桃源水電廠區間徑流量與經濟運行分析

李 超

(中國水電顧問集團桃源水電廠，湖南 桃源 415700)

0 引 言

洞庭湖南納湘資沅澧四水來水，沅水作為湖南的第二大河流，水電開發梯級效益顯著。桃源水電廠則位于湖南省常德市桃源縣沅江干流上，是沅水干流最末水電開發梯級電廠。桃源水電廠正因為其特殊的地域屬性和無調節能力特性，對區間水量的變化及其敏感，調度經濟運行方式配合興利需求也要充分預判區間水量變化，滿足電網調度需要的同時還要最大化企業經濟效益。本文將桃源水電廠區間徑流量作分析，遙測、預判徑流量的變化，以提高電廠經濟運行，同時保證電網調度需要，保障興利需求。

1 概 述

沅水流域屬副熱帶季風氣候，徑流由降水形成，流域內四季分明，降水量年內分配不均。桃源水電廠壩址多年平均氣溫16.7 ℃，多年平均降水量1 458.6 mm，多年平均蒸發量1 154.7 mm。桃源水電廠上級電廠為凌津灘水電廠，壩址至上游凌津灘水電廠屬沖積平原與丘陵地貌過渡區域。

桃源水電廠具有發電、航運、旅游等綜合效益，水庫正常蓄水位39.50 m，相應庫容1.28億m3，死水位39.30 m，調節庫容560萬m3；機組額定水頭5.6 m，多年平均流量2 060 m3/s，屬無調節性能電廠。水電廠為低水頭徑流式電廠，正常運行情況下水庫水位不消落。

桃源水電廠水情自動測報系統測報范圍為五強溪、竹園～桃源區間，測報面積2 200 km2，共布設各類遙測站18個(3個水文站、9個水位站、6個雨量站)，其中水文站分別為五強溪(二)、竹園壩下、凌津灘壩下站；水位站為桃源壩上站、桃源壩下站、1號進水口站、1號出水口站、9號進水口站、9號出水口站、左槽壩前站、船閘上水口站、導航墻尾站。雨量站分別為大楊溪支流上的楊溪橋站、澄溪支流上的王家灣站、水溪支流上的逆江坪站，以及凌津灘水電廠水情自動測報系統范圍內的龍潭水站、三望坡站、牛車河站。

2 區間徑流量分析

桃源水電廠區間徑流量分區間流域產匯流和上游凌津灘水電廠出庫水量。區間流域按一般特性為低矮丘陵，區間徑流量依上級水電廠出庫流量可調控外，區間流域產匯流一般為無控制的天然流動，加之河溝縱橫、洼地分布、降雨不均、人類活動影響等也會造成產匯流變化。

2.1 上級電廠調控區間徑流量

桃源水電廠區間來水基本由凌津灘水電廠出庫提供，凌津灘水電廠出庫到達桃源水電廠壩址需要1.5 h左右。區間來水滯后導致了凌津灘水電廠、桃源水電廠兩廠供應出力不能協調同步，甚至在凌津灘水電廠反調節后造成桃源水電廠無水可用。同時，桃源水電廠無調洪能力，洪水調度取決于上游凌津灘水電廠的洪水調度方式。

2.2 區間產匯流

區間產匯流可分為產流與匯流兩部分：產流過程是指降雨經過扣損變成凈雨；匯流過程是指凈雨如何匯集到出口控制斷面或排入河網。

由于下墊面的不同將造成產流結果不一，桃源水電廠區間產流主要有水面降雨、堤垸產流、城鎮產流、支流河網產流。當日產流量在有蒸發損失、截留、滲漏、灌溉之后依不同匯流系數匯入區間干流。

3 桃源水電廠運行特點

3.1 庫容

桃源水電廠水庫庫容小，沒有調節能力，出力主要受區間徑流量和電力調度兩個客觀因素影響。上游來水主要由凌津灘水電廠出庫提供，如果凌津灘水電廠發揮日調節性能參與電網負荷調整，桃源水電廠將被動參與調整，并且要計算好時間差和區間徑流量。

