向家壩水電站切負(fù)荷應(yīng)急補(bǔ)水控制研究與應(yīng)用

毛江

(中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司機(jī)電工程局,四川 成都 610000)

向家壩水電站切負(fù)荷應(yīng)急補(bǔ)水控制研究與應(yīng)用

毛江

(中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司機(jī)電工程局,四川 成都 610000)

介紹了向家壩水電站機(jī)組負(fù)荷調(diào)整的自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)方案,……,滿足了電站發(fā)電、調(diào)峰、航運(yùn)等方面的閘門

控制流量和水位的要求,實(shí)際應(yīng)用表明該方案達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo),取得了良好的實(shí)際效果。

調(diào)峰;補(bǔ)水;閘門控制;發(fā)電流量;向家壩水電站;聯(lián)動(dòng)

1 概述

向家壩水電站位于云南省水富縣(右岸)和四川省宜賓縣(左岸)境內(nèi)金沙江下游,上距溪洛渡水電站壩址157 km,下距水富縣城區(qū)1.5 km、宜賓市區(qū)33 km,是金沙江下游最末一個(gè)梯級(jí)水電站。工程開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主,同時(shí)改善航運(yùn)條件,兼顧防洪、灌溉,并具有對(duì)溪洛渡水電站進(jìn)行反調(diào)節(jié)等作用。向家壩電站總裝機(jī)容量640萬(wàn)kW,是國(guó)家西電東送重要電源。工程樞紐主要由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、沖排沙建筑物、左岸壩后引水發(fā)電系統(tǒng)、右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)、通航建筑物及灌溉取水口等組成。

向家壩電站所處的金沙江通航河段,屬山區(qū)型河流,河道狹窄,灘多流急,航運(yùn)存在較多的困難。向家壩電站在2012年10月蓄水發(fā)電后,由于電站的日調(diào)節(jié)泄流和大壩泄洪引起的非恒定流改變了下游河道的天然水流條件,對(duì)大壩下游航道產(chǎn)生一定影響。特別是電站的發(fā)電機(jī)組為滿足電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行突然開(kāi)啟或關(guān)閉、大壩開(kāi)閘泄洪等,發(fā)電過(guò)流的大幅變化會(huì)在短時(shí)間內(nèi)造成下游河段水位較大波動(dòng),高瞬變流對(duì)山區(qū)河流通航水流條件及船舶通航水深的影響非常明顯。同時(shí),為滿足航運(yùn)需要,向家壩電站下游必須保證一個(gè)最低流量。在發(fā)生電站事故切機(jī)、出力大幅度波動(dòng)等情況下,下游水位也會(huì)發(fā)生劇烈的變化。因此,必須研究采取一定的技術(shù)措施,將下游水位的變化速度控制在一定范圍內(nèi),以保障航運(yùn)安全。

為實(shí)現(xiàn)《金沙江向家壩水電站運(yùn)行調(diào)度規(guī)程》中發(fā)電調(diào)度和航運(yùn)調(diào)度的目標(biāo),根據(jù)電網(wǎng)需要,考慮來(lái)水、樞紐運(yùn)行情況,參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻運(yùn)行,在電站調(diào)峰調(diào)頻運(yùn)行時(shí),應(yīng)滿足下游航運(yùn)安全要求。電站下游航道的運(yùn)行水位按照最大日變幅暫按不超過(guò)4.5 m/d,最大小時(shí)變幅暫按不超過(guò)1.0 m/h控制。

作為接入電網(wǎng)的水電站,要同時(shí)滿足航運(yùn)安全和電網(wǎng)調(diào)峰兩個(gè)具有矛盾的要求,目前沒(méi)有相關(guān)規(guī)范,也沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒,成為影響向家壩電站投產(chǎn)發(fā)電的難題。

2 自動(dòng)補(bǔ)水研究

為全面實(shí)現(xiàn)向家壩水電站發(fā)電、航運(yùn)綜合效益,設(shè)計(jì)、運(yùn)行、供貨等單位成立了聯(lián)合小組,專題研究應(yīng)急補(bǔ)水技術(shù)方案。經(jīng)多方聯(lián)合研究,在向家壩電站實(shí)現(xiàn)由程序自動(dòng)監(jiān)視電站實(shí)際出力的變化情況推算出下游流量的可能變化情況,在需要補(bǔ)水時(shí)自動(dòng)計(jì)算閘門操作方案是最為安全可靠的技術(shù)路線。

2.1 研究目標(biāo)

經(jīng)聯(lián)合研究后,確定的研究目標(biāo)定位在電站初期蓄水期和永久運(yùn)行期,由于機(jī)組突然甩負(fù)荷時(shí)相應(yīng)停發(fā)機(jī)組的流量由泄水孔口下泄,消力池內(nèi)的流態(tài)及消能情況、下游兩岸及河床沖刷、下游引航道口門區(qū)流態(tài)及各項(xiàng)水力學(xué)指標(biāo),應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)研究成果查找規(guī)律,實(shí)現(xiàn)合理的泄水孔口閘門調(diào)度方式。

2.2 設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)原則基本制定完成,內(nèi)容如下: (1)初期蓄水位354.00 m方案

354.00 m時(shí)升船機(jī)雖未建成通航,但樞紐下游仍為通航河段,水位變幅過(guò)大會(huì)影響下游碼頭船舶?？亢秃叫邪踩?。此水位下,研究4臺(tái)、3臺(tái)、2臺(tái)、1臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)分別甩1～4臺(tái)、1～3臺(tái)、1～2臺(tái)、1臺(tái)機(jī)的補(bǔ)償下泄相應(yīng)停發(fā)流量的泄水孔口閘門開(kāi)啟方式。

