来水偏枯形势下集控水电厂的提质增效措施

余 伟

（1.五凌电力有限公司，湖南 长沙 410000；2.湖南省水电智慧化工程技术研究中心，湖南 长沙 410000）

0 引言

五凌电力有限公司发电集控中心于2010年成立，目前控制运行着公司13个集控水电厂，这些水电厂分布在湖南沅水、资水、湘江3个流域形成梯级水电站群，总装机容量469.5万kW。目前各集控电厂的水库调度和发电经济运行工作均由集控中心负责。

长期以来，水电厂的经济运行主要是通过优化水库调度，抬高库水位进而提高发电机运行水头来降低耗水率，在同样水量下发出更多电量，从而增加发电效益。但自2022年7月~2023年底，因为持续偏强的副热带高气压作用导致长江中下游地区持续干旱，湖南地区受影响非常明显，沅水流域来水较往年减少50%，资水流域来水较往年减少60%，湘江来水较往年减少55%。来水减少对水电厂发电效益影响巨大，如何在来水偏枯的形式下，充分发挥水电站的发电潜力，提高发电效率，获得最大经济效益，是集控水电工作的重中之重[1，2]。本文旨在分析来水偏枯形势下集控水电厂经济运行的影响因素，从优化水库调度、提升运行管理、设备改造等方面提出相关的提质增效措施。

1 优化水库调度相关提质增效措施

水库调度是指在确保水库安全的前提下，掌握各流域的天气状况及水情特性，准确预测和接受来水流量的变化情况，充分发挥流域内季调、年调、多年调节水库的调蓄作用，丰水期错峰、枯水期补水，及时调整机组运行方式，降低耗水率，使水库的效益最大化。目前主要采取的措施有骨干水库汛前消落、汛末蓄水、洪前腾库、拦蓄洪尾、人工增雨、汛期水位动态控制等。

1.1 汛前消落、汛末蓄水、洪前腾库

湖南流域汛期为每年4月1日~9月30日，主汛期为5月1日~8月31日。骨干水库在汛期来临前进行水位消落，可以保证减少弃水损失，在汛末将库水位抬高运行，可以降低综合耗水率。进入汛期后，抓住时机进行大发满发，利用洪水来临前加大发电出力消落库水位，减少弃水量。这就需要集控水库调度部门根据多年来水数据结合实际来水情况合理制定水位消落和发电计划，做到“年估测、月计划、周调整、日跟踪”，确保发电效益最大化。

1.2 拦蓄洪尾

集控水电厂在某场洪水泄洪过程中，在入库流量大于满发流量的情况下，通过预报提前关闸拦蓄洪尾，则从停止泄洪开始，至本场洪水退至入库流量小于等于满发流量为止，期间多拦蓄且被发电利用的水量所发的发电量计算方法：

1.3 人工增雨

在来水偏枯的情况下，可以根据天气情况在流域骨干水库区域开展人工增雨作业，增加的入库水量，提高梯级水电站发电，增加的发电量计算方法：

式中：W人工增雨i为第i时段人工增雨增加的水量；W弃i为人工增雨期间第i时段的弃水量；ηij平均为第i时段人工增雨增加的入库水量能被第j水电站发电利用的该电站平均发电耗水率；m、n分别为人工增雨可被利用的水电站个数、人工增雨次数。

1.4 汛期水位动态控制

汛限水位又称防洪限制水位、汛期控制水位，是协调防洪与兴利的关系，确保水库发挥防洪功能而设定的水位参数指标。在正常年份各水库严格按照汛限水位执行，可以有效保障度汛安全。来水偏枯年份，在保证汛期水库大坝防洪安全的前提下，根据来水预测情况向防汛主管部门申请并经同意后，集控水电厂通过动态控制汛限水位，在未发生开闸泄洪的情况下，库水位从原设计汛限水位上升又回落至原设计汛限水位期间，利用超汛限水位的蓄水量增发电量计算方法：

式中：W超蓄为水电站动态控制汛限水位期间超蓄且发电利用的总水量，m3；n为库水位回落至汛限水位前重复利用库容进行调蓄的次数；Wi为库水位回落至汛限水位前第i次重复利用库容的调蓄水量，m3为动态控制汛限水位过程的平均发电耗水率，m3/kW·h。

2 集控运行相关提质增效措施

五凌集控不仅负责水库调度工作，也负责各集控电厂的发电运行工作，包括远程监控、开停机、负荷调整、“两个细则”管理等，可以从上述工作的日常管理工作方面采取提高发电机运行效率的提质增效措施。

水轮发电机的运行效率是指水流能够转化为电能的效率，通常用水能转换效率表示。计算方法为：水轮发电机发出的电能所占水能总量的比例，即发电机的输出功率与水的输入功率之比。水轮发电机在70%～100%的额定负荷范围内运行时效率较高。这是因为在该负荷范围内，水轮机的水能转换效率较高，能够将水能有效地转化为机械能，并通过发电机将机械能高效地转换为电能。同时，在这个负载范围内，发电机的内部损耗和外部负载匹配较好，使得整体运行效率较高[3]。从运行管理的角度提高发电机运行效率主要可以采取以下几种措施：

（1）优化机组的启停方式。对机组的启停环节进行细致研究，依据设备存在的问题、机组效率、系统需求以及厂用电的可靠性等因素，制定出机组的开机和停机优先策略。在相同条件下，应优先启动单位耗水量较小的机组和漏水量较大的机组。效率高的机组应最后停机，效率低的机组应先停机。当单台机组解列停机后，根据全厂的总体负荷，结合当前的水头状况，及时且合理地调整其他运行机组的负荷分配，确保每台运行中的机组都在高效区域内运行，以保持全厂并网运行的机组具有最高的总效率。

（2）当全厂出力固定的时候，尽可能与电网调度机构协调申请以最小的机组台数来满足发电要求，及时调整各发电机组出力，减少机组旋转备用或空载调压的时间，使机组在高效率区间运行，从而提高机组运行效率。

（3）拦污栅压差增大，水流受到的阻力增加，水轮机进口的水流速度减小，水轮机效率降低。为了提高水轮发电机的运行效率，需要定期清理拦污栅上的垃圾和泥沙，保持拦污栅的畅通，从而减小拦污栅压差对水轮发电机运行效率的影响。

（4）电网辅助服务市场开启后，夜间系统负荷较低时，火电普遍开启深调，可以在及时了解该情况后，相应停下水电机组，减少分摊电量。

（5）机组停机后，应及时停运相关辅助设备，减少厂用电量损失，通过降本增效提升经济效益。

（6）水轮发电机冷却水系统运行应进行优化，以确保在机组停机时停止供水，在开机时恢复供水，从而降低机组在停机状态下的水量损失。

3 结语

在来水偏枯形势下，流域梯级水电站经济运行面临诸多困难。本文分析了梯级水电站经济运行的影响因素，并提出了相应的经济运行措施。包括优化水库调度，抬高库水位，提高水能利用效率、优化机组运行方式、降本增效等。在实际应用中，需要根据具体情况制定相应的措施，实现梯级水电站的经济高效运行。