向家坝电站切机事件下应急补水边界条件分析

韩媛媛，邹泽华，赵 全

(三峡水利枢纽梯级调度通信中心成都调控部，四川 成都 610094)

向家坝电站是金沙江下游梯级电站的最末一级，下游连接天然河段，其出库流量变化对下游水位影响较大[1]。为保证下游航运安全，电站实时调度过程中，需控制下泄流量的变幅和速率，当电站发生切机事件时，下泄流量大幅减少，需要迅速开启泄水设施进行应急补水操作，使下游水位变幅在航运要求的范围内[2]。《金沙江向家坝水电站水库运用与电站运行调度规程(试行)》规定，向家坝下游最高通航水位277.25 m，相应下泄流量12 000 m3/s，最低通航水位265.8 m，相应下泄流量1 200 m3/s。向家坝电站日调峰运行时，要控制下游水位最大日变幅不超过4.5 m/d，最大小时变幅不超过1.0 m/h。2013年，交通运输部办公厅从航道畅通与航运安全考虑，进一步要求向家坝电站最小下泄流量按不低于1 500 m3/s控制，下游水位最大日变幅不超过3 m/d。考虑向家坝电站投产后下泄水流对下游河道的冲刷，结合近2年的调度经验，实时调度过程中电站最小下泄流量一般按1 700 m3/s左右控制，对应电站发电出力约1 700 MW[3]。

2019年2月至5月，向家坝电站共发生三次切机事件，分别是：2月某日21:59，向家坝左岸安控装置动作切除1号机；4月某日13:02，向家坝左岸安控装置动作切除1号机；5月某日22:57，向家坝左岸安控装置动作切除2号机。三次事件中，电站调控人员通过判断，在未进行应急补水的情况下保证了下游水位小时变幅不超过1.0 m/h。三次事件虽起因相同，但事件发生前后电站运行情况各不相同，事件处置过程也有所差别，对以上三次事件进行分析总结，可为电站调控人员处置同类型事件提供参考依据。

1 2月某日切机事件

2月某日21:59，向家坝左岸安控装置动作切除1号机，减少出力710 MW。切机前，向家坝左、右岸电站各2台机组运行，电站从21:45开始按计划调减出力。切机后，向家坝左岸AGC退出，按电网要求暂停出力调整；向家坝右岸AGC正常投入，仍在按计划调减出力，至22:28分按电网要求退出，停止出力调整。切机前水情信息如表1所示。

表1 2月某日切机前电站水情信息表

此次事件中，向家坝电站负荷调减分为三个阶段，共43 min。第一阶段：21:45至21:59，按计划调减出力120 MW。第二阶段：21:59安控装置动作切机，减少出力710 MW。第三阶段，21:59至22:28，右岸AGC按计划调减出力270 MW。三个阶段共调减出力1 100 MW，引起的下游水位最大小时变幅0.84 m。事件前后，向家坝电站出力与下游水位变化曲线如图1所示。

图1 2月某日向家坝电站出力与下游水位变化曲线图

分析事故前后的数据，从图1可以看出，22:24至23:11约46 min时间内，向家坝电厂出力基本保持不变，但该时段下游水位依然在降低，说明向家坝电厂的出力调整对下游水位的影响是一个持续的过程，水位变化所需时间较长，即便出力调整完毕仍需继续加强对下游水位的监视。

2 4月某日切机事件

4月某日13:02，向家坝左岸安控装置动作切除1号机，减少出力700 MW。切机前，向家坝左、右岸电站各2台机组运行。另外，在11:30至12:00，向家坝电厂已按计划调减出力800 MW。考虑下游水位的连续变化过程，将两次出力变化过程放在一起分析。出力变化前的水情信息如表2所示。

表2 4月某日切机前电站水情信息表

第一次出力调减：11:30至12:00，向家坝电厂按计划调减出力800 MW，引起的下游水位变化持续至12:57，期间下游水位降幅约0.76 m，最大小时变幅约0.67 m。第二次出力调减：13:02，向家坝左岸安控装置动作切除1号机，瞬间减少负荷约700 MW。切机前，向家坝电厂总出力2 420 MW，左、右岸电站各2台机组运行。切机后，与电网确认立即将左岸出力调整至750 MW，右岸为满足系统稳定要求立即将出力调整至1 000 MW。因此切机后向家坝全厂出力调整为1 750 MW，比切机前减少670 MW，至14:15向家坝电厂恢复至切机前出力2 420 MW，期间引起的下游水位降幅约0.7 m，最大小时变幅约0.67 m。11:30至14:15，向家坝电站出力与下游水位变化曲线如图2所示。

图2 4月某日向家坝电站出力与下游水位变化曲线图

此次事件过程中，两次出力调减间隔1 h，切机发生时下游水位已趋于平稳，切机对下游水位造成的影响基本不受第一次出力调减的影响，在没有进行补水操作的情况下保证了下游水位小时变幅在1 m以内。但若两次出力调减间隔很近，对下游水位的影响会叠加在一起，造成下游水位快速下降，必须第一时间进行补水操作。另外，切机发生后，向家坝电厂的出库流量已接近1 700 m3/s，且下游水位较低接近航运要求下限265.8 m，此时若再发生异常减出力的情况，也必须第一时间进行补水操作。

3 5月某日切机事件

5月某日22:57，向家坝左岸安控装置动作切除2号机，减少出力710 MW。切机前，向家坝电站出力2 820 MW，左、右岸电站各2台机组运行。切机后31 min，即23:28向家坝电站恢复出力至2 820 MW。出力变化前的水情信息如表3所示。

表3 5月某日切机前电站水情信息表

此次切机事件中，向家坝电站出力恢复较快，此时下游水位的下降趋势还未调整到位，出力恢复后，下游水位随即上涨，期间下游水位最大降幅约0.38 m。事件前后向家坝电站出力与下游水位变化曲线如图3所示。

图3 5月某日向家坝电站出力与下游水位变化曲线图

4 应急补水边界条件分析

以上三次向家坝电站切机事件均发生在电站枯水期(11月至次年5月)，枯水期向家坝电站不泄洪，下游水位变化主要受电站出力变化的影响[4]。在不同出库流量等级下，减少相同出力引起的下游水位变化不同。表4为2015年向家坝电站调峰试验所得的在不同出库流量等级下，小时出力调减量引起的下游水位小时变幅，是电站调控人员判断是否需要应急补水的重要参考。

表4 不同出库流量等级下小时出力调减量引起的下游水位小时变幅表

综上，可以得出向家坝电站发生切机事件时的应急补水边界条件：①当向家坝电站运行机组台数大于等于4台，发生切机事件时，若切机台数为1台，切机后电站下泄流量不低于1 700 m3/s，下游水位不低于265.8 m，可以不进行补水操作，下游水位小时变幅满足航运要求，但若切机前1 h内电站已有较大的出力调减，切机后必须马上进行补水操作；②若切机台数超过1台，切机后必须马上进行补水操作。电站调控人员判断是否进行应急补水的流程如图4所示。

图4 应急补水流程图

5 结 语

本文基于向家坝电站切机事件，分析得出切机事件下保证下游航运安全的应急补水边界条件。当电站发生事故停机或紧急调减出力等情况时，其本质与切机事件类似，均为快速减少出力，因此，以上应急补水边界条件也同样适用于向家坝电站发生事故停机或紧急调减出力的情况。