汾河水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析及對(duì)策

高玉琴

（山西省汾河水庫(kù)管理局，山西 太原 030006）

1 概況

汾河水庫(kù)位于汾河上游段，地處太原市婁煩縣杜交曲鎮(zhèn)下石家莊村北。水庫(kù)修建于1958年，1961年投入運(yùn)行，設(shè)計(jì)總庫(kù)容7.21億m3，設(shè)計(jì)壩高61.4 m，壩長(zhǎng)1 002 m，壩頂寬6 m，最大回水長(zhǎng)度18 km，最大回水面積32 km2，是一座以防洪、灌溉為主，兼有供水、發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖生態(tài)等綜合效益的大（二）型水利樞紐。汾河水庫(kù)樞紐工程由大壩、溢洪道、泄洪排沙洞、輸水洞和水電站5部分組成。

汾河水電站是一座壩后引水式季節(jié)性水庫(kù)電站，1982年興建，1986年竣工驗(yàn)收并投入運(yùn)行。水電站裝機(jī)2×6 500 kW，設(shè)計(jì)水頭52 m，最大設(shè)計(jì)流量2×14.75 m3/s，年設(shè)計(jì)發(fā)電180~220 d。運(yùn)行20多年來(lái)，累計(jì)發(fā)電小時(shí)數(shù)129 836 h，累計(jì)有功發(fā)電量41 889萬(wàn)kW·h，無(wú)功發(fā)電量31 415萬(wàn)kW·h，為太原地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

2 存在問(wèn)題

在山西已建成的水電站中，目前實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行功能的比重偏低，一方面，重建輕管的思想依然存在，另一方面，在技術(shù)上有所欠缺。技術(shù)原因主要體現(xiàn)在：一是水庫(kù)調(diào)度研究由于徑流預(yù)報(bào)精度問(wèn)題進(jìn)展緩慢，導(dǎo)致總體無(wú)法投入使用；洪水預(yù)報(bào)和氣象預(yù)報(bào)精度目前不夠準(zhǔn)確；河床受沖刷流域內(nèi)地形復(fù)雜，使得徑流預(yù)報(bào)精度不夠準(zhǔn)確，進(jìn)度緩慢，水庫(kù)調(diào)度優(yōu)化難。二是水電站缺乏實(shí)測(cè)流量?jī)x器，過(guò)機(jī)流量主要依靠導(dǎo)葉開(kāi)度和下游水文站提供的數(shù)據(jù)來(lái)推算，機(jī)組的特性曲線由模型特性曲線換算而來(lái)，與實(shí)際情況有出入，加之上游來(lái)水量與過(guò)機(jī)水量不可能完全一致，導(dǎo)致庫(kù)水位變化，從而影響計(jì)算精度。三是水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行主要取決于其實(shí)時(shí)性，而傳統(tǒng)的負(fù)荷等優(yōu)化算法會(huì)出現(xiàn)“維數(shù)災(zāi)”，難以達(dá)到實(shí)時(shí)性要求。水電站運(yùn)行的來(lái)水量取決于河流水文情況，具有隨機(jī)性；水電站運(yùn)行方式的變化將引起上游水位的變化，會(huì)影響以后時(shí)段的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；汾河水電站放水量取決于徑流和汾河二庫(kù)的放水情況，時(shí)間上存在延遲，所以汾河水庫(kù)、二庫(kù)水電站的運(yùn)行方式是互相影響的；需考慮防洪、灌溉、工業(yè)及生態(tài)用水等綜合需要；電網(wǎng)負(fù)荷的變化也會(huì)影響其實(shí)時(shí)性。四是優(yōu)化計(jì)算為開(kāi)環(huán)計(jì)算，由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，經(jīng)濟(jì)研究方法各有不同，運(yùn)行條件變化時(shí)，計(jì)算結(jié)果精度難以達(dá)到要求。以上幾方面因素都嚴(yán)重制約了水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行功能的實(shí)現(xiàn)。

3 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響因素及應(yīng)對(duì)措施

水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行很大程度上依賴于發(fā)電機(jī)組。根據(jù)汾河水電站20多年的運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析總結(jié)了影響水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的各種原因及應(yīng)對(duì)措施。

