甲米河流域水庫調(diào)度運(yùn)行模式探究

王 威

(四川鹽源甲米河水電開發(fā)有限公司，四川鹽源，615700)

目前梯級水電站聯(lián)合調(diào)度管理模式在國外已得到成功應(yīng)用，各種相關(guān)技術(shù)也已非常成熟，有些流域水電站群實(shí)行異地遠(yuǎn)程集中控制調(diào)度〔1〕。四川電網(wǎng)調(diào)度中心目前按照國家節(jié)能發(fā)電調(diào)度的要求，正在積極探索中小流域梯級水電站的調(diào)度權(quán)改革試點(diǎn)，將中小流域梯級水電站的調(diào)度權(quán)委托給流域水電開發(fā)公司的集中控制中心，電網(wǎng)只下達(dá)總負(fù)荷，流域梯調(diào)中心根據(jù)河流梯級水電站特點(diǎn)，進(jìn)行梯級水電站和機(jī)組間的負(fù)荷分配和調(diào)度控制。本文結(jié)合小流域梯級電站聯(lián)合調(diào)度的有利條件及必要性，介紹甲米河水電站水庫的調(diào)度模式。

1 小流域梯級水電站聯(lián)合調(diào)度的有利條件

1.1 國家節(jié)能發(fā)電調(diào)度政策支持

流域梯級水電站聯(lián)合調(diào)度管理模式的推行順應(yīng)了國家節(jié)能發(fā)電調(diào)度政策的要求，《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法(試行)》明確規(guī)定:“對流域梯級水電廠，應(yīng)積極開展水庫優(yōu)化調(diào)度和水庫群的優(yōu)化調(diào)度，合理運(yùn)用水庫蓄水”。

1.2 已有梯級電站聯(lián)合調(diào)度取得的效益和經(jīng)驗(yàn)

流域梯級水電站聯(lián)合調(diào)度已經(jīng)在國內(nèi)外取得了顯著的效益，法國電力公司以及國內(nèi)湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司、貴州省烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司都對各自流域梯級水電站實(shí)行了聯(lián)合調(diào)度。實(shí)踐表明，梯級水電站聯(lián)合調(diào)度通過上下游水庫補(bǔ)償調(diào)節(jié)作用，大幅度提高梯級電站保證出力、年平均發(fā)電量、枯期發(fā)電量，顯著增加梯級電站經(jīng)濟(jì)效益，提高電能質(zhì)量。此外，先進(jìn)集控系統(tǒng)的采用，還能提高工作效率和調(diào)度指令執(zhí)行的準(zhǔn)確率，增強(qiáng)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力。

1.3 裝機(jī)規(guī)模不大，實(shí)施聯(lián)合調(diào)度相對容易

一般情況下，小流域梯級水電站裝機(jī)規(guī)模相對較小，整個梯級聯(lián)合出力占電網(wǎng)總出力相對較小，調(diào)度靈活，系統(tǒng)在技術(shù)上實(shí)施起來相對容易;對系統(tǒng)潮流分布和系統(tǒng)穩(wěn)定影響很小，便于實(shí)施梯級集中控制，在梯級內(nèi)部優(yōu)化分配負(fù)荷;可以通過梯級電站間出力分配調(diào)整，提高電力送出質(zhì)量。

1.4 單一開發(fā)主體有利于聯(lián)合調(diào)度實(shí)施

未來水電參與競價(jià)上網(wǎng)，不同業(yè)主的梯級水電站是獨(dú)立參與市場競爭，其報(bào)價(jià)內(nèi)容作為商業(yè)機(jī)密而不對外公開，因而下游水電站難以準(zhǔn)確地估計(jì)自身各報(bào)價(jià)時段的發(fā)電能力，不能很好地制定負(fù)荷曲線。另外，如果上游電站競價(jià)上網(wǎng)成功，而下游水電站不成功，在下游水位已經(jīng)接近正常蓄水位的情況下，可能發(fā)生棄水，這與充分利用水資源的原則是相違背的。因此，單一開發(fā)主體情況下，將所有機(jī)組合并成一臺模擬報(bào)價(jià)機(jī)組，進(jìn)行競價(jià)上網(wǎng)，然后把申請負(fù)荷按照一定的準(zhǔn)則(如能耗量最小)進(jìn)行廠間、廠內(nèi)優(yōu)化分配〔2〕。

