浅谈杂谷脑流域梯级水电站水库优化调度与经济运行

李彬

（四川华电杂谷脑水电开发有限责任公司，四川 成都 610095）

0 引言

杂谷脑流域梯级水电站群承担着发电和生态综合任务，微小的调度方式优化将带来巨大的经济、社会效益提升。实施水电站群联合优化调度不仅可以协调各水电站水量与水头的相互配合，充分挖掘其自身的潜在效益，而且可以利用各级水电站之间的水力、电力联系，实现梯级整体效益最大化。

流域优化调度及经济运行管理是直接影响公司经济效益的主要因素，其主要任务是强化水库优化调度，合理制定发电调度计划，降低机组发电耗水率、发电能耗和加强设备管理工作，确保电站安全、经济、高效地运行。基于此，本文在以杂谷脑流域梯级水电站水库优化调度为例基础上展开相关分析。

1 现状分析

（1）狮子坪电站：装机3×65MW；年设计发电量8.76 亿kWh；2010 年3 月投产；多年平均耗水率1.06；设计耗水率1.05；耗水率对标值1.05；多年平均水量利用率88.66%。

（2）红叶二级电站：装机3×30MW；设计年发电量4.66 亿kWh；2002 年10 月投产；多年平均耗水率2.86；设计耗水率2.85；耗水率对标值2.73；多年平均水量利用率74.33%。

（3）薛城电站：装机3×46MW；设计年发电量6.492 亿kWh；2007 年12 月投产；多年平均耗水率2.83；设计耗水率2.94；耗水率对标值2.78；多年平均水量利用率79.66%。

（4）古城电站：装机3×56MW；设计年发电量8.07亿kWh；2010 年11 月投产；多年平均耗水率3.01；设计耗水率3.18；耗水率对标值2.97；多年平均水量利用率72.84%。

2 优化调度目标及重要性

（1）提高流域水资源利用率，是国家节能减排政策的必然要求。

（2）围绕重点难点问题开展精益管理，是响应公司全面推行精益管理的要求。

（3）提升公司经济运行水平，实现综合效益最大化，是企业生产运行的内在需求。

（4）杂谷脑河流域狮子坪龙头水库调节能力强，各梯级水电站距离较近，进行统一调度将有利于充分发挥梯级水电站各自的特点，产生更大的节能综合效益。

（5）枯水期，狮子坪水库可对下游红叶二级、理县、甘堡、薛城和古城电站进行补偿调节，使杂谷脑梯级水电站枯期的发电能力有大幅度的提高。

主要思路如下。

（1）成立精益课题小组，梳理发电全过程，查找耗水率高的环节并进行诊断、分析。

（2）对各厂经济运行进行分析，制定单站最优运行方式。

（3）总结流域优化调度原则，制定典型优化模型。

（4）降低流域综合耗水率；提高公司整体发电量。

3 杂谷脑流域各站经济运行分析

（1）效率：机组在低负荷区运行时，水轮机综合效率较低，耗水率较高。

（2）开机方式：在避开振动区的情况下，根据负荷情况，尽量减少开机台数；需多台机组运行的情况下，在整体负荷较轻时，采用一台或两台机带额定、一台机带剩余负荷，耗水率较低；在整体负荷偏重时，采取多台机均分负荷，耗水率较低。

（3）耗水率：如图1 所示，在两台及以下机组运行时，机组耗水率总体受负荷率增长呈减小趋势，在三台机组运行时，机组耗水率受负荷变化影响不大，且耗水率较高。因此，原则上枯水期保持机组在高负荷段运行，尽量避免3 台机同时运行。

图1 红叶二级电厂负荷-耗水率曲线

理县、甘堡、薛城、古城总体经济运行原则与红叶二级一致。耗水率，受水头水位影响，且成负相关关系，尽量保持高水头运行。

狮子坪运行水头变化较大，当低于设计水头时，机组达不到额定出力，并随水头降低，出力逐步减少，在死水位时，全厂出力降至170MW。

因狮子坪机组运行水位跨度较大，在中高水头（2490m）以上运行时，经济运行原则不变（红二、薛古），但在低于设计水头（390m）时，因出力受限及效率跨区影响，两台机及以上运行时，总体负荷率超过70%时，随着负荷增加，耗水率呈上升趋势。

4 杂谷脑流域梯级水电站水库优化调度措施

4.1 流域优化调度管理

（1）按照集团公司水库优化调度管理办法，做好各阶段流域优化调度工作。在协调好电网、防汛、发电基础上，充分发挥狮子坪水库调节性能，以流域发电综合效益最大化为目标，合理统筹利用来水与水头，充分挖掘各电站经济运行的潜力。

（2）流域优化调度以长、中、短期三者紧密结合。长期优化调度是在分析历史径流资料，对水库来水做中长期预报的前提下，推求水库年内逐月水位控制目标；中期优化调度是将长期优化的目标进一步细化，结合实际来水情况，对水库来水滚动（旬、日）预报，并依据电网实际负荷需求调整逐旬（日）水库运行发电计划；短期优化调度是以梯级水能利用最大化为目标，结合电网每日电量计划及电力系统限制情况实现站间最优负荷分配，降低机组耗水率，最大化增加发电量。

（3）枯水期，流域优化调度以不出现非正常弃水和降低耗水率为原则：①狮子坪水库水位每年11 月底蓄至最高水位，次年4 月消落至死水位。水库水位一般按蓄能值均衡消落，但应根据下游各站经济运行情况，做适当调整。②枯水期应充分利用薛城、古城电站水库日调节作用，匹配上游来水，做到站间经济运行。③狮子坪电量计划安排应结合下游各站区间来水进行统筹，满足经济运行原则，最大限度降低流域综合耗水率。