3.1 水庫(kù)調(diào)度優(yōu)化

汾河水電站屬于季節(jié)性水電站，發(fā)電服務(wù)于灌溉、供水和生態(tài)。汾河水庫(kù)運(yùn)用“蓄清排洪”方式，每年3—5月上旬為春澆期，6月下旬—7月上旬為晚春澆，9月為工業(yè)供水期，11月下旬—12月上旬為冬澆。為充分發(fā)揮發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益，生產(chǎn)管理部門(mén)應(yīng)積極進(jìn)行水情調(diào)度和地調(diào)的溝通，根據(jù)汾河水庫(kù)水情和電網(wǎng)負(fù)荷要求，合理制定生產(chǎn)計(jì)劃，并根據(jù)上游來(lái)水量及下游汾河二庫(kù)水情進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

3.1.1 科學(xué)分析，加強(qiáng)管理

第一，復(fù)核修正水文特性曲線。注重水基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)，分析多年水庫(kù)運(yùn)行資料，不斷修正機(jī)組水頭—綜合出力關(guān)系曲線、出庫(kù)流量—綜合出力關(guān)系曲線等，使曲線科學(xué)反映水電站運(yùn)行工況。第二，制定和出臺(tái)水電站優(yōu)化調(diào)度管理制度。水電站運(yùn)行車間詳細(xì)制定了早春澆、晚春澆、汛期、工業(yè)供水、冬澆不同時(shí)期的調(diào)度預(yù)案,出臺(tái)了水庫(kù)水位控制相關(guān)規(guī)定，通過(guò)制度加強(qiáng)水庫(kù)調(diào)度管理。

3.1.2 善于溝通，靈活調(diào)度

要加強(qiáng)與水文人員溝通，及時(shí)獲取實(shí)時(shí)水情，以及下游汾河二庫(kù)的水位、出庫(kù)流量及設(shè)備運(yùn)行的起始時(shí)間；運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際水情及時(shí)與地調(diào)聯(lián)系，合理安排機(jī)組運(yùn)行方式，減少機(jī)組空轉(zhuǎn)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)段，靈活主動(dòng)地調(diào)整機(jī)組負(fù)荷曲線，充分利用水庫(kù)現(xiàn)有水量多發(fā)電。為確保春澆用電，可以在冬季提前將黃河水引入汾河水庫(kù)，提高機(jī)組運(yùn)行水頭，降低發(fā)電耗水率，保持機(jī)組高效運(yùn)行；水電站運(yùn)行車間根據(jù)不同機(jī)組特性及調(diào)度負(fù)荷要求，制定機(jī)組運(yùn)行方式，優(yōu)先運(yùn)行水能利用率高的機(jī)組，優(yōu)化運(yùn)行機(jī)組組合，降低輔機(jī)電機(jī)主變損耗。

3.2 機(jī)組工況優(yōu)化

第一，及時(shí)清污，減少水頭損失。要及時(shí)清除水庫(kù)攔污柵垃圾，垃圾淤積會(huì)使機(jī)組進(jìn)水中攔污柵前后水位差增大，致使機(jī)組出力大大降低；尾水渠道及時(shí)清污，以降低尾水位，減少水頭損失。根據(jù)汾河水電站多年運(yùn)行資料分析，每增加1 m水頭損失，水電損失出力125 kW，每天電量損失3 000 kW·h，經(jīng)濟(jì)損失約810元，年發(fā)電損失14.5萬(wàn)元。

