桃源水电厂区间径流量与经济运行分析

李 超

(中国水电顾问集团桃源水电厂，湖南 桃源 415700)

0 引 言

洞庭湖南纳湘资沅澧四水来水，沅水作为湖南的第二大河流，水电开发梯级效益显著。桃源水电厂则位于湖南省常德市桃源县沅江干流上，是沅水干流最末水电开发梯级电厂。桃源水电厂正因为其特殊的地域属性和无调节能力特性，对区间水量的变化及其敏感，调度经济运行方式配合兴利需求也要充分预判区间水量变化，满足电网调度需要的同时还要最大化企业经济效益。本文将桃源水电厂区间径流量作分析，遥测、预判径流量的变化，以提高电厂经济运行，同时保证电网调度需要，保障兴利需求。

1 概 述

沅水流域属副热带季风气候，径流由降水形成，流域内四季分明，降水量年内分配不均。桃源水电厂坝址多年平均气温16.7 ℃，多年平均降水量1 458.6 mm，多年平均蒸发量1 154.7 mm。桃源水电厂上级电厂为凌津滩水电厂，坝址至上游凌津滩水电厂属冲积平原与丘陵地貌过渡区域。

桃源水电厂具有发电、航运、旅游等综合效益，水库正常蓄水位39.50 m，相应库容1.28亿m3，死水位39.30 m，调节库容560万m3；机组额定水头5.6 m，多年平均流量2 060 m3/s，属无调节性能电厂。水电厂为低水头径流式电厂，正常运行情况下水库水位不消落。

桃源水电厂水情自动测报系统测报范围为五强溪、竹园～桃源区间，测报面积2 200 km2，共布设各类遥测站18个(3个水文站、9个水位站、6个雨量站)，其中水文站分别为五强溪(二)、竹园坝下、凌津滩坝下站；水位站为桃源坝上站、桃源坝下站、1号进水口站、1号出水口站、9号进水口站、9号出水口站、左槽坝前站、船闸上水口站、导航墙尾站。雨量站分别为大杨溪支流上的杨溪桥站、澄溪支流上的王家湾站、水溪支流上的逆江坪站，以及凌津滩水电厂水情自动测报系统范围内的龙潭水站、三望坡站、牛车河站。

2 区间径流量分析

桃源水电厂区间径流量分区间流域产汇流和上游凌津滩水电厂出库水量。区间流域按一般特性为低矮丘陵，区间径流量依上级水电厂出库流量可调控外，区间流域产汇流一般为无控制的天然流动，加之河沟纵横、洼地分布、降雨不均、人类活动影响等也会造成产汇流变化。

2.1 上级电厂调控区间径流量

桃源水电厂区间来水基本由凌津滩水电厂出库提供，凌津滩水电厂出库到达桃源水电厂坝址需要1.5 h左右。区间来水滞后导致了凌津滩水电厂、桃源水电厂两厂供应出力不能协调同步，甚至在凌津滩水电厂反调节后造成桃源水电厂无水可用。同时，桃源水电厂无调洪能力，洪水调度取决于上游凌津滩水电厂的洪水调度方式。

2.2 区间产汇流

区间产汇流可分为产流与汇流两部分：产流过程是指降雨经过扣损变成净雨；汇流过程是指净雨如何汇集到出口控制断面或排入河网。

由于下垫面的不同将造成产流结果不一，桃源水电厂区间产流主要有水面降雨、堤垸产流、城镇产流、支流河网产流。当日产流量在有蒸发损失、截留、渗漏、灌溉之后依不同汇流系数汇入区间干流。

3 桃源水电厂运行特点

3.1 库容

桃源水电厂水库库容小，没有调节能力，出力主要受区间径流量和电力调度两个客观因素影响。上游来水主要由凌津滩水电厂出库提供，如果凌津滩水电厂发挥日调节性能参与电网负荷调整，桃源水电厂将被动参与调整，并且要计算好时间差和区间径流量。

