基于新調度模式下的巨型水電站經(jīng)濟性分析

史寶平，王 偉，薛萬軍

（二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000）

基于新調度模式下的巨型水電站經(jīng)濟性分析

史寶平，王 偉，薛萬軍

（二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000）

首先對該電站的調度權轉移進行了闡述，然后結合該電站近年來枯水期典型月份的實際運行狀況和運行數(shù)據(jù)與前期數(shù)據(jù)進行類比分析，并通過簡單的算術計算，說明水電站在機組運行方式安排、廠用電運行方式安排上可以進行優(yōu)化；最后重點對枯水期機組實際運行方式進行了經(jīng)濟性和可行性分析，通過電網(wǎng)負荷變化的特點和電網(wǎng)接線方式以及備用容量規(guī)定的要求,優(yōu)化了機組的運行方式。

廠用電方式；經(jīng)濟性；可行性

1 概述

該水電站位于四川省西南部攀枝花市境內的雅礱江下游，距雅礱江與金沙江的交匯口33 km，是以發(fā)電為主的大型水力發(fā)電樞紐。水電站裝機容量330萬kW，多年平均發(fā)電量為170億kW·h。水庫正常蓄水位1200m，總庫容58億m3，調節(jié)庫容33.7億m3，為季調節(jié)水庫。前期調度由華中網(wǎng)調委托四川省調調度，隨著國家電網(wǎng)三集五大的發(fā)展以及國家電網(wǎng)西南分部的成立。今年，電站調度權由四川省調轉移至西南分調。在滿足電網(wǎng)安全的前提下，降低電站的耗水率[1]，合理安排機組的運行方式和廠用電運行方式，以提高水電站綜合經(jīng)濟效益。

2 枯水期典型月機組運行情況分析

2.1 耗水率分析

本月平均耗水率為2.23 m3/kW·h，高于去年同期水平（2.19 m3/kW·h）。本月日平均并網(wǎng)機組臺數(shù)為4.98臺，高于去年同期的3.99臺；機組平均發(fā)電負荷407.3MW，低于去年同期水平（454.33MW）。見表1。

表1 耗水率分析相關數(shù)據(jù)表

2.2 供電與廠用電分析

本月總供電量為100 286.2萬kW·h，相比去年同期增加10 803.2萬kW·h。本月廠用電量237.813萬kW·h，比去年同期增加29.743萬kW·h，月廠用電率為0.157%，與去年同期水平（0.15%）持平。綜合廠用電由勵磁系統(tǒng)損耗、廠高變損耗、主變損耗以及廠用電組成，本月綜合廠用電率0.476%，高于去年同期的0.39%，綜合廠用電比去年同期高，發(fā)電量比去年同期也有增加，且增加的幅度相似。見表2。

表2 供電及廠用電統(tǒng)計表 單位：萬kW·h

二灘水電站廠用電主要有表3所示電動機負荷，根據(jù)運行時間通過其額定功率計算其耗電量。

表3 廠用電電動機

（1）本月6臺6 kV檢修排水泵運行時間總共為102.25 h?？偤碾娏繛椋?60×102.25=26 585.0 kW·h。

（2）本月6臺6 kV滲漏排水泵運行時間總共為129.94 h?？偤碾娏繛椋?60×129.94=33 784.4 kW·h。

（3）機組技供水泵只在機組運行時才啟動，機組停機備用時停運。本月全運行時間總共為：31× 24=744 h。而目前6臺機組1月份的平均并網(wǎng)機組臺數(shù)為4.69臺，所以6臺發(fā)電機的機組技供水泵總運行時間為：744×4.69=3 489.36 h；總耗電量為220×3 489.36=767 659.2 kW·h。

（4）主變技供水泵只在主變運行時才啟動，主變停運時則停運。本月全運行時間總共為：31× 24=744 h。另外，2號機變檢修時間為8日00∶00～24日14∶00，總長為：（24-8）×24+14=524 h，則其主變技供水泵運行時間為：744-524=220 h。所以6臺機組主變技供水泵運行總時長為：5×744+220= 3 940 h；總耗電量為55×3 940=216 700 kW·h。