(2)庫(kù)水位370.00 m方案

向家壩水庫(kù)汛期運(yùn)行限制水位為370.00 m,下泄流量不超過(guò)12 000 m3/s時(shí)有通航要求,水位變幅過(guò)大會(huì)影響通航安全和下游碼頭船舶?？?。此水位下,研究8臺(tái)～1臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)分別甩1～8臺(tái)、1～7臺(tái)、1～6臺(tái)、1～5臺(tái)、1～4臺(tái)、1～3臺(tái)、1～2臺(tái)、1臺(tái)機(jī)的補(bǔ)償下泄相應(yīng)停發(fā)流量的泄水孔口閘門開(kāi)啟方式。

(3)庫(kù)水位380.00 m方案

向家壩水庫(kù)永久運(yùn)行期正常蓄水位為380.00m,下泄流量不超過(guò)12 000 m3/s時(shí)有通航要求,水位變幅過(guò)大會(huì)影響通航安全和下游碼頭船舶?？?。此水位下,研究8臺(tái)～1臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)分別甩1～8臺(tái)、1～7臺(tái)、1～6臺(tái)、1～5臺(tái)、1～4臺(tái)、1～3臺(tái)、1～2臺(tái)、1臺(tái)機(jī)的補(bǔ)償下泄相應(yīng)停發(fā)流量的泄水孔口閘門開(kāi)啟方式。

在此三種發(fā)電運(yùn)行庫(kù)水位354.00 m、370.00 m、380.00 m方式下,根據(jù)電站樞紐水位-流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系,確定了機(jī)組切機(jī)與泄水閘門聯(lián)動(dòng)研究工況表,甩負(fù)荷閘門運(yùn)行調(diào)度方式表。在各種工況下,明確了控制流程,經(jīng)運(yùn)行人員確認(rèn)后再通過(guò)梯調(diào)電調(diào)將閘門操作命令下發(fā)至電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.3 技術(shù)方案

(1)總體方案

研究的總體方案是,在向家壩電站和成都調(diào)控中心實(shí)現(xiàn)后臺(tái)自動(dòng)補(bǔ)水程序,運(yùn)行人員可根據(jù)需求隨時(shí)在“向家壩水電站緊急補(bǔ)水閘門聯(lián)控畫(huà)面”中投入或退出后臺(tái)切機(jī)補(bǔ)水程序功能。

(2)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)機(jī)組發(fā)電出力公式:

式中N為水電站出力 (kW),Qf為發(fā)電流量(m3/s),H為凈水頭(m),η為水輪發(fā)電機(jī)組的總效率,為簡(jiǎn)化起見(jiàn)可取一定值,如0.98。電站總出庫(kù)流量Q=發(fā)電流量Qf+泄水設(shè)施流量Qx,由電站單臺(tái)機(jī)組的發(fā)電出力計(jì)算出發(fā)電流量,然后監(jiān)控系統(tǒng)跟蹤機(jī)組運(yùn)行狀態(tài),得到切機(jī)或負(fù)荷變化判斷,根據(jù)運(yùn)行工況與蓄水位的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù),自動(dòng)計(jì)算補(bǔ)水量。通過(guò)不同上游水位情況下閘門開(kāi)度與流量關(guān)系表,根據(jù)補(bǔ)水流量及要求補(bǔ)水速度確定需開(kāi)啟的閘門數(shù)量和閘門開(kāi)度。

(3)實(shí)施原則

向家壩電站出現(xiàn)負(fù)荷大幅波動(dòng)下,中央控制室操作員站會(huì)自動(dòng)彈出緊急補(bǔ)水閘門聯(lián)控畫(huà)面,在畫(huà)面上顯示當(dāng)前運(yùn)行方式、上下游水位、總流量、補(bǔ)水流量及閘門開(kāi)啟補(bǔ)水方案(包括擬開(kāi)啟的閘門組合及開(kāi)度等信息),并通過(guò)語(yǔ)音提示運(yùn)行人員確認(rèn)下發(fā)命令,保證了實(shí)施措施的實(shí)時(shí)性和安全性。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及成果

向家壩電站負(fù)荷突然變化與下游補(bǔ)水聯(lián)動(dòng)自動(dòng)控制流程開(kāi)發(fā)完成后,經(jīng)過(guò)開(kāi)環(huán)模擬測(cè)試,測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了應(yīng)急補(bǔ)水的可行性,滿足進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的條件。應(yīng)急補(bǔ)水程序根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了修改完善。

2012年12月,以向家壩電站6號(hào)機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)和動(dòng)水落門試驗(yàn)為契機(jī),進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急自動(dòng)補(bǔ)水各項(xiàng)閉環(huán)功能試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明,應(yīng)急補(bǔ)水程序計(jì)算結(jié)果正確,手動(dòng)修改開(kāi)度值后點(diǎn)擊確定令下發(fā),命令執(zhí)行正確;實(shí)際補(bǔ)水效果明顯,驗(yàn)證了應(yīng)急補(bǔ)水程序的有效、迅速。電廠側(cè)完成補(bǔ)水試驗(yàn)后,在成都調(diào)控中心側(cè)也進(jìn)行了補(bǔ)水試驗(yàn)也取得了成功。

在相關(guān)各方的通力支持和配合下,向家壩電站應(yīng)急補(bǔ)水功能研究取得了圓滿的成功,滿足下游航運(yùn)1 m/h、4.5 m/h的水位變幅控制要求,達(dá)到了預(yù)期的效果,為電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行和下游航運(yùn)安全提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

TP736

A

1672-5387(2017)07-0038-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.07.011

2017-04-27

毛 江(1971-),男,高級(jí)工程師,從事技術(shù)管理工作。