3.2 水頭變化敏感

桃源水電廠裝設9臺燈泡貫流式水輪發電機組，最高運行水頭9.7 m，最低運行水頭2.0 m。水頭變化受上下游水位變化影響大，枯水期水頭高，豐水期水頭低，機組出力受影響較大。機組額定水頭為5.6 m，汛期來水大，機組出力大，下游水位抬升，機組水頭逐步降低，低水頭運行機組耗水率增加，發電流量增大。這時，需注意在低于額定水頭以下運行，機組運行工況差，設備損傷風險增加。

3.3 水面波動

桃源水電廠壩址距上游凌津灘水電廠約38 km，距上游五強溪水電廠85 km。桃源水電廠庫區長度較短，對應水庫庫容小，加之可調空間僅為560萬m3區間庫容，在最優化經濟運行下一般保持正常蓄水位運行；如遇上游凌津灘水電廠出庫流量調整或是波動則極易反饋到桃源水電廠壩前水位波動。在異常天氣下，水受到風力的作用而產生波動，被擾動的水質點離開平衡位置，作周期性振動，涌浪流向壩前進水口則造成運行機組水頭變化；在機組負荷不變情況下調速器根據實測水頭數據和導葉反饋開度做出連續的被動調整。

3.4 水位變化快

桃源水電廠9臺發電機組受國網湖南電力公司調控中心調度，調控中心會根據電網負荷需要臨時下令調度機組負荷。此時壩前水位急劇變化，甚至造成長周期涌浪，又有桃源水電廠依據入庫流量調整機組運行出力，操作或與入庫流量未能同步。雖然壩前水位變化快，水電廠壩址上距凌津灘水電廠約38 km，且是小容量庫容，但在出入庫流量平衡狀態下，以桃源水電廠做庫容調節，壩前水位瞬時變化并不能整體體現庫區容量變化。

4 流量對比

桃源水電廠從2014年全部機組轉入商業運行以來只有6年時間，在統計的5個完整運行年度的入庫流量里雖有不均分布，也出現過超20年一遇的洪水峰值24 258 m3/s(2017年7月2日)；但考慮水文規律及豐水年和枯水年出現不同，基本符合多年平均水文特征(見表1)。

表1 入庫流量統計 m3/s

從區間月均流量來看，雖然出現規律不同，但桃源水電廠設計佐證了對于運營的經濟效益是基本可靠的。

5 優化調度經濟運行

桃源水電廠至凌津灘水電廠距離短、庫容小，在運行調度時往往處于被動一面。沅水作為長江的主要支流，汛期時間長。加之設備服役時間增加，機組檢修時間長，只要有機組進行A級檢修，則機組檢修工期有可能與汛期重疊，這些不利因素都給運行調度帶來了難度；并且桃源水電廠庫區長度較短，水情自動測報系統數據更新或有延后,造成了區間庫容調度時間緊湊，值班人員需對庫區水情變化時刻警惕。

目前桃源水電廠雖是在沅水干流水電開發梯級之內，但未與上游歸屬五凌電力有限公司的凌津灘水電廠、五強溪水電廠統一集中調度運行，對于梯級電廠優勢未能完全發揮，不能最大限度地開發河流的水能、水運資源。

在實際優化中，運行調度人員雖有掣肘，在最大化經濟運行保證不棄水、少棄水的情況下還要兼顧通航安全、抑制涌浪、高水頭運行、減緩水位變化；但優化后的調度方式經濟效果明顯，安全可靠性增加。

5.1 檢修期優化調度

桃源水電廠年度檢修一般安排在枯水期進行，在此期間月均入庫流量低，區間徑流量較小。上級電廠進入枯水期后亦進入機組設備檢修期，可廠與廠之間檢修工期、計劃未能同步，也就會造成上級電廠檢修工期中或有大出庫流量；或上級電廠檢修調試完畢，桃源水電廠還在檢修中。同時，桃源水電廠于2015年4月起，對電站下游1.5 km內的河段進行疏浚作業，2016年6月一期疏浚工程結束；2019年對下游航道進行了疏浚。河道疏浚后，桃源水電廠不同流量工況下機組出力增幅明顯，實際滿發電負荷達到或超過了設計裝機容量。但機組運行時水頭就會增加，發電流量變小，如需應對上游來水，則要精準把控。

