巨型水電站機組投產(chǎn)初期安全運行分析

劉金華，胡晨賀，鄧兆鵬，劉 峰，李世豪

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都610051）

1 電站概況

錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河彎上，是雅礱江干流上的重要梯級電站[1～4]。其上游緊接具有年調(diào)節(jié)水庫的龍頭梯級錦屏一級水電站，下游依次為官地、二灘和桐子林水電站。該水電站利用雅礱江150km大河彎的天然落差，通過長約16.67km的引水隧洞，截彎取直，獲得水頭約310m。電站總裝機容量4800MW，單機容量600MW，額定水頭288m，多年平均發(fā)電量242.3億kW·h，保證出力1972MW，年利用小時5048h。

2 動水調(diào)試期運行

2.1 動水調(diào)試期運行原則

根據(jù)《GB/T8564-2003水輪發(fā)電機組安裝技術規(guī)范》、《DL507-2002水輪發(fā)電機組啟動試驗規(guī)程》等規(guī)范所要求的試驗項目，機組需進行過速試驗、帶負荷試驗和甩負荷試驗等。由于錦屏二級水電站具有引水系統(tǒng)長的特點，現(xiàn)場試驗時應務必使引水系統(tǒng)和機組的運行工況盡可能單一，盡量避免短時間內(nèi)工況頻繁轉換。因此，本章計算的主要目的，在于研究和提出機組由一種運行工況進入另一種運行工況至穩(wěn)定狀態(tài)所需要的最短恢復時間要求。本章計算過程中，增減負荷導葉開啟/關閉全行程采用150s一段直線規(guī)律計算，機組甩負荷導葉關閉全行程采用13s一段直線規(guī)律計算。

在機組動水調(diào)試過程中，機組和引水系統(tǒng)的初始狀態(tài)參數(shù)、過渡過程各項指標變化過程，以及過渡過程穩(wěn)定后的最終狀態(tài)參數(shù)都應被記錄在案。我院將根據(jù)試驗內(nèi)容開展過渡過程仿真計算研究和試驗結果對比分析工作，以驗證設計邊界條件的精確度。并根據(jù)各項指標的偏差幅值，對初期運行階段和正常運行階段的運行要求進行修訂和完善。對比分析工作則要求工況變化前的初始狀態(tài)盡量穩(wěn)定，避免產(chǎn)生水力和功率波動，從而使計算和實測邊界條件產(chǎn)生較大的差異。

調(diào)試階段本著“安全、穩(wěn)妥”的思路，機組調(diào)試階段的基本原則為：當機組增或甩負荷后，按調(diào)壓室的水位波動總振幅小于5m或水位波動基本平穩(wěn)后，再進行下一個機組甩或增負荷操作指令。

2.2 動水調(diào)試工況

根據(jù)《GB/T8564-2003水輪發(fā)電機組安裝技術規(guī)范》要求，機組甩負荷試驗，應在額定負荷的25%、50%、75%、100%下分別進行，并記錄有關參數(shù)值。在進行甩負荷試驗前，首先需把機組負荷增至甩負荷試驗要求的指定負荷，穩(wěn)定后再進行甩負荷試驗。由于本電站長引水系統(tǒng)的特性，機組在增負荷和甩負荷過程中，調(diào)壓室的涌浪波動幅值相對較大，衰減時間長。為保證甩負荷試驗時調(diào)壓室水位盡量平穩(wěn)，應盡可能控制甩負荷操作指令發(fā)出前和機組重新啟動增負荷前調(diào)壓室涌浪波動的幅值。表1中的1號工況表示了機組進行額定負荷的25%、50%、75%、100%逐級甩負荷試驗過程，其目的是在嚴格控制調(diào)壓室涌浪振幅（初步考慮1個周期內(nèi)的調(diào)壓室涌浪振幅應不超過5m）的原則下，研究機組增至指定負荷直至甩負荷操作指令允許發(fā)出時的恢復時間，以及甩指定負荷操作指令發(fā)出后至機組重新啟動指令允許發(fā)出時的恢復時間。

表1 動水調(diào)試階段研究工況

2.3 動水調(diào)試階段的調(diào)試要求

根據(jù)動水調(diào)試階段的基本原則和調(diào)壓室水位波動分析的計算結果，在機組調(diào)試階段，當以調(diào)壓室的水位波動總振幅小于5m為控制值時，各級甩負荷試驗時，機組操作指令有以下要求：

（1）增減負荷時導葉開啟和關閉全行程采用150s一段直線規(guī)律。

（2）增負荷至150MW（25%額定負荷）后，需等待至少1.6h方可允許甩負荷150MW操作指令發(fā)出；甩負荷150MW后，需等待至少2.2h方可允許后續(xù)增負荷操作指令發(fā)出。

