徑流式反調節(jié)水電站水庫調度分析與應對措施

李民希

（二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花617000）

1 引言

桐子林水電站安裝4臺15萬kW軸流轉槳式水輪發(fā)電機組，電站設計保證出力22.7萬kW、多年平均發(fā)電量29.75億kW·h，已于2016年3月25日實現4臺機組全部投產發(fā)電。

桐子林水電站在設計上為二灘水電站的反調節(jié)電站，水庫調節(jié)庫容較小[1-3]，總庫容僅0.912億m3，為日調節(jié)型水庫，根據桐子林水庫庫容特性和入庫徑流分布特性，桐子林水電站設計上汛期在系統中擔任基荷，其他時段與二灘基本同步參加電力系統調峰，并承擔強制基荷出力，保證下游生態(tài)流量需要，日內運行水位在正常蓄水位之間變化。

2 現狀分析

二灘和桐子林的聯合調度問題或者說桐子林的水庫調度問題，一直是比較復雜的問題，既有技術方面的原因，也有外部關系方面的原因。桐子林水庫調度分枯期和汛期兩個階段，分別呈現截然不同的特征。汛期的重點在于確保桐子林水庫安全的前提下，如何盡量減少閘門操作次數；枯期的重點在于如何通過桐子林負荷調整來控制桐子林水位，并盡量降低發(fā)電耗水率。

枯期二灘和桐子林正常情況下均無棄水[4-6]，安寧河流量平穩(wěn)，桐子林水庫調度似乎很簡單，其實不然，因桐子林和二灘負荷不能完全匹配，桐子林通常僅能通過負荷調整來控制水位。當二灘負荷變化陡峭、臨時修改計劃較為頻繁時，桐子林的負荷調整頻次也隨之增加。計劃的調整均須征得上級調度的同意，桐子林頻繁的負荷調整有時使調度員不勝其煩，拖延同意或斷然拒絕的情況也時有發(fā)生，且不說經濟性無法保證，有時連水庫安全都受到了威脅。

3 水庫調度問題

事實上，桐子林水庫調度的問題集中在以下3個方面，下面逐一展開探討。

3.1 與二灘水電站聯合運行不佳

桐子林水電站因上游二灘水電站出庫流量、安寧河來水量等不確定因素存在，曾多次出現水庫水位逼近上/下限，造成水庫棄水、水庫拉空的風險；同時機組發(fā)電水頭較低時，機組運行工況較差；水庫加大泄水后，也曾發(fā)生下游人員被困江中的險情，桐子林水電站實際運行難度較大。

究其原因，①兩站日發(fā)電計劃曲線匹配性不好。導致這一現狀的客觀原因在于桐子林水電站入庫干擾因素較多、電網攀西斷面、川渝斷面潮流控制要求較高，難以制定符合兩站聯合運行需要的精準發(fā)電計劃；主觀原因在于兩站分屬于不同的電網調度機構，在制定兩站發(fā)電負荷曲線時，未充分考慮兩站聯合運行需求。②兩站實時發(fā)電調度協調性不好。在實際運行過程中，受電網安全運行需要，電網調度機構時常需要下令對兩站的實時發(fā)電計劃進行調整，尤其是二灘水電站，受川渝斷面潮流調整需要，二灘水電站經常需要退出計劃曲線臨時調整發(fā)電負荷，發(fā)電計劃一旦調整過后，計劃性問題轉化為實時調度的問題，由于兩站分屬于不同電網調度機構，在應對實時發(fā)電計劃調整時，兩站電網調度機構之間并無溝通，且在一定程度上受電網安全穩(wěn)定運行控制需要，兩站調度機構未及時對兩站發(fā)電計劃一并調整，依靠當前電站運行調度臺申請和流域集控中心實時協調的方式，常年頻繁申請調度調整負荷較難奏效。

例如2017年7月一天夜班期間，桐子林水電站根據調度指令共調整全站負荷16次，集控中心根據實時負荷下發(fā)閘門操作命令單11份，共操作泄洪閘門18次；2017年11月1日白班期間，桐子林水電站由于負荷申請一直未得到省調批復，導致水位下降至最低水位1 010.06 m，后不待調度指令將負荷由360 MW減至200 MW，最終控制水位在1 010.06 m；2017年11月24日夜班期間，發(fā)電計劃僅為20 MW，由于處于振動區(qū)且20 MW對應的發(fā)電流量小于生態(tài)流量（422 m3/s），桐子林水電站中控室多次申請調整負荷一直未得到省調批復，最終不待調度指令將負荷調整至50 MW運行。多方因素導致桐子林水電站水/電協調調度不理想。