如2020年4月下旬，桃源水電廠機組中7號機組正處于大修尾期，正常備用機組僅8臺，4月下旬天氣晴好，依當時水情情況機組滿負荷160 MW發電流量約2 500 m3/s,在維持不超正常蓄水位的情況下可利用可調庫容及水情自動測報系統測報數據對區間來水進行精細調整。26日18時據水情測報系統上級電廠出庫流量在逐步增加，于21時出庫流量增加到2 642 m3/s(見表2)，高于桃源水電廠發電流量。考量水情測報系統數據正確，桃源水電廠19時同步操作增加發電流量對區間庫容進行預操作，在21時左右桃源水電廠壩上水位已降至39.40 m，上游來水到達壩址后水位逐漸抬升直至翌日1時35分達到最高39.52 m，隨后下降(見圖1)。在此操作中合理運用了桃源水電廠的可調庫容應對區間徑流量變化，即保證了維持在正常蓄水位運行下不因來水增加造成棄水，又提高了運行水頭減少耗水率，但需同時對比上游兩級電廠的出庫流量變化以及準確把握電網負荷峰谷需求。

①-26日18∶20；②-26日18∶49；③-27日00∶00；④-27日01∶35；⑤-26日20∶43

表2 流量與負荷變化

5.2 調控區間產匯流

桃源水電廠庫區主要涉及的堤垸為：漳江垸、桃花垸、潯陽垸、麥市垸；支流主要為：大楊溪、澄溪、水溪。各地地勢不一，難以計算其匯流過程。城鎮有泵站排水，根據當地經驗，認為當日產流會在相繼3 d內匯入河網。桃源水電廠區間流域內年降雨量較豐沛(見表3)，利用水情自動測報系統測報雨量數據能最大化經濟運行。在區間產匯流增加下可根據需要適當調控庫區水量，結合上級電廠出庫流量變化與電網低谷時段負荷分配，可在區間主要來水減小后抬升壩前水位，提高運行水頭。當上級電廠出庫流量增加，區間產匯流過程還未結束時，及時消落庫區水位，調控壩前水位在安全范圍以內。這樣的運行方式變化較為頻繁，但做到了度電必爭，將經濟效益最大化。

表3 桃源水電廠流域年降雨量

5.3 調度水庫回蓄

臨近桃源水電廠的上游兩級電廠為凌津灘水電廠和五強溪水電廠，凌津灘水電廠調節性能較差，且是五強溪水電廠的反調節水庫，五強溪水電廠具有季調節性能；兩電廠具有完整的洪水預報系統，這為桃源水電廠洪水后期回蓄提供了較好的條件。洪水退去過程中，當桃源水電廠壩址流量小于全停機流量8 800 m3/s或實際停機流量(機組振動值超過允許值全部停止發電流量)，且通過五強溪水電廠洪水預報，桃源10 h之內及后期的入庫流量不會超過全停機流量時；同時滿足這2個條件后水庫關閘蓄水。水庫回蓄方式以保證水庫回蓄過程中不增加庫區臨時淹沒為原則。在保證安全為前提下，利用桃源水電廠水情自動測報系統測報數據提前布置方案，人員就位減少設備操作時間，做到充分利用上游來水，爭搶每一度電量。

6 結 語

通過對水情測報數據的分析和電廠投運幾年來的經驗總結，得出了桃源水電廠區間庫容經濟調度運行的基本原則：桃源水電廠壩前水位不超過正常蓄水位運行，高效利用來水，合理安排運行方式，維持較高庫水位，增加機組發電水頭，度電必爭，降低機組發電耗水率，提高水能利用效率。

具體要采取以下基本措施：一是要每一位生產人員有高度的責任心和熟練的業務技能，熟悉庫區水情規律，了解變化特征及時分析變化趨勢，掌握產生徑流變化的基本要素和特點。二是維護好水情系統遙測站點的設備工況，確保測量數據準確及時，數據傳輸通暢無干擾。三是加強信息溝通，密切聯系上游梯級電廠，做好信息傳遞，做到要協調發展、共同受益；也要加強與電網調度的信息溝通，及時匯報電廠水情變化、設備運行方式，取得電網調控中心的理解與支持。