1.5 自動化系統(tǒng)為聯(lián)合調(diào)度提供了可靠的技術(shù)保障

要實(shí)現(xiàn)梯級電站的水電聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度管理，先進(jìn)的自動化設(shè)備是基礎(chǔ)，梯級聯(lián)合調(diào)度綜合自動化系統(tǒng)(監(jiān)控系統(tǒng))、水情測報(bào)系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)“流域調(diào)度”的關(guān)鍵子系統(tǒng)。目前國內(nèi)外在這些方面技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)，為流域梯級水電站聯(lián)合運(yùn)行的實(shí)施提供了可靠的技術(shù)保障。

2 小流域梯級水電站聯(lián)合調(diào)度的必要性

2.1 電站間水力電力緊密聯(lián)系的必然要求

流域梯級水電站間具有緊密的水力聯(lián)系和電力聯(lián)系，各水電站發(fā)電效益受上游水電站的影響較大，下游水電站的調(diào)度用水及發(fā)電水頭直接受上游水電站的制約。若梯級各水電站單獨(dú)運(yùn)行，一方面使得梯級整體水能利用率較低;另一方面，導(dǎo)致水庫無益棄水，造成大量棄水電量，經(jīng)濟(jì)效益低下。

2.2 實(shí)現(xiàn)綜合效益最大化的需要

開展梯級電站聯(lián)合調(diào)度，通過龍頭水庫較大的調(diào)節(jié)性能增加下游河段枯期水量，從而減少對環(huán)境的影響。另一方面，開展梯級水電站聯(lián)合調(diào)度，可增加年發(fā)電量，增大流域電站機(jī)組的保證出力。除此之外，梯級水電站開展聯(lián)合調(diào)度，利用水庫群對洪水的錯峰、削峰能力，可以提高梯級電站水工建筑物自身及下游地區(qū)的防洪能力〔3〕。

3 甲米河水電站水庫調(diào)度模式

3.1 甲米河流域開發(fā)概況

甲米河發(fā)源于鹽源縣大坡蒙古族鄉(xiāng)境內(nèi)的錦屏山南側(cè)，海拔4393m，由北向南流，經(jīng)大河等地，至干海折向西南流，過梅雨、博大至鹽塘附近轉(zhuǎn)向西北流，經(jīng)卡壩、甲米，在沙拉地附近匯入左岸支流——永寧河及巴基河，匯合后稱臥羅河，折向東北流，與左岸支流——理塘河匯合后稱小金河，經(jīng)列瓦、瓜別，在鹽源縣甲沙附近注入雅礱江。

甲米河流域支流密布，水系呈樹枝狀發(fā)育，流域地處四川西南山區(qū)，河谷蜿蜒于山谷之中，河道較窄，河道內(nèi)沙灘、沙洲、卵礫石、漫灘相間分布，水流湍急。流域內(nèi)森林較少，森林覆蓋率約30%，植被較差。出露巖層主要有石英砂巖、粉砂巖及灰?guī)r，還有少量玄武巖和頁巖等出露。流域內(nèi)土質(zhì)松散，巖層破碎，水土流失嚴(yán)重。流域內(nèi)主要是鹽源盆地，農(nóng)耕較發(fā)達(dá)，人類活動較頻繁。

甲米一級水電站位于鹽源縣境內(nèi)的鹽塘河干流上，為一引水式電站。甲米一級電站利用落差102.65m，引水隧洞長 10999m，正常蓄水位2157.3m，死水位2154.3m，調(diào)節(jié)庫容52.4萬m3，總庫容95.7萬m3。電站裝機(jī)容量3×12MW，電站額定水頭90m，單機(jī)額定引用流量15.15m3/s。

甲米二級水電站系鹽源縣甲米河卡壩至沙拉地河段水電規(guī)劃的第二級水電站，位于鹽源縣境內(nèi)甲米河下游干流上。甲米二級電站利用落差68.3m，引水隧洞長 5144.4m，正常蓄水位2054.4m，死水位2053.4m、調(diào)節(jié)庫容26.3萬m3。電站裝機(jī)容量3×8MW，電站額定水頭61.5m，單機(jī)額定引用流量15.27m3/s。

3.2 甲米河水庫調(diào)度

3.2.1 甲米一級水庫調(diào)度

甲米一級水電站具有日調(diào)節(jié)能力，根據(jù)來水情況的不同運(yùn)行方式也不同。

平、枯水期(11月～翌年5月)，甲米河一級水電站進(jìn)行日調(diào)節(jié)，平、枯水期水庫在死水位與正常蓄水位之間運(yùn)行，并按系統(tǒng)要求調(diào)峰。