目前桐子林發(fā)電計劃按比例系數的方式與二灘計劃負荷進行匹配，即二灘96點日計劃除以系數得出桐子林發(fā)電計劃。比如二灘全天計劃負荷為2 100 MW，比例系數取7，則桐子林全天計劃為300 MW。這種方式最大的優(yōu)點是簡單，缺點也是因為簡單，忽略了許多因素，造成不能做到完全匹配。造成不匹配的原因很多，有二灘因素，也有桐子林因素；有曲線誤差因素，也有水頭變化因素，其中最主要的是桐子林水頭變化因素，因為桐子林耗水率受水頭變化影響非常明顯。

為了便于說明問題，表1列出了桐子林單機帶100 MW負荷時不同水頭下的對應發(fā)電流量。

由表1可見，100 MW負荷對應不同水頭下流量差最大達132 m3/s，隨著總負荷的增加，不同水頭下流量差也相應增加。如果桐子林在平均水頭23 m時與二灘匹配，那么在平均水頭21 m時100 MW負荷對應的流量偏差約43 m3/s，對桐子林的影響是水位以約3 cm/h的速度下降。如果桐子林總負荷300 MW，則水位以9 cm/h的速度下降，24 h降幅2.16 m。因為忽略了一些因素，實際降幅將遠遠大于2.16 m。邏輯是這樣的：隨著水位的下降，水頭下降耗水率增加，尾水位抬高，水頭下降，耗水率增加……，這是一個水位不斷加速下降的循環(huán)過程。反之，水位上漲的過程也是加速上升的過程。上述分析說明，因為水位在實時變化，按照比例系數制定桐子林發(fā)電計劃時無法提前預知運行水位和水頭，在水位1 012 m附近和在1 014 m附近運行都是可能的，可最終結果卻截然不同，桐子林完全按照發(fā)電計劃執(zhí)行是不可持續(xù)的，執(zhí)行一段時間后，必然會進行計劃調整。

表1 桐子林單機100 MW不同水頭下發(fā)電流量表

現在的問題是，能不能做到桐子林和二灘計劃負荷的完全匹配或更好的匹配呢[7-8]？理論上是可以的，但實際效果未必好，且實現難度也比較大。假設二灘和桐子林的各種曲線精度足夠高，安寧河流量足夠穩(wěn)定，以桐子林水位固定為約束條件，使用計算工具計算出與二灘計劃匹配的桐子林計劃是可以做到的。因為桐子林水位固定不變，所以確保了桐子林發(fā)電計劃的唯一性；同樣因為桐子林水位固定，保證了桐子林和二灘各時段的流量匹配，有利于桐子林水位的平穩(wěn)以及抬高桐子林運行水頭，提高了安全性和經濟性。之所以理論上可行，是因為以上方法是建立在一系列假設條件上的，以目前的曲線精度還很難達到能精準控制桐子林水位的程度，況且，能不能得到上級調度的支持也是問題，更關鍵的是，二灘并不會完全按照發(fā)電計劃發(fā)電，臨時調整發(fā)電計劃時有發(fā)生，因此，實際效果很難預料。

3.2 二灘發(fā)電計劃時有調整

枯期，二灘發(fā)電計劃臨時調整比較頻繁，為了便于說明問題，對某年1月份二灘發(fā)電計劃臨時調整情況進行了統計，如表2。

表2 二灘1月份發(fā)電計劃臨時調整統計

從表2統計數據可以看到，1月份上級調度共計72次下令修改計劃，計劃修改時段累計1 078個，折合269.5 h，占1月份總時間的36%；31 d中共有23 d修改計劃，占比74%；負荷調整范圍為最多減少450 MW，最多增加300 MW，以二灘平均耗水率2.33 m3/kW·h來算，450 MW 對應流量 291 m3/s，對桐子林的影響是水位下降20 cm/h；300 MW對應流量194 m3/s，對桐子林的影響是水位上升14 cm/h。無論從二灘計劃修改的頻次、累計時間，還是對桐子林的影響來看，都不可忽視。

從計劃執(zhí)行和對桐子林影響的角度看，二灘計劃臨時調整比較頻繁，但從二灘在電網系統中的作用和自身縱向對比來看，調整是正常的，甚至是大幅減少的。寄希望于二灘像錦官一樣保持高度的計劃性有些不切實際，因此，解決二灘負荷臨時調整對桐子林造成影響這個問題，還是應該從桐子林自身入手。解決這個問題似乎也很簡單：桐子林也跟著進行計劃臨時調整就可以了?？蓪嶋H情況要復雜一些，二灘和桐子林分屬不同的調度機構，桐子林的頻繁負荷調整并不總能夠獲得上級調度的支持和理解，特別是調度員事務繁忙和負荷調度困難時，頻繁的負荷調整申請會被調度當做“添亂”，有時對電站的申請不予理會或直接拒絕，使桐子林水位控制陷入困境。

