蒲 瑜
(雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司,四川省成都市 610051)
錦屏一、二級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)探討
蒲 瑜
(雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司,四川省成都市 610051)
本文介紹了錦屏一、二級(jí)水庫(kù)“首尾相連”運(yùn)行特點(diǎn),研究給出了兩庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行調(diào)度模型及錦屏二級(jí)水庫(kù)理想控制水位,分析了兩庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行極端工況運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和控制措施,并根據(jù)兩級(jí)水庫(kù)運(yùn)行的實(shí)際情況提煉出了兩庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù);同時(shí)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況可以看出,本文所總結(jié)的相關(guān)技術(shù)措施切實(shí)可行,符合水庫(kù)運(yùn)行規(guī)律并滿(mǎn)足水庫(kù)安全要求。本文所分析的兩級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度的運(yùn)行技術(shù)也可供同類(lèi)型水庫(kù)電站在實(shí)際運(yùn)用中作為參考。
錦屏一;二級(jí)水庫(kù);聯(lián)合運(yùn)行;關(guān)鍵技術(shù);首尾相連
“首尾連接”的流域梯級(jí)水庫(kù)系統(tǒng),水流在兩庫(kù)間基本不存在遲滯時(shí)間,水力聯(lián)系十分緊密。與常規(guī)梯級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)相比,該類(lèi)梯級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)調(diào)控運(yùn)行存在明顯差異。本文以雅礱江流域下游錦屏一、二級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)為例,分析該類(lèi)梯級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行特點(diǎn)及典型異常工況下的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),提出正常及異常運(yùn)行工況下的運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù),供同類(lèi)型水庫(kù)參考。
錦屏一、二級(jí)電站位于流域下游錦屏大河灣上,兩站特征參數(shù)如表1所示。其中錦屏一級(jí)利用305m雙曲拱壩攔蓄水流發(fā)電,其水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容49.1億m3,具有年調(diào)節(jié)能力[1]。錦屏二級(jí)在靠近錦屏一級(jí)壩址下游建攔河閘壩,該壩攔蓄錦屏一級(jí)出庫(kù)水流形成錦屏二級(jí)水庫(kù),通過(guò)長(zhǎng)16.67km的引水隧洞將干流河道截彎取直,獲取約310m水頭發(fā)電,二級(jí)水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容496萬(wàn)m3,基本無(wú)調(diào)蓄能力。兩庫(kù)“首尾相連”且?guī)扉g無(wú)支流入庫(kù),因此庫(kù)間水流遲滯時(shí)間及區(qū)間流量均可忽略不計(jì)。此外,錦屏二級(jí)引水隧洞使得雅礱江干流約150km的錦屏大河灣成為減水河段,為降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響,錦屏二級(jí)需向減水河段泄放指定的生態(tài)流量[2]。
表1 錦屏一、二級(jí)電站水庫(kù)調(diào)度典型參數(shù)
雅礱江梯級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)采用中長(zhǎng)期優(yōu)化與短期優(yōu)化相結(jié)合的運(yùn)行模式,中長(zhǎng)期優(yōu)化依據(jù)流域徑流來(lái)水預(yù)測(cè)結(jié)合強(qiáng)調(diào)蓄能力水庫(kù)運(yùn)用計(jì)劃,以棄水流量最小、流域蓄能最高為目標(biāo)獲取流域中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度計(jì)劃,弱調(diào)蓄能力水庫(kù)保持高水位運(yùn)行。短期優(yōu)化則以中長(zhǎng)期優(yōu)化成果為依據(jù),在滿(mǎn)足電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行需求,且兼顧梯級(jí)水庫(kù)運(yùn)行安全的前提下,盡量減少棄水,提高水能利用率,增加流域發(fā)電效益,適合采用梯級(jí)末期蓄能最大模型,其表達(dá)式如下[3]:
該模型考慮了梯級(jí)電站水頭差異,其約束條件主要有:
(1)機(jī)組運(yùn)行約束,如機(jī)組最大、最小出力,不可運(yùn)行區(qū)限制等。
(2)電站運(yùn)行約束,如電站過(guò)水能力限制,最大裝機(jī)容量限制,可運(yùn)行臺(tái)數(shù)限制,電站出力受阻限制等。
(3)水庫(kù)運(yùn)行約束,如庫(kù)水位上下限,水量平衡約束等。
(4)電量平衡約束。
(5)其他約束,如錦屏二級(jí)向減水河段下泄最小生態(tài)流量限制約束等。
因錦屏一、二級(jí)水庫(kù)“首尾連接”且錦屏二級(jí)水庫(kù)基本無(wú)調(diào)蓄能力,流域梯級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度過(guò)程中可將兩個(gè)水庫(kù)作為一個(gè)整體考慮,即將錦屏一級(jí)水庫(kù)納入流域中長(zhǎng)期及短期優(yōu)化調(diào)度計(jì)算,錦屏二級(jí)則根據(jù)錦屏一級(jí)保持入出庫(kù)水量平衡即可。由于錦屏一、二級(jí)均為大容量機(jī)組,錦屏二級(jí)入出庫(kù)流量與可調(diào)庫(kù)容匹配度較差,在電站設(shè)備或系統(tǒng)故障等情況下,錦屏一、二級(jí)電站間水力平衡被打破,庫(kù)容較小的錦屏二級(jí)水庫(kù)水位快速升降,給水庫(kù)安全運(yùn)行帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn),如應(yīng)急調(diào)控不當(dāng)則可能發(fā)生水庫(kù)漫壩或拉空等重大事故。因此錦屏一、二級(jí)水庫(kù)調(diào)度過(guò)程中,除錦屏一級(jí)參與流域聯(lián)合優(yōu)化計(jì)算外,還需考慮錦屏二級(jí)安全運(yùn)行裕度目標(biāo),其表達(dá)式如下:
式中:Vmax——錦屏二級(jí)水庫(kù)運(yùn)行水位上限對(duì)應(yīng)庫(kù)容;
Vi——錦屏二級(jí)水庫(kù)運(yùn)行水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容;
Vmin——錦屏二級(jí)水庫(kù)運(yùn)行水位下限對(duì)應(yīng)庫(kù)容。
顯然該表達(dá)式為二次函數(shù),其最大值為一階微分為零時(shí)的庫(kù)容值,即在Vi等于Vmax、Vmin算術(shù)平均值處取得最大值,根據(jù)庫(kù)容水位曲線(xiàn)查詢(xún)?cè)搸?kù)容對(duì)應(yīng)的水位即為理想運(yùn)行水位。其物理含義為錦屏二級(jí)庫(kù)水位運(yùn)行在附近時(shí),對(duì)于可能出現(xiàn)的較大入出庫(kù)流量不平衡極端工況,運(yùn)行人員都有最大的時(shí)間安全裕度進(jìn)行流量重新平衡匹配,最大程度避免水庫(kù)漫壩或拉空。根據(jù)表1錦屏二級(jí)運(yùn)行特征參數(shù),結(jié)合式(2)安全裕度目標(biāo)函數(shù)解,錦屏二級(jí)庫(kù)水位一般按1643m控制。
根據(jù)前文分析,錦屏一級(jí)水庫(kù)作為流域下游龍頭水庫(kù)參與流域中長(zhǎng)期及短期優(yōu)化調(diào)度計(jì)算,錦屏二級(jí)運(yùn)行存在較大漫壩及拉空風(fēng)險(xiǎn),庫(kù)水位一般按安全裕度函數(shù)理想控制水位1643m控制,同時(shí)與錦屏一級(jí)出庫(kù)匹配,保持入出庫(kù)平衡。下面結(jié)合錦屏一、二級(jí)水電系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際,對(duì)該系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行中的幾種極端工況運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。為簡(jiǎn)化分析過(guò)程,假設(shè)機(jī)組運(yùn)行于額定工況(其余工況可查閱機(jī)組發(fā)電流量曲線(xiàn))、兩站均無(wú)棄水,所有泄洪工作閘門(mén)處于全關(guān)狀態(tài),錦屏二級(jí)初始水位為1643m。
典型可能導(dǎo)致錦屏一級(jí)機(jī)組解列的因素有:機(jī)變故障跳閘和送出線(xiàn)路跳閘引起安控動(dòng)作切機(jī)。錦屏一級(jí)通過(guò)三回長(zhǎng)約85km的500kV線(xiàn)路送電至錦屏換流站,系統(tǒng)接入點(diǎn)集中且西錦Ⅰ、Ⅱ線(xiàn)除重冰區(qū)約18km外均為同塔雙回,雙線(xiàn)故障跳閘可能性較大,根據(jù)安控裝置故障切機(jī)策略,當(dāng)西錦兩回線(xiàn)路故障跳閘時(shí),根據(jù)線(xiàn)路送出功率大小,將切除錦屏一級(jí)1~2臺(tái)機(jī)組,策略詳見(jiàn)表2。