汛期6～10月份，水庫可維持在正常蓄水位2155.3m運(yùn)行，當(dāng)入庫流量小于引用流量45.45m3/s時，可不開啟泄洪、沖沙閘門，來水全部用于發(fā)電;當(dāng)入庫流量為45.45m3/s～300m3/s時，電站可按最大引用流量發(fā)電，并根據(jù)壩前泥沙淤積情況，利用低谷時段局部開啟泄洪沖沙閘不定期進(jìn)行沖沙;當(dāng)入庫流量大于300m3/s時，電站不再發(fā)電，泄洪沖沙閘全部開啟敞泄，電站停機(jī)避峰。每年沖沙歷時約3d。

3.2.2 甲米二級水庫調(diào)度

甲米二級水電站具有日調(diào)節(jié)能力，根據(jù)來水情況的不同運(yùn)行方式也不同。

平、枯水期(11月～翌年5月)，甲米河二級水電站進(jìn)行日調(diào)節(jié)，平、枯水期水庫在正常蓄水位2054.4m與死水位2053.4m之間運(yùn)行，并按系統(tǒng)要求調(diào)峰。

汛期6～10月份:當(dāng)入庫流量小于引用流量45.8m3/s時，水位控制在正常蓄水位運(yùn)行，泄洪閘、沖砂閘全關(guān)、進(jìn)水口閘門全關(guān)，來水全部用于發(fā)電;當(dāng)入庫流量大于引用流量45.8m3/s而小于110m3/s時，閘前水位控制在正常蓄水位運(yùn)行，除去發(fā)電引用流量外首先利用沖沙閘調(diào)節(jié)庫水位，保持庫水位在正常蓄水位運(yùn)行;當(dāng)入庫洪水大于110m3/s而低于250m3/s時，降低水庫水位至汛期死水位運(yùn)行，并利用滿足發(fā)電后的棄水排泄水庫泥沙，保證電站進(jìn)水口前“門前清”，以保持水庫的調(diào)節(jié)庫容;當(dāng)入庫流量大于250m3/s時，泄洪沖沙閘全開，電站停機(jī)不發(fā)電，以避開沙峰，泄洪沖砂。去年沖沙歷時3d。

3.2.3 兩站水庫聯(lián)合調(diào)度

甲米一級水電站出庫流量(棄水量+發(fā)電引用流量)與區(qū)間(甲米一級閘首至二級閘首)來水量之和為甲米二級水庫總?cè)霂炝髁?，由于甲米一級電站與甲米二級電站區(qū)間來水量在平、枯水期基本上沒有，汛期來水量為1m3/s～2m3/s(除暴雨天氣外)，故暫時忽略區(qū)間來水量。總的調(diào)節(jié)以區(qū)間水量平衡方程為基礎(chǔ)，見公式(1)。

Q1=12.625P1+Q2=19.083P2+Q3=Q4(1)式中:Q1——甲米河一級入庫流量(m3/s);

Q2——甲米河一級下泄流量(m3/s);

Q3——甲米河二級下泄流量(m3/s);

Q4——甲米河二級尾水后河道流量(m3/s);

P1——甲米一級負(fù)荷(萬kW);

P2——甲米二級負(fù)荷(萬 kW)。

當(dāng)甲米河一級入庫流量Q1＜45.45m3/s時，在負(fù)荷應(yīng)許情況下來水可全部用于機(jī)組發(fā)電引用。其中，甲米一、二級帶負(fù)荷比例為公式(1)中P1與P2關(guān)系，根據(jù)兩者關(guān)系及機(jī)組健康狀況合理分配調(diào)度命令任務(wù);在負(fù)荷不能滿足來水全部發(fā)電時，合理利用一、二級電站調(diào)節(jié)庫容進(jìn)行調(diào)蓄庫水，水庫可根據(jù)天氣情況相應(yīng)提高庫水位，盡量做到兩站不棄水。

當(dāng)甲米河一級入庫流量45.45m3/s＜Q1＜110m3/s時，甲米河一級水電站水位在汛期限制水位2155.3m運(yùn)行，甲米河二級水電站水位維持在2054.4m運(yùn)行。兩站負(fù)荷根據(jù)機(jī)組健康狀況合理分配，確定一級下泄流量閘門開度，二級根據(jù)負(fù)荷情況確定下泄量適度開啟沖沙閘。

當(dāng)甲米河一級入庫流量 110m3/s＜Q1＜250m3/s時，甲米河一級水電站水位在汛期限制水位2155.3m運(yùn)行，甲米河二級水電站維持水位在2053.4m運(yùn)行。兩站來水量都能滿足機(jī)組引用流量，可根據(jù)調(diào)度要求自由調(diào)節(jié)負(fù)荷。

