合理安排机组的运行方式和厂用电运行方式，以提高水电站综合经济效益。

2 枯水期典型月机组运行情况分析

2.1 耗水率分析

本月平均耗水率为2.23 m3/kW·h，高于去年同期水平（2.19 m3/kW·h）。本月日平均并网机组台数为4.98台，高于去年同期的3.99台；机组平均发电负荷407.3MW，低于去年同期水平（454.33MW）。见表1。

表1 耗水率分析相关数据表

2.2 供电与厂用电分析

本月总供电量为100 286.2万kW·h，相比去年同期增加10 803.2万kW·h。本月厂用电量237.813万kW·h，比去年同期增加29.743万kW·h，月厂用电率为0.157%，与去年同期水平（0.15%）持平。综合厂用电由励磁系统损耗、厂高变损耗、主变损耗以及厂用电组成，本月综合厂用电率0.476%，高于去年同期的0.39%，综合厂用电比去年同期高，发电量比去年同期也有增加，且增加的幅度相似。见表2。

表2 供电及厂用电统计表 单位：万kW·h

二滩水电站厂用电主要有表3所示电动机负荷，根据运行时间通过其额定功率计算其耗电量。

表3 厂用电电动机

（1）本月6台6 kV检修排水泵运行时间总共为102.25 h。总耗电量为：260×102.25=26 585.0 kW·h。

（2）本月6台6 kV渗漏排水泵运行时间总共为129.94 h。总耗电量为：260×129.94=33 784.4 kW·h。

（3）机组技供水泵只在机组运行时才启动，机组停机备用时停运。本月全运行时间总共为：31× 24=744 h。而目前6台机组1月份的平均并网机组台数为4.69台，所以6台发电机的机组技供水泵总运行时间为：744×4.69=3 489.36 h；总耗电量为220×3 489.36=767 659.2 kW·h。

（4）主变技供水泵只在主变运行时才启动，主变停运时则停运。本月全运行时间总共为：31× 24=744 h。另外，2号机变检修时间为8日00∶00～24日14∶00，总长为：（24-8）×24+14=524 h，则其主变技供水泵运行时间为：744-524=220 h。所以6台机组主变技供水泵运行总时长为：5×744+220= 3 940 h；总耗电量为55×3 940=216 700 kW·h。

（5）该月份2台调速器空压机运行时间总共为30 h。总耗电量为：30×30=900 kW·h。

（6）主变竖井风机有3台一直处于运行状态。主变竖井风机总运行时间为：744×3=2 232 h。

总耗电量为90×2 232=200 880 kW·h。

（7）该月份各机组油压装置辅助压油泵运行时间不尽相同，如表4所示。

表4 辅助压油泵运行时间

各机组油压装置辅助压油泵运行时间总共为：11＋19＋16＋20＋12＋11=89 h

总耗电量为14.7×89=1 308.3 kW·h。

将上述负荷及其耗电量汇总见表5。

表5 总耗电量表

3 机组运行方式分析

3.1 机组运行经济性分析

四川水电按照一年的来水情况，将水电分为枯水期、平水期和汛期，而雅砻江流域的枯水期一般为1～5月份、11和12月份。此外根据每日用电负荷的不同，又分为峰段、平段和谷段。其中，高峰时段为07∶00～11∶00，19∶00～23∶00；平段时刻为11∶00～19∶00；低谷时段为当晚11∶00至次日早上7∶00，各时段均为8 h。根据上述规定，则可以计算出每一年度枯水期、平水期低谷运行时间，根据厂用电构成可知每年仅平、枯期低谷时段，二滩电厂仅少空载运行1台机，就可以节约厂用电为（287×1936＝）55.56万kW·h。上述节水多发的电能和节约的厂用电能均处于水电厂来水较少的月份，同时也是系统缺电的季节，相应电价也较高。所以水电厂枯水季节能有更为良好的经济效益和社会效益。