表2 錦屏一級(jí)全接線(xiàn)方式下安控切機(jī)策略表
當(dāng)錦屏一級(jí)一臺(tái)機(jī)組解列后,錦屏一級(jí)發(fā)電流量減小約300m3/s(水頭按220m考慮,下同),由于錦屏一級(jí)庫(kù)容較大,對(duì)水位影響可忽略,對(duì)錦屏二級(jí)而言,入庫(kù)流量減小,庫(kù)水位降低,降低速率約為1.29m/h,從初始水位1643m降至死水位1640m需時(shí)約139min。一旦到達(dá)死水位,則存在嚴(yán)重的水庫(kù)拉空風(fēng)險(xiǎn),極端情況下將造成全廠(chǎng)機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)。因此運(yùn)行人員必須在該時(shí)限內(nèi)采取有利措施遏制錦屏二級(jí)庫(kù)水位下行,實(shí)現(xiàn)錦屏一、二級(jí)水電運(yùn)行再平衡。錦一跳機(jī)與錦二水位變化關(guān)系見(jiàn)表3。
表3 錦一跳機(jī)與錦二水位變化關(guān)系
當(dāng)錦屏一級(jí)機(jī)組解列后,水庫(kù)應(yīng)急調(diào)度的核心是維持錦屏二級(jí)入出庫(kù)流量平衡來(lái)維持錦屏二級(jí)庫(kù)水位,可采取的措施見(jiàn)表4所示。主要措施有負(fù)荷調(diào)整和泄洪閘門(mén)調(diào)整。其中,負(fù)荷調(diào)整措施平穩(wěn)、快速,可為首選;不利因素是可能造成發(fā)電量減少,影響經(jīng)濟(jì)效益。調(diào)整泄洪閘門(mén)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)(需經(jīng)開(kāi)度計(jì)算、下達(dá)命令單、現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備、預(yù)警、通知有關(guān)單位等流程),且存在較多不可控因素,可作為備選措施。
表4 錦一跳機(jī)(1、2臺(tái))工況下的錦二水位控制措施
錦屏二級(jí)通過(guò)東錦雙線(xiàn)、東天雙線(xiàn)共四回500kV線(xiàn)路接入系統(tǒng),其中東錦雙線(xiàn)送電至錦屏換流站,為送電主要通道,全線(xiàn)除重冰區(qū)約14km外其余均為同塔雙回走線(xiàn)。根據(jù)安控裝置故障切機(jī)策略,當(dāng)東錦雙回線(xiàn)故障跳閘時(shí),根據(jù)全廠(chǎng)送出功率大小,將切除錦屏二級(jí)1~6臺(tái)機(jī)組,策略詳見(jiàn)表5。
表5 錦屏二級(jí)全接線(xiàn)方式下安控切機(jī)策略表
表6 錦屏二級(jí)跳機(jī)(1~6臺(tái))工況下的錦屏二級(jí)水庫(kù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及控制措施
當(dāng)錦屏二級(jí)一臺(tái)機(jī)組解列后,錦屏二級(jí)發(fā)電流量減小約220m3/s,原有入出庫(kù)平衡將被打破,水庫(kù)水位上升,上升速率約為0.95m/h,從初始水位1643m升至控制最高水位1646m需時(shí)約189min。如庫(kù)水位超過(guò)高水位繼續(xù)上行,則錦屏二級(jí)將存在嚴(yán)重的水庫(kù)漫壩風(fēng)險(xiǎn)。因此運(yùn)行人員必須在該時(shí)限內(nèi)采取有利措施遏制錦屏二級(jí)庫(kù)水位上升,實(shí)現(xiàn)錦屏一、二級(jí)水電運(yùn)行再平衡。
錦屏二級(jí)機(jī)組解列后,為維持錦屏二級(jí)出入庫(kù)的平衡,可采取的措施有:減少錦屏一級(jí)負(fù)荷;增加錦屏二級(jí)負(fù)荷;同時(shí)調(diào)整錦屏一、二級(jí)之間的負(fù)荷分配比例;開(kāi)啟錦屏二級(jí)閘門(mén)增加下泄流量,詳見(jiàn)表6。
當(dāng)主要送出通道錦蘇直流故障速降負(fù)荷或單、雙極閉鎖時(shí),安控系統(tǒng)也將按切機(jī)策略動(dòng)作切除錦屏一、二級(jí)相應(yīng)機(jī)組。根據(jù)總切機(jī)臺(tái)數(shù),可分別考慮切除2~5臺(tái)的各種情況,根據(jù)錦屏一、二級(jí)機(jī)組輪切原則,考慮被切機(jī)組分配情況1+1(錦屏一級(jí)切1臺(tái)+錦屏二級(jí)切一臺(tái),下同)、2+1、2+2、3+2的情況,工況分析及應(yīng)對(duì)策略見(jiàn)表7。
表7 錦屏一、二級(jí)聯(lián)合切機(jī)工況分析與控制措施