當(dāng)甲米河一級入庫流量 250m3/s＜Q1＜300m3/s時，甲米河二級電站根據(jù)入庫量、水質(zhì)、柵差情況決定是否停機(jī)避峰，甲米河一級根據(jù)來水量、水質(zhì)、柵差情況決定所帶負(fù)荷。此來水情況下需密切注意兩站水庫水情及水質(zhì)情況。

當(dāng)甲米河一級入庫流量Q1＞300m3/s時，甲米河一級、二級電站均停機(jī)避峰。

3.3 流域排漂處理

甲米河流域內(nèi)森林植被較少，森林覆蓋率約30%，且流域內(nèi)主要是鹽源盆地，農(nóng)耕較發(fā)達(dá)，人類活動較頻繁，汛期伴隨著流域內(nèi)降雨量的增加，很多生活垃圾以及枯木斷枝進(jìn)入河道內(nèi)。兩級閘首都沒有設(shè)置排漂設(shè)施，在汛期運(yùn)行過程中，由于垃圾積累在進(jìn)水口處，輕者影響機(jī)組出力，重者危及引水隧洞、廠房等水工建筑物安全，故汛期排漂成為影響機(jī)組發(fā)電的主要因素之一。經(jīng)過多次的探索與實(shí)驗(yàn)探索出如下排漂方式;

工作閘門排漂:汛中由于來水量較大(大于120m3/s)時，在滿足機(jī)組發(fā)電的前提下能利用泄洪閘進(jìn)行排漂，在實(shí)際運(yùn)行過程中可以將水位維持在汛期限制水位以上，將閘門開啟2.0m左右(此時閘門下泄流量120m3/s)，可以將帶入庫區(qū)的大量漂浮物排出。

檢修門排漂:汛初由于暴雨導(dǎo)致來水量暴增，帶來的漂浮物也很多，但是經(jīng)過河道的消能作用，從流域內(nèi)到庫區(qū)流量減小，漂浮物不會減少。此時不能利用工作門大開度排漂，可以利用閘首三節(jié)檢修門排漂。三節(jié)閘門高度6m，加上底板高程2149.8m，此時三節(jié)閘門頂部高程2155.8m，可以將庫區(qū)水位蓄至2156.4m，此時水流從檢修門頂部通過，流量小于40m3/s。此時即能排漂，又不會影響機(jī)組正常運(yùn)行。

4 經(jīng)濟(jì)效益

通過兩級水電站水庫聯(lián)合調(diào)度，能夠最大程度的利用水能資源，在枯水期由于甲米河來水量相對較少，電網(wǎng)缺負(fù)荷，兩級電站聯(lián)合調(diào)度增大了電站的可利用小時數(shù)，為公司產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。同時，利用不同的排漂方式，使機(jī)組在汛期不會由于水質(zhì)問題而停機(jī)，每年能夠增加機(jī)組運(yùn)行時間72h以上，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值在50萬元以上。

5 結(jié)語

小流域梯級水電站聯(lián)合調(diào)度是企業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)電效益最大化和流域、梯級水電站安全防汛度汛的需要，是企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃管理和電力體制改革發(fā)展的需要，是節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行成本、改善員工工作環(huán)境的需要，是減輕電網(wǎng)調(diào)度任務(wù)、提高工作效率的需要，也是企業(yè)在電力市場環(huán)境下提高競爭力的需要。同時，梯級水電站聯(lián)合調(diào)度在技術(shù)上已經(jīng)相對成熟，切實(shí)可行。

為科學(xué)合理地實(shí)施流域梯級水電站聯(lián)合調(diào)度，要求同一流域，分期開發(fā)的電站按照統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一調(diào)度的原則，建設(shè)全流域現(xiàn)代化的水情自動測報(bào)系統(tǒng)、水庫水電站調(diào)度通訊自動化系統(tǒng)等，構(gòu)建一個支持和服務(wù)于流域梯級電站統(tǒng)一調(diào)度管理各個專業(yè)和部門的綜合信息化工作平臺，最大限度地實(shí)現(xiàn)信息的共享，提高流域梯級電站統(tǒng)一調(diào)度管理水平。

〔1〕馬光文，劉金煥，李菊根．流域梯級水電站群聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行．北京:中國電力出版社，2008．

〔2〕王安東．第一屆水力發(fā)電技術(shù)國際文集．北京:中國電力出版社，2006．

〔3〕馬光文，王黎．水電競價(jià)上網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行．成都:四川科技出版社，2003．