3.3 桐子林計劃負荷調整受阻

枯期棄水一般不被允許，負荷調整成為桐子林水位控制的主要方式，但有時負荷臨時調整申請會被上級調度拒絕。當負荷調整被拒絕后，運行值班人員會作出最后的種種努力，比如向調度反復匯報桐子林的最新危急形勢、后續(xù)風險和應對措施，反復申請負荷調整等方式。通過重重努力，有時在最后的關鍵時刻調度同意了；但有時始終不同意，導致最后被迫棄水。

調度員不同意的原因大概有“調整有困難”和“申請?zhí)l繁”。對于系統原因導致負荷調整有困難，這個實在無能為力，我們應當理解和支持。而對于“申請?zhí)l繁”，我們可以設法努力減少負荷調整的頻次。其實在努力減少負荷調整頻次這個問題上，集控和電站一直是這么做的，而且還在不斷努力提高要求。但是后來發(fā)現調度員與我們在這個問題的理解上有分歧：我們以能夠做到盡量長時間不再調整為目標，經過計算得出的負荷調整時機，桐子林水位往往不在上下限附近，甚至還有點遠，在調度員看來，離水位越限還差得遠，此時進行負荷調整，純屬“添亂”。為此，集控與上級調度機構進行了溝通，消除了分歧，理順了后續(xù)工作流程和要求，雙方獲得了一致理解和支持。集控和桐子林電站確定了盡量減少調整申請頻次，努力避免夜間調整申請和緊急情況下電話聯系申請的工作指導原則，從實際效果看，達到了預期目標?？梢?，充分的溝通是十分必要的。

調度員曾經提出通過減少二灘負荷的方式來控制桐子林水位，避免棄水，雖然可行，但這是一種不經濟的方式。因為二灘和桐子林的發(fā)電耗水率相差非常大，通過桐子林增加100 MW負荷即可解決的問題，卻需要二灘減少770 MW才能解決，并不劃算，如果經常如此，對二灘電量必然產生影響。

4 應對措施

（1）盡快推動桐子林水電站水調、電調統一[9-10]，加強對水庫水位控制的同時，保證機組運行水頭維持在高位，避免機組出力受限。

（2）促成兩站調度機構統一，實現兩站經濟調度。

（3）加強兩站負荷計劃制定環(huán)節(jié)的精準性。在兩站發(fā)電負荷計劃制定上，加強與兩站調度機構的溝通，進一步提高兩站負荷計劃的匹配度，避免在運行過程中出現偏差，增加聯合運行影響因素。

（4）加強與二灘水電站的信息互通，豐平過渡期（一般在10月～11月），二灘電站維持高水位且入庫流量大于發(fā)電流量時，申請采取二灘間歇性補水的方式來控制水庫水位。

（5）在水位下降預計接近水位下限時，通過調整負荷或泄洪閘門運行方式等措施，及時扭轉水位下降趨勢，防止水庫水位越下限。

（6）在機組出力受限時，合理分配各機組負荷，確保機組在最優(yōu)工況運行，同時應加強與調度的溝通，確保全站負荷下發(fā)值處于合理范圍，防止發(fā)生電量考核。

（7）加強與調度機構和集控中心的多向溝通，定期研討，增進理解，優(yōu)化調度方式，緊密協作。爭取上級調度同意桐子林在計劃曲線上下偏差一定范圍內進行自行調整，可一舉解決上述3個方面的問題，而且還有諸多益處：①如果能允許在計劃曲線偏差20 MW范圍自行調整，就有大約200 m3/s的自由調節(jié)手段，足以解決二灘和桐子林計劃不匹配造成的桐子林水位控制問題；②即便二灘負荷頻繁調整，只要調整幅度不是太大，足以自行應對；③桐子林不再需要頻繁向上級調度申請調整負荷，減少了桐子林和調度員的工作量；④水位可自行靈活控制，便于水位的穩(wěn)定，提高安全性；⑤便于自行控制桐子林水位，抬高平均運行水頭，提高水能利用效率，提高經濟性。

5 結語

桐子林水電站投產運行以來，受電網調度模式、水庫水位、設備故障、運行方式、下游河道安全等因素的影響，曾出現機組不能按照計劃發(fā)電或者不能在潮流斷面有調節(jié)余量時帶大負荷運行的情況，造成電量考核或者不能多發(fā)電等現象發(fā)生。因此，總結二灘和桐子林電站的聯合運行調度經驗，加強與兩級調度的溝通和協調，對提高桐子林水庫安全運行大有裨益。