綜合上述分析,結(jié)合運(yùn)行實(shí)際,錦屏一、二級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行核心關(guān)鍵在于錦屏一級(jí)參與流域中長(zhǎng)期及短期優(yōu)化調(diào)度計(jì)算,在兼顧梯級(jí)廠(chǎng)站運(yùn)行安全及系統(tǒng)安全的前提下,實(shí)現(xiàn)流域梯級(jí)發(fā)電利益最大化。錦屏二級(jí)則與錦屏一級(jí)保持高度水電匹配,盡力將庫(kù)水位控制在安全裕度函數(shù)理想控制水位附近運(yùn)行,為極端工況下水電應(yīng)急匹配再平衡預(yù)留足夠時(shí)間裕度,盡力避免水庫(kù)漫壩或拉空風(fēng)險(xiǎn),其兩庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)匯總?cè)缦隆?/p>
錦屏二級(jí)調(diào)控運(yùn)行過(guò)程中按無(wú)調(diào)蓄能力處理,庫(kù)水位調(diào)控在安全裕度理想水位附近運(yùn)行,當(dāng)前錦屏一、二級(jí)在調(diào)度層面仍視為兩個(gè)廠(chǎng)站,計(jì)劃負(fù)荷以?xún)蓚€(gè)廠(chǎng)站形式審核下發(fā)并嚴(yán)格執(zhí)行,因此實(shí)際聯(lián)合運(yùn)行中不斷校正兩站機(jī)組發(fā)電流量曲線(xiàn)、庫(kù)容曲線(xiàn)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),確保兩站調(diào)控計(jì)算更接近運(yùn)行實(shí)際,提高兩庫(kù)水電匹配度。遠(yuǎn)期考慮爭(zhēng)取調(diào)度兩站以統(tǒng)一負(fù)荷形式下發(fā)執(zhí)行,站間采用AGC分配方式微調(diào)兩站負(fù)荷,進(jìn)一步提高兩庫(kù)水電匹配度。
此外,系統(tǒng)級(jí)故障如錦蘇直流故障閉鎖安控裝置動(dòng)作切機(jī)后將使得兩庫(kù)水電匹配度受到破壞,兩庫(kù)進(jìn)入極端工況運(yùn)行。為降低該類(lèi)故障對(duì)兩庫(kù)水電匹配度影響,在錦蘇直流安控系統(tǒng)切機(jī)策略制定時(shí)已申請(qǐng)調(diào)度同意錦官電源組采取優(yōu)切官地,錦屏一、二級(jí)輪切的切機(jī)策略。
兩庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行極端工況分析可知,當(dāng)錦蘇直流安控動(dòng)作切除錦屏一、二級(jí)相應(yīng)機(jī)組,或者錦屏一、二級(jí)廠(chǎng)站有機(jī)變故障跳閘時(shí),兩庫(kù)原有水電匹配受到破壞進(jìn)入極端工況運(yùn)行。以?xún)烧究偨饬袡C(jī)組臺(tái)數(shù)1~5臺(tái)的各種情況組合(更多切機(jī)臺(tái)數(shù)的情況可依此思路類(lèi)推)為例,根據(jù)錦屏二級(jí)庫(kù)水位變化趨勢(shì)和速率,明確相應(yīng)的處理措施,形成兩庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行極端工況下的應(yīng)急調(diào)控策略見(jiàn)表8,實(shí)踐證明該應(yīng)急調(diào)控策略表切實(shí)可行,極端工況下可快速指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行兩庫(kù)水電再平衡。
由于錦屏二級(jí)水庫(kù)庫(kù)容小,閘門(mén)調(diào)整頻繁,在電站“無(wú)人值班”模式下,遇系統(tǒng)故障等突發(fā)事件,很難滿(mǎn)足穩(wěn)定控制水位的基本要求,因此,應(yīng)充分考慮自動(dòng)化技術(shù)在水庫(kù)實(shí)時(shí)調(diào)度方面的應(yīng)用。對(duì)于錦屏二級(jí)的水庫(kù)調(diào)度,根據(jù)前文策略表,可考慮建立聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)自動(dòng)采集錦屏一、二級(jí)當(dāng)前的機(jī)組負(fù)荷、閘門(mén)開(kāi)度、庫(kù)水位、入庫(kù)/出庫(kù)流量等信息,進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算和水位預(yù)測(cè),根據(jù)計(jì)算結(jié)果,查詢(xún)閘門(mén)調(diào)整策略表,控制錦屏二級(jí)閘門(mén)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整操作。