3.2 水头变化敏感

桃源水电厂装设9台灯泡贯流式水轮发电机组，最高运行水头9.7 m，最低运行水头2.0 m。水头变化受上下游水位变化影响大，枯水期水头高，丰水期水头低，机组出力受影响较大。机组额定水头为5.6 m，汛期来水大，机组出力大，下游水位抬升，机组水头逐步降低，低水头运行机组耗水率增加，发电流量增大。这时，需注意在低于额定水头以下运行，机组运行工况差，设备损伤风险增加。

3.3 水面波动

桃源水电厂坝址距上游凌津滩水电厂约38 km，距上游五强溪水电厂85 km。桃源水电厂库区长度较短，对应水库库容小，加之可调空间仅为560万m3区间库容，在最优化经济运行下一般保持正常蓄水位运行；如遇上游凌津滩水电厂出库流量调整或是波动则极易反馈到桃源水电厂坝前水位波动。在异常天气下，水受到风力的作用而产生波动，被扰动的水质点离开平衡位置，作周期性振动，涌浪流向坝前进水口则造成运行机组水头变化；在机组负荷不变情况下调速器根据实测水头数据和导叶反馈开度做出连续的被动调整。

3.4 水位变化快

桃源水电厂9台发电机组受国网湖南电力公司调控中心调度，调控中心会根据电网负荷需要临时下令调度机组负荷。此时坝前水位急剧变化，甚至造成长周期涌浪，又有桃源水电厂依据入库流量调整机组运行出力，操作或与入库流量未能同步。虽然坝前水位变化快，水电厂坝址上距凌津滩水电厂约38 km，且是小容量库容，但在出入库流量平衡状态下，以桃源水电厂做库容调节，坝前水位瞬时变化并不能整体体现库区容量变化。

4 流量对比

桃源水电厂从2014年全部机组转入商业运行以来只有6年时间，在统计的5个完整运行年度的入库流量里虽有不均分布，也出现过超20年一遇的洪水峰值24 258 m3/s(2017年7月2日)；但考虑水文规律及丰水年和枯水年出现不同，基本符合多年平均水文特征(见表1)。

表1 入库流量统计 m3/s

从区间月均流量来看，虽然出现规律不同，但桃源水电厂设计佐证了对于运营的经济效益是基本可靠的。

5 优化调度经济运行

桃源水电厂至凌津滩水电厂距离短、库容小，在运行调度时往往处于被动一面。沅水作为长江的主要支流，汛期时间长。加之设备服役时间增加，机组检修时间长，只要有机组进行A级检修，则机组检修工期有可能与汛期重叠，这些不利因素都给运行调度带来了难度；并且桃源水电厂库区长度较短，水情自动测报系统数据更新或有延后,造成了区间库容调度时间紧凑，值班人员需对库区水情变化时刻警惕。

目前桃源水电厂虽是在沅水干流水电开发梯级之内，但未与上游归属五凌电力有限公司的凌津滩水电厂、五强溪水电厂统一集中调度运行，对于梯级电厂优势未能完全发挥，不能最大限度地开发河流的水能、水运资源。

在实际优化中，运行调度人员虽有掣肘，在最大化经济运行保证不弃水、少弃水的情况下还要兼顾通航安全、抑制涌浪、高水头运行、减缓水位变化；但优化后的调度方式经济效果明显，安全可靠性增加。

5.1 检修期优化调度

桃源水电厂年度检修一般安排在枯水期进行，在此期间月均入库流量低，区间径流量较小。上级电厂进入枯水期后亦进入机组设备检修期，可厂与厂之间检修工期、计划未能同步，也就会造成上级电厂检修工期中或有大出库流量；或上级电厂检修调试完毕，桃源水电厂还在检修中。同时，桃源水电厂于2015年4月起，对电站下游1.5 km内的河段进行疏浚作业，2016年6月一期疏浚工程结束；2019年对下游航道进行了疏浚。河道疏浚后，桃源水电厂不同流量工况下机组出力增幅明显，实际满发电负荷达到或超过了设计装机容量。但机组运行时水头就会增加，发电流量变小，如需应对上游来水，则要精准把控。

如2020年4月下旬，桃源水电厂机组中7号机组正处于大修尾期，正常备用机组仅8台，4月下旬天气晴好，依当时水情情况机组满负荷160 MW发电流量约2 500 m3/s,在维持不超正常蓄水位的情况下可利用可调库容及水情自动测报系统测报数据对区间来水进行精细调整。26日18时据水情测报系统上级电厂出库流量在逐步增加，于21时出库流量增加到2 642 m3/s(见表2)，高于桃源水电厂发电流量。考量水情测报系统数据正确，桃源水电厂19时同步操作增加发电流量对区间库容进行预操作，在21时左右桃源水电厂坝上水位已降至39.40 m，上游来水到达坝址后水位逐渐抬升直至翌日1时35分达到最高39.52 m，随后下降(见图1)。在此操作中合理运用了桃源水电厂的可调库容应对区间径流量变化，即保证了维持在正常蓄水位运行下不因来水增加造成弃水，又提高了运行水头减少耗水率，但需同时对比上游两级电厂的出库流量变化以及准确把握电网负荷峰谷需求。

①-26日18∶20；②-26日18∶49；③-27日00∶00；④-27日01∶35；⑤-26日20∶43

表2 流量与负荷变化

5.2 调控区间产汇流

桃源水电厂库区主要涉及的堤垸为：漳江垸、桃花垸、浔阳垸、麦市垸；支流主要为：大杨溪、澄溪、水溪。各地地势不一，难以计算其汇流过程。城镇有泵站排水，根据当地经验，认为当日产流会在相继3 d内汇入河网。桃源水电厂区间流域内年降雨量较丰沛(见表3)，利用水情自动测报系统测报雨量数据能最大化经济运行。在区间产汇流增加下可根据需要适当调控库区水量，结合上级电厂出库流量变化与电网低谷时段负荷分配，可在区间主要来水减小后抬升坝前水位，提高运行水头。当上级电厂出库流量增加，区间产汇流过程还未结束时，及时消落库区水位，调控坝前水位在安全范围以内。这样的运行方式变化较为频繁，但做到了度电必争，将经济效益最大化。

表3 桃源水电厂流域年降雨量

5.3 调度水库回蓄

临近桃源水电厂的上游两级电厂为凌津滩水电厂和五强溪水电厂，凌津滩水电厂调节性能较差，且是五强溪水电厂的反调节水库，五强溪水电厂具有季调节性能；两电厂具有完整的洪水预报系统，这为桃源水电厂洪水后期回蓄提供了较好的条件。洪水退去过程中，当桃源水电厂坝址流量小于全停机流量8 800 m3/s或实际停机流量(机组振动值超过允许值全部停止发电流量)，且通过五强溪水电厂洪水预报，桃源10 h之内及后期的入库流量不会超过全停机流量时；同时满足这2个条件后水库关闸蓄水。水库回蓄方式以保证水库回蓄过程中不增加库区临时淹没为原则。在保证安全为前提下，利用桃源水电厂水情自动测报系统测报数据提前布置方案，人员就位减少设备操作时间，做到充分利用上游来水，争抢每一度电量。

6 结 语

通过对水情测报数据的分析和电厂投运几年来的经验总结，得出了桃源水电厂区间库容经济调度运行的基本原则：桃源水电厂坝前水位不超过正常蓄水位运行，高效利用来水，合理安排运行方式，维持较高库水位，增加机组发电水头，度电必争，降低机组发电耗水率，提高水能利用效率。

具体要采取以下基本措施：一是要每一位生产人员有高度的责任心和熟练的业务技能，熟悉库区水情规律，了解变化特征及时分析变化趋势，掌握产生径流变化的基本要素和特点。二是维护好水情系统遥测站点的设备工况，确保测量数据准确及时，数据传输通畅无干扰。三是加强信息沟通，密切联系上游梯级电厂，做好信息传递，做到要协调发展、共同受益；也要加强与电网调度的信息沟通，及时汇报电厂水情变化、设备运行方式，取得电网调控中心的理解与支持。