第二，降低機(jī)組耗水率，加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理。通過(guò)對(duì)歷年耗水率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)汾河水電站廠內(nèi)負(fù)荷分配不盡合理是導(dǎo)致汾河水電站耗水率增大的主要原因。為此，通過(guò)進(jìn)一步落實(shí)精細(xì)化管理，制定耗水率的技術(shù)措施，優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行方式，加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)分析，以提高設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性及機(jī)組利用率。同時(shí)還開(kāi)展了加深機(jī)組進(jìn)相深度，減少機(jī)組空轉(zhuǎn)耗水的試驗(yàn)研究工作，并加大設(shè)備巡查和日常維護(hù)保養(yǎng)力度，提高設(shè)備的檢修質(zhì)量，保證設(shè)備完好率。汾河水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行主要是系統(tǒng)給定的負(fù)荷條件下，根據(jù)機(jī)組工作特性及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，判斷可投入機(jī)組發(fā)電效率的高低。通過(guò)powerbase自動(dòng)化投入的次序，提高機(jī)組組合及機(jī)組負(fù)荷分配，實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)耗水量?jī)?yōu)化控制，從而在用水量一定條件下使水電站發(fā)電量最大化。

通過(guò)采取以上措施，汾河水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果明顯：一是機(jī)組空轉(zhuǎn)時(shí)間大大縮短。以單機(jī)負(fù)荷小于3 000 kW為空轉(zhuǎn)統(tǒng)計(jì)，2011年3—4月機(jī)組累計(jì)空轉(zhuǎn)30 h，比2009年同期機(jī)組累計(jì)空轉(zhuǎn)150 h減少了120 h。二是機(jī)組耗水率降低。加強(qiáng)水庫(kù)水情調(diào)度，及時(shí)與地調(diào)溝通，水輪發(fā)電機(jī)始終運(yùn)行在最優(yōu)工況區(qū)，耗水率由原來(lái)發(fā)電1 kW·h用水12 m3降至10 m3，降低了16%，在同樣過(guò)機(jī)水量的前提下，經(jīng)濟(jì)效益提高了10%以上。

3.3 設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化

提高水電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，除了要保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行外，設(shè)備優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益也不可忽視。

第一，大力運(yùn)用新技術(shù)，保證機(jī)組增效率。汾河水電站于2006年8月開(kāi)始自動(dòng)化改造，采用加拿大Powerbase公司第一代自動(dòng)保護(hù)和控制Tcm-10000-2.5及后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)兼容，運(yùn)行良好。主要表現(xiàn)在：開(kāi)停機(jī)程序化，可使開(kāi)機(jī)時(shí)間由原來(lái)的50 min縮短到5 min；自動(dòng)化程度提高，勞動(dòng)強(qiáng)度減弱，勞動(dòng)力減少，實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人值班、少人值守”；保護(hù)的可靠性、選擇性、靈敏性和快捷性進(jìn)一步加強(qiáng)，并且便于分析故障、事故發(fā)生的原因；機(jī)組穩(wěn)定性提高，運(yùn)行中發(fā)電機(jī)組隨時(shí)提供油、水、氣、溫度指標(biāo)。輔助設(shè)備按預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行工作，及時(shí)向值班人員以語(yǔ)音、接收短信息的形式發(fā)送故障、事故報(bào)警信號(hào)。同時(shí)Powerbase會(huì)根據(jù)故障事故原因判斷機(jī)組是否會(huì)停機(jī)。通過(guò)自動(dòng)化改造不僅縮短了并網(wǎng)時(shí)間，節(jié)省水力資源、降低成本，還直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

第二，開(kāi)拓思路、提升輔助設(shè)備效率。汾河水電站屬于壩后引水式水庫(kù)電站，水電站滲水較大，采用上堵下排減少水電站尾水層滲水量，將滲排水系統(tǒng)由水銀接點(diǎn)控制改為磁力控制，接入加拿大powerbase系統(tǒng)EXP-30擴(kuò)展模塊，提高滲排水系統(tǒng)的可靠性，降低抽水次數(shù)，對(duì)輔助設(shè)備精心維護(hù)，及時(shí)完成設(shè)備消缺，提高輔助設(shè)備的效率，降低用電消耗，選用高效率的輔助設(shè)備將在很大程度上降低生產(chǎn)消耗，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

4 結(jié)語(yǔ)

水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行可以提高企業(yè)管理水平和技術(shù)實(shí)力，增加發(fā)電效益，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，還充分體現(xiàn)了利用清潔能源、節(jié)能減排的企業(yè)社會(huì)責(zé)任。汾河水電站結(jié)合增效擴(kuò)容改造工程，提升水電站的管理水平，合理利用水能，其經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)步上升。