閘門(mén)調(diào)整策略表應(yīng)充分考慮各種因素和限制條件,至少包括以下幾方面:①閘門(mén)的操作及運(yùn)行方式需滿(mǎn)足水庫(kù)調(diào)度規(guī)程規(guī)定;②閘門(mén)調(diào)整應(yīng)緩慢平穩(wěn),每次閘門(mén)調(diào)整幅度不宜過(guò)大,速度不宜過(guò)快,以防止下游流量陡增陡降;③盡量避免閘門(mén)頻繁調(diào)整;④兼顧下游官地水位控制要求;⑤具備防誤動(dòng)檢查和閉鎖環(huán)節(jié),防止采集錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、計(jì)算錯(cuò)誤等原因?qū)е抡`判誤動(dòng)出口,必要時(shí)增加人工確認(rèn)的環(huán)節(jié);⑥正確的通信異常判斷及處理環(huán)節(jié),特別考慮下令期間、操作期間通信中斷和通信恢復(fù)時(shí)的處理過(guò)程。此外,還需要考慮泄洪預(yù)警和異常情況下集控和現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急處理流程和策略等配套措施。
水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行控制系統(tǒng)為水庫(kù)調(diào)度人員提供策略顯示和自動(dòng)調(diào)整閘門(mén)支持,可有效減小錦屏二級(jí)水位控制風(fēng)險(xiǎn)和減輕人工作業(yè)量,提高聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行的效率,為電站“無(wú)人值班”打下良好基礎(chǔ)。
錦屏一、二級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)較大且復(fù)雜的工作,本文針對(duì)錦屏一、二級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)“首尾相連”特點(diǎn),分析了錦屏二級(jí)水庫(kù)存在較大漫壩或拉空風(fēng)險(xiǎn),給出了適合該系統(tǒng)的調(diào)度數(shù)學(xué)模型,求解出了錦屏二級(jí)理想控制水位。同時(shí)以錦屏二級(jí)水庫(kù)理想控制水位至庫(kù)水位運(yùn)行上、下限時(shí)間為目標(biāo),分析了兩庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行極端工況下的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)并提出了相應(yīng)控制措施,提煉出了適合該系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行的運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)踐表明所提出的運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)切實(shí)可行,可供同類(lèi)型水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行參考。
表8 極端工況下錦屏二級(jí)水庫(kù)應(yīng)急調(diào)控策略表
[1] 張勇傳. 水電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原理.中國(guó)水利水電出版社,1998,10:87-181.
[2] 陳鵬,余平,蒲瑜.雅礱江流域下游梯級(jí)水電站聯(lián)合實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度探討 . 中國(guó)農(nóng)村水利水電,2014.09:180-183.
蒲 瑜(1975—),男,高級(jí)工程師,從事流域水電調(diào)控管理工作。
Discussion on key technologies for joint operation of JinPing I & II reservoirs
PU Yu
(Yalong River hydropower Development Company LTD,Chengdu 610051,China)
This paper introduces the head-to-tail connection characteristics of JinPingI&IIreservoirs, gives the mathematical model for joint operation of JinPingI&IIreservoirs and ideal reservoir water level ofJinPin II, analyzes the operation risk and control measures for extreme joint operation of JinPingI&IIreservoirs in extreme working conditions,puts forward the key technologies for joint operation of JinPingI&IIreservoirs. The actual operation result shows that related technologies are feasibleandcan be used for reference in the same type reservoir system.
JinPingI&IIreservoirs;joint operation;key technologies; head-to-tail connection