（5）該月份2臺調速器空壓機運行時間總共為30 h。總耗電量為：30×30=900 kW·h。

（6）主變豎井風機有3臺一直處于運行狀態(tài)。主變豎井風機總運行時間為：744×3=2 232 h。

總耗電量為90×2 232=200 880 kW·h。

（7）該月份各機組油壓裝置輔助壓油泵運行時間不盡相同，如表4所示。

表4 輔助壓油泵運行時間

各機組油壓裝置輔助壓油泵運行時間總共為：11＋19＋16＋20＋12＋11=89 h

總耗電量為14.7×89=1 308.3 kW·h。

將上述負荷及其耗電量匯總見表5。

表5 總耗電量表

3 機組運行方式分析

3.1 機組運行經(jīng)濟性分析

四川水電按照一年的來水情況，將水電分為枯水期、平水期和汛期，而雅礱江流域的枯水期一般為1～5月份、11和12月份。此外根據(jù)每日用電負荷的不同，又分為峰段、平段和谷段。其中，高峰時段為07∶00～11∶00，19∶00～23∶00；平段時刻為11∶00～19∶00；低谷時段為當晚11∶00至次日早上7∶00，各時段均為8 h。根據(jù)上述規(guī)定，則可以計算出每一年度枯水期、平水期低谷運行時間，根據(jù)廠用電構成可知每年僅平、枯期低谷時段，二灘電廠僅少空載運行1臺機，就可以節(jié)約廠用電為（287×1936＝）55.56萬kW·h。上述節(jié)水多發(fā)的電能和節(jié)約的廠用電能均處于水電廠來水較少的月份，同時也是系統(tǒng)缺電的季節(jié)，相應電價也較高。所以水電廠枯水季節(jié)能有更為良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3.2 機組運行可行性分析

（1）機組有功分析

二灘電站在電網(wǎng)中主要承擔調峰任務，根據(jù)混流式水輪機組運行特性和機組出力與水頭的關系，正常情況下當上游水位高于1 172 m時，發(fā)電水頭大于157 m，機組運行最大有功出力為550 MW，隨著上游水位的降低發(fā)電運行水頭持續(xù)降低，當水位降至死水位1 155 m時，機組運行最大有功出力降至470 MW。因此機組最大有功運行范圍為470～550 MW。

（2）機組無功分析

電網(wǎng)無功補償采用的是“分層分區(qū)，就地平衡”的原則，二灘電站遠離負荷中心，線路距離長，線路容性功率較大。因此，一般情況下機組都是吸收電網(wǎng)的無功，進行運行。由于機組吸收無功的限值受P-Q約束，即：發(fā)電機進相運行時勵磁低勵限制值。機組有功功率越大，吸收無功的能力就越??；相反，機組有功功率越小，可吸收系統(tǒng)的無功越大。（見表6）

表6 發(fā)電機進相運行勵磁低勵限制值

（3）電網(wǎng)對二灘的調控規(guī)定

1）電網(wǎng)對二灘出力規(guī)定

根據(jù)二灘的典型日負荷96點曲線，從日平均負荷曲線可以看出以下5個特點：

①00∶00～08∶15，機組負荷基本上處在900～1000 MW之間，此時根據(jù)機組當前水頭下的出力機組最大出力范圍為1 410 MW～1 650 MW，則在此期間3臺機組運行完全滿足負荷要求；

②08∶15～12∶00，機組負荷在1500～1800MW之間，此時處于負荷的峰段，需要4臺機組運行，便于調整系統(tǒng)電壓及頻率；

③12∶00～14∶00，機組負荷較輕，處于1 300～1 500 MW之間，經(jīng)過適當調整即可3機運行滿足負荷要求；

④14∶00～22∶30，機組負荷在1 500～1 800 MW之間，此時需要滿足負荷曲線要求必須采用4臺機運行。

⑤22∶30～24∶00，機組負荷在1 000～1 300 MW之間，此時滿足負荷曲線要求可采用3臺機運行。

2）電網(wǎng)對二灘電壓規(guī)定

二灘枯水期電網(wǎng)下發(fā)的500 kV電壓曲線控制要求見表7。

表7 二灘500 kV典型電壓曲線控制要求

①22∶16～08∶15時段，電壓曲線524～532kV，一般根據(jù)四川電網(wǎng)逆調壓的要求，在低谷負荷時段，電壓盡量按電壓曲線偏下限運行。此時若按電壓下限524 kV左右控制系統(tǒng)電壓運行，則需要4臺機運行，當500 kV系統(tǒng)電壓在526 kV以上運行時，根據(jù)日負荷曲線和機組低勵限制曲線，運行3臺機組即可滿足上述要求。但根據(jù)日平均電壓曲線可知，一般01:00～05:30時電壓一般運行在下限。

②11∶46～14∶30時段，電壓曲線524～533kV，此時段因為負荷屬于平段負荷，根據(jù)電網(wǎng)逆調壓的要求，平段負荷時系統(tǒng)電壓盡量靠中間運行，因此在這一時段電壓一般運行在529 kV～530 kV之間，根據(jù)日平均負荷曲線，此時段負荷3臺機運行即可滿足系統(tǒng)要求。

③08∶16～11∶45、14∶31～22∶15時段，電壓曲線525～534 kV，此時段為日負荷的峰段，根據(jù)電網(wǎng)調壓要求，電壓一般盡量靠曲線上限運行，因此，這段期間電壓曲線均運行在531～533kV之間，但此時有功負荷也是一天中最大的，負荷一般在1600～2000MW，因此需要首先滿足機組最大出力要求，保證電網(wǎng)的頻率要求，必須開4臺機組運行。

同時，分析典型10日系統(tǒng)電壓情況，電壓基本運行在524～530 kV，由于電站采用逆調壓[2～3]方式，因此在電壓高于530 kV時，機組總有功高于1 100 MW，結合電站枯水期電壓曲線，可以分析出以下特性：