3.2 机组运行可行性分析

（1）机组有功分析

二滩电站在电网中主要承担调峰任务，根据混流式水轮机组运行特性和机组出力与水头的关系，正常情况下当上游水位高于1 172 m时，发电水头大于157 m，机组运行最大有功出力为550 MW，随着上游水位的降低发电运行水头持续降低，当水位降至死水位1 155 m时，机组运行最大有功出力降至470 MW。因此机组最大有功运行范围为470～550 MW。

（2）机组无功分析

电网无功补偿采用的是“分层分区，就地平衡”的原则，二滩电站远离负荷中心，线路距离长，线路容性功率较大。因此，一般情况下机组都是吸收电网的无功，进行运行。由于机组吸收无功的限值受P-Q约束，即：发电机进相运行时励磁低励限制值。机组有功功率越大，吸收无功的能力就越小；相反，机组有功功率越小，可吸收系统的无功越大。（见表6）

表6 发电机进相运行励磁低励限制值

（3）电网对二滩的调控规定

1）电网对二滩出力规定

根据二滩的典型日负荷96点曲线，从日平均负荷曲线可以看出以下5个特点：

①00∶00～08∶15，机组负荷基本上处在900～1000 MW之间，此时根据机组当前水头下的出力机组最大出力范围为1 410 MW～1 650 MW，则在此期间3台机组运行完全满足负荷要求；

②08∶15～12∶00，机组负荷在1500～1800MW之间，此时处于负荷的峰段，需要4台机组运行，便于调整系统电压及频率；

③12∶00～14∶00，机组负荷较轻，处于1 300～1 500 MW之间，经过适当调整即可3机运行满足负荷要求；

④14∶00～22∶30，机组负荷在1 500～1 800 MW之间，此时需要满足负荷曲线要求必须采用4台机运行。

⑤22∶30～24∶00，机组负荷在1 000～1 300 MW之间，此时满足负荷曲线要求可采用3台机运行。

2）电网对二滩电压规定

二滩枯水期电网下发的500 kV电压曲线控制要求见表7。

表7 二滩500 kV典型电压曲线控制要求

①22∶16～08∶15时段，电压曲线524～532kV，一般根据四川电网逆调压的要求，在低谷负荷时段，电压尽量按电压曲线偏下限运行。此时若按电压下限524 kV左右控制系统电压运行，则需要4台机运行，当500 kV系统电压在526 kV以上运行时，根据日负荷曲线和机组低励限制曲线，运行3台机组即可满足上述要求。但根据日平均电压曲线可知，一般01:00～05:30时电压一般运行在下限。

②11∶46～14∶30时段，电压曲线524～533kV，此时段因为负荷属于平段负荷，根据电网逆调压的要求，平段负荷时系统电压尽量靠中间运行，因此在这一时段电压一般运行在529 kV～530 kV之间，根据日平均负荷曲线，此时段负荷3台机运行即可满足系统要求。

③08∶16～11∶45、14∶31～22∶15时段，电压曲线525～534 kV，此时段为日负荷的峰段，根据电网调压要求，电压一般尽量靠曲线上限运行，因此，这段期间电压曲线均运行在531～533kV之间，但此时有功负荷也是一天中最大的，负荷一般在1600～2000MW，因此需要首先满足机组最大出力要求，保证电网的频率要求，必须开4台机组运行。

同时，分析典型10日系统电压情况，电压基本运行在524～530 kV，由于电站采用逆调压[2～3]方式，因此在电压高于530 kV时，机组总有功高于1 100 MW，结合电站枯水期电压曲线，可以分析出以下特性：

①随着电压的升高，机组总无功越小，机组进相深度越浅。

②相同电压下，机组总有功越大，机组进相深度越浅。

③维持电压在524～525 kV之间，机组总有功在900～1100MW之间时，机组总无功均在-550～-450 Mvar之间。524～525 kV分别接近22∶16～08∶15、11∶46～14∶30时段的电压曲线下限，若该时段调度要求电压下限运行，则3台机运行时电压也可满足要求。

④电压为 525～526 kV时，机组总有功在1 000～1 500 MW之间时，机组总无功均在-500 Mvar左右。525 kV为08∶16～11∶45、14∶31～22∶15时段的电压曲线下限，要满足电压调整要求，则需要开4台机运行才可满足电压和有功的要求。

⑤电压运行在530 kV时，此时机组总无功约为-450～-400 Mvar，要满足电压调整要求，则机组总有功在1 000 MW以上就可以。

3）电网对二滩备用容量规定

因目前国家电网西南分部直接调控的电站只有二滩水电站，因此西南电网对备用容量采用了以下标准：①负荷备用容量应不低于最大负荷的2%；②事故备用容量应不低于最大负荷的5%，且不低于网内单一发电或输电设备故障损失时的最大功率；③负荷低谷时段应留有足够的旋转备用容量，且不低于最小负荷的2%。选取96点日计划负荷中最大值，根据备用容量规定可得，二滩至少预留负荷为2000 MW×0.05=100 MW。

4 电站机组运行方式优化

根据电网下发的日计划曲线和电压曲线，并根据西南电网备用容量要求，可得出经济的运行方式，即“3+4”台机组组合运行方式。在低谷负荷时段即22∶30～08∶15这个时间段内可申请调度保持3台机组运行，即可满足负荷曲线900～1 300 MW要求，同时也满足电压下限524 kV要求，系统旋转备用容量机组1650～1300MW=350MW＞100MW也可满足要求；在高峰时段即08∶15～12∶00、14∶00～22∶30，因负荷较高，必须开4台机组运行以满足系统负荷需要；在平段负荷时段12∶00～14∶00，尽管可以满足负荷曲线、电压曲线和备用容量要求，但由于时间较短，因此可以灵活控制；在来水偏枯的情况下可向调度申请3台机运行，但负荷涨起来就需要增开1台机组；在水位偏高时为了减少机组频繁开停机可保持4台机组运行。

二滩电厂机变系统为发电机-变压器单元接线[4]。机组正常停机备用时，只断开发电机出口开关，主变和厂高变继续在网上运行。如果根据季节变化和机组并网台数的不同，停用主变和厂高变，则可减少主变和厂高变的空载损耗，同时可停运相应的辅助设备。这种运行方式在平、枯水季节开机台数较少时是可行的，即使有1台机组检修，每年在枯、平水月份的低谷时段内，也至少可以停运1个主变单元而不影响厂用电的可靠供电。

5 结论

本文通过枯水期电网负荷特性，以及电网下达的日负荷曲线和电压曲线要求，结合二滩机组运行特性，并根据电网日负荷情况对机组的有功、无功进行了可行性分析，同时对机组在枯水期经济性进行了分析。最终得出了3台机运行在枯水期和平水期运行的可行性，并得出了机组“4+3”组合的方式来满足电网频率和电压要求，保证电网的旋转备用容量以保证电网的安全运行。在将来可通过与电力调度部门的协调，在保证电网运行安全和稳定的前提下，采取“3+4”机组运行方式，既能保证在高峰负荷时电站有水可发电，又能保证电站的经济效益，达到节水保电的目的。

[1]沈 磊.试验标准耗水率及其在考核水电厂经济运行上的运用[J].水能技术经济,1996（1）.

[2]王燕玲.电力系统电压调整的主要措施[J].大同职业技术学院学报,2005（2）.

[3]王 刚,侯 飞，高志勇，等.浅析一大型水电站两台机运行的可行性和经济性[J].水电站机电技术，2014,2（1）.

[4]陈源林.水电厂运行维护节能探讨与实践[J].水电站机电技术，2009,2（2）.

TV737

B

1672-5387（2017）08-0034-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.08.011

2017-02-14

史宝平（1986-），男，工程师，从事水电站运行维护工作。