（4）汛期，流域优化调度以提高水能利用率、降低厂用电为原则：①汛期应利用狮子坪水库调节作用，兼顾发电计划尽量减少下游各级电站弃水，提高水量利用率；伏旱期间，狮子坪水库应进行适当补水，增加流域发电量。②红叶二级、理县、甘堡、薛城、古城电站在汛期应参照狮子坪下泄流量和库区间支流来水情况，在尽量保证入库和出库平衡的情况下，尽量保持高水位运行，降低机组耗水率和提高水能利用提高率。③厂区水泵、通风及照明系统杜绝非必要启停，降低厂用电量。

（5）生产技术部（信息管理部）按照“以水定电”的原则组织编制年度调度控制运行计划，优化电站出力，减少弃水，提高水能利用率。

（6）运行维护部根据流域水文预报要求加强与地方气象部门合作，做好短、中、长期降水预报，对重大降水过程应跟踪滚动预报。做好水、雨情报送工作，水库调度、调洪演算等方面的资料、有关的分析图表、曲线均应装订成册，建立各类设备、技术资料台账。

（7）市场营销部、生产技术部（信息管理部）和运行维护部在编制发电计划时应综合考虑水电站的机组工况、水库运行条件及电网需求，在保证电网及水电站安全运行的前提下，实现水电站综合效益最大化。

（8）运行维护部应实时掌握红叶二级、理县、甘堡、薛城、古城电站短期来水情况，编制相应日运行计划，库水位应尽量维持在较高位置运行。运行维护部要加强设备巡视，杜绝辅机非必要启停，降低厂用电量。

4.2 各站经济运行优化管理

（1）运行维护部应按照调度要求，根据机组效率、稳定性、空蚀等综合特性确定机组最优运行方式，减少因开、停机造成的水量损失，减少机组空转运行时间，有效提高水能利用率。具体经济运行原则如下：①开机方式：在避开振动区的情况下，根据负荷情况，尽量减少开机台数；需多台机组运行的情况下，在整体负荷较轻时，采用一台或两台机带额定、一台机带剩余负荷，耗水率较低；在整体负荷偏重时，采取多台机均分负荷，耗水率较低。②耗水率：在两台及以下机组运行时，机组耗水率总体受负荷率增长呈减小趋势，在机组全部运行时，机组耗水率受负荷变化影响不大，且耗水率较高。所以，原则上枯水期保持机组在高负荷段运行，尽量避免机组全部同时运行。枯水期，在安排日发电计划时，负荷率控制在25%～67%，能够通过优化运行方式使耗水率维持在较低水平。③狮子坪机组运行水位跨度较大，在中高水头2490.00m 以上运行时，以上述原则开展经济运行工作；但在低于设计水头390m时，机组达不到额定出力，并随水头降低，出力逐步减少，在死水位2460.00m 时全厂出力降至170MW，因出力受限及效率跨区影响，两台机及以上运行时，总体负荷率超过70%时，随着负荷增加，耗水率呈上升趋势。理县、甘堡、电站因有自己的供区，发电量受调度影响较小。枯水期在保证不弃水的前提下，投运最少的机组运行。

（2）集控中心每月对水能利用提率、水量利用率、发电耗水率等经济运行指标进行统计分析，制定经济运行方案。

（3）运行维护部做好计算机监控系统、自动化设备的运行管理，提高机组自动化水平，结合集团公司远程诊断平台的建设，实现水轮发电机组生产运行经济技术指标的实时监测和控制，保证发电机组在经济高效和合理工况下运行。

（4）运行维护部定期对综合厂用电量进行分类统计，合理进行评价分析，加强生产生活用电管理，采取有效措施，降低综合厂用电率。

4.3 设备设施管理主要内容

（1）生产技术部（信息管理部）对影响厂用电率、综合厂用电率以及设备经济性能的问题要制定解决方案，进行处理，积极采用先进的调频、LED 等技术，进行必要的检修和技术改造，降低设备能耗。

（2）生产技术部（信息管理部）、运行维护部应做好水工建筑物及泄洪设施的运行维护管理，防止影响水库蓄水和防洪调度；应做好尾水河道的综合治理，防止尾水位抬高。对进出水口、拦污栅等外部过流流道进行定期检查、处理，减少水头损失。

（3）运行维护部应对闸门漏水量、导叶漏水量进行测量与分析处理，保证水能的有效利用。闸门和导叶漏水量应满足规程要求（闸门在承受设计水头压力时，通过任意1m 长止水范围内漏水量每秒钟不应超过0.1L）。

（4）运行维护部定期对发电设备油耗、渗漏点进行统计分析，保证设备渗漏率≤0.2‰。加强油料保管，减少油料的渗漏和蒸发，杜绝跑油、冒油、漏油的现象，并对辅助设备的运行进行节能优化。

（5）运行维护部和运行维护部应做好机电设备巡回和维护检修工作，确保设备健康，保证机组开得出、顶得上、稳得住。

5 优化运行调度成果

经优化调度后，各站枯期综合耗水率较多年平均减少1.29%；汛期各站水量利用率较多年平均提高3.08%；电量较同期增加6.18%。各水库达到效果如图2、图3 所示。

图2 流域枯期耗水率对比

图3 流域枯期电量对比

6 结语

综上所述，为更好地保障杂谷脑流域梯级电站优化调度，已建立组织机构，制定管理办法，针对成果，修订了水库调度方案，同时制定培训计划，开展专项培训，并定期分析总结，固化成果。