①隨著電壓的升高，機組總無功越小，機組進相深度越淺。

②相同電壓下，機組總有功越大，機組進相深度越淺。

③維持電壓在524～525 kV之間，機組總有功在900～1100MW之間時，機組總無功均在-550～-450 Mvar之間。524～525 kV分別接近22∶16～08∶15、11∶46～14∶30時段的電壓曲線下限，若該時段調度要求電壓下限運行，則3臺機運行時電壓也可滿足要求。

④電壓為 525～526 kV時，機組總有功在1 000～1 500 MW之間時，機組總無功均在-500 Mvar左右。525 kV為08∶16～11∶45、14∶31～22∶15時段的電壓曲線下限，要滿足電壓調整要求，則需要開4臺機運行才可滿足電壓和有功的要求。

⑤電壓運行在530 kV時，此時機組總無功約為-450～-400 Mvar，要滿足電壓調整要求，則機組總有功在1 000 MW以上就可以。

3）電網(wǎng)對二灘備用容量規(guī)定

因目前國家電網(wǎng)西南分部直接調控的電站只有二灘水電站，因此西南電網(wǎng)對備用容量采用了以下標準：①負荷備用容量應不低于最大負荷的2%；②事故備用容量應不低于最大負荷的5%，且不低于網(wǎng)內單一發(fā)電或輸電設備故障損失時的最大功率；③負荷低谷時段應留有足夠的旋轉備用容量，且不低于最小負荷的2%。選取96點日計劃負荷中最大值，根據(jù)備用容量規(guī)定可得，二灘至少預留負荷為2000 MW×0.05=100 MW。

4 電站機組運行方式優(yōu)化

根據(jù)電網(wǎng)下發(fā)的日計劃曲線和電壓曲線，并根據(jù)西南電網(wǎng)備用容量要求，可得出經(jīng)濟的運行方式，即“3+4”臺機組組合運行方式。在低谷負荷時段即22∶30～08∶15這個時間段內可申請調度保持3臺機組運行，即可滿足負荷曲線900～1 300 MW要求，同時也滿足電壓下限524 kV要求，系統(tǒng)旋轉備用容量機組1650～1300MW=350MW＞100MW也可滿足要求；在高峰時段即08∶15～12∶00、14∶00～22∶30，因負荷較高，必須開4臺機組運行以滿足系統(tǒng)負荷需要；在平段負荷時段12∶00～14∶00，盡管可以滿足負荷曲線、電壓曲線和備用容量要求，但由于時間較短，因此可以靈活控制；在來水偏枯的情況下可向調度申請3臺機運行，但負荷漲起來就需要增開1臺機組；在水位偏高時為了減少機組頻繁開停機可保持4臺機組運行。

二灘電廠機變系統(tǒng)為發(fā)電機-變壓器單元接線[4]。機組正常停機備用時，只斷開發(fā)電機出口開關，主變和廠高變繼續(xù)在網(wǎng)上運行。如果根據(jù)季節(jié)變化和機組并網(wǎng)臺數(shù)的不同，停用主變和廠高變，則可減少主變和廠高變的空載損耗，同時可停運相應的輔助設備。這種運行方式在平、枯水季節(jié)開機臺數(shù)較少時是可行的，即使有1臺機組檢修，每年在枯、平水月份的低谷時段內，也至少可以停運1個主變單元而不影響廠用電的可靠供電。

5 結論

本文通過枯水期電網(wǎng)負荷特性，以及電網(wǎng)下達的日負荷曲線和電壓曲線要求，結合二灘機組運行特性，并根據(jù)電網(wǎng)日負荷情況對機組的有功、無功進行了可行性分析，同時對機組在枯水期經(jīng)濟性進行了分析。最終得出了3臺機運行在枯水期和平水期運行的可行性，并得出了機組“4+3”組合的方式來滿足電網(wǎng)頻率和電壓要求，保證電網(wǎng)的旋轉備用容量以保證電網(wǎng)的安全運行。在將來可通過與電力調度部門的協(xié)調，在保證電網(wǎng)運行安全和穩(wěn)定的前提下，采取“3+4”機組運行方式，既能保證在高峰負荷時電站有水可發(fā)電，又能保證電站的經(jīng)濟效益，達到節(jié)水保電的目的。

[1]沈 磊.試驗標準耗水率及其在考核水電廠經(jīng)濟運行上的運用[J].水能技術經(jīng)濟,1996（1）.

[2]王燕玲.電力系統(tǒng)電壓調整的主要措施[J].大同職業(yè)技術學院學報,2005（2）.

[3]王 剛,侯 飛，高志勇，等.淺析一大型水電站兩臺機運行的可行性和經(jīng)濟性[J].水電站機電技術，2014,2（1）.

[4]陳源林.水電廠運行維護節(jié)能探討與實踐[J].水電站機電技術，2009,2（2）.

TV737

B

1672-5387（2017）08-0034-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.08.011

2017-02-14

史寶平（1986-），男，工程師，從事水電站運行維護工作。