（3）增負荷至300MW（50%額定負荷）后，需等待至少1.6h方可進行甩負荷300MW操作指令發(fā)出；甩負荷300MW后，需等待至少2.5h方可允許后續(xù)增負荷操作指令發(fā)出。

（4）增負荷至450MW（75%額定負荷）后，需等待至少1.8h方可進行甩負荷450MW操作指令發(fā)出；甩負荷450MW后，需等待至少2.6h方可允許后續(xù)增負荷操作指令發(fā)出。

（5）增負荷至600MW（100%額定負荷）后，需等待至少2.7h方可進行甩負荷600MW操作指令發(fā)出；甩負荷600MW后，需等待至少2.6h方可允許機組增負荷操作指令發(fā)出。增減不同負荷等待的時間間隔詳見表2。

（6）在上述負荷區(qū)域運行時，若機組位于異常振動區(qū)域，應略調(diào)整負荷幅值使機組處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。

（7）由于計算理論及邊界條件和實際情況的差異，在現(xiàn)場甩負荷試驗過程中，可根據(jù)調(diào)壓室實際監(jiān)測水位衰減情況，現(xiàn)場會議討論決定等待的間隔時間是否需要進行調(diào)整。

（8）對如要開展水力學試驗的項目，為了保證試驗的精確性，開展水力學試驗前應保證調(diào)壓室初始水位平穩(wěn)后方可進行試驗。

（9）需要強調(diào)的是：在機組動水調(diào)試階段，除必須同時進行的2臺機組動水調(diào)試的試驗項目外，只允許同一水力單元其中1臺機組開展帶負荷調(diào)試工作，即當1臺機組帶負荷調(diào)試時，另外1臺機組處于停機狀態(tài)。如果1臺機組進入72h試運行或正常帶負荷運行，則另1臺機組只允許進行不帶負荷的調(diào)試試驗工作，且不允許進行電氣或機械過速試驗。

（10）動水調(diào)試階段如有減負荷工況發(fā)生，其控制時間與甩同等容量的甩負荷工況相同。

表2 后續(xù)操作需等待的時間

3 試運行期運行

3.1 試運行期運行原則

試運行期運行階段，同一水力單元有2臺機組發(fā)電，其機組的工況變化要多于調(diào)試階段。如果要求機組從一種運行工況進入另一種運行工況時，要等待調(diào)壓室涌浪穩(wěn)定后再進行工況調(diào)整，則可能因等待時間過長而影響機組運行的靈活性。同時由于投產(chǎn)的機組臺數(shù)不多，可調(diào)用的機組臺數(shù)有限，對電網(wǎng)需求的響應不夠靈活。而引水系統(tǒng)尚未經(jīng)歷各種可能工況的考驗，須根據(jù)從嚴管理的原則制定引水發(fā)電系統(tǒng)的運行要求。因此本章計算的主要目的是按照初期運行中可能出現(xiàn)的工況，制定相對合理的調(diào)壓室涌浪穩(wěn)定指標，并提出機組從一種運行工況轉換到另一種運行工況至相對于調(diào)壓室涌浪穩(wěn)定指標的恢復時間要求。計算過程中，正常增減負荷導葉開啟或關閉全行程總時間采用150s計算，機組甩負荷導葉關閉全行程總時間全部采用13s計算。

初期運行階段機組運行方式的基本要求為：

（1）如果同一水力單元內(nèi)一次增或減負荷后，需等待調(diào)壓室涌浪總振幅小于30m后，方能進行下一個增或減負荷操作；

（2）機組甩負荷工況的原則同上。

3.2 初期運行階段機組運行方式要求

3.2.1 開機增負荷的運行要求

開機增負荷過程中，2臺機不允許同時增負荷。根據(jù)初期運行階段機組運行方式的基本原則和調(diào)壓室水位波動分析的計算結果，開機增負荷工況所需的間隔時間分別如表3所示。

表3 初期運行階段連續(xù)增負荷工況間隔時間匯總表

3.2.2 正常運行增減負荷的運行要求

根據(jù)初期運行階段的機組運行基本原則和調(diào)壓室水位波動分析的計算結果，初期運行階段正常增減負荷的運行要求如下：

除開機連續(xù)增負荷工況之外，對于其他正常增減負荷工況，第1次負荷變量超過300MW的情況，按調(diào)壓室涌浪總振幅小于30m后，方能進行下一個操作進行控制；對于第1次負荷變量不大于300MW的情況，對第2次增減負荷量時間基本沒有限制，具體如表4所示。

表4 初期運行階段正常增、減負荷工況間隔時間匯總表單位：min

3.2.3 事故甩負荷后的運行要求

對于事故甩負荷工況，當甩負荷容量超過300MW的情況，按調(diào)壓室涌浪總振幅小于30m后，才能進行后續(xù)增負荷操作進行控制；對于甩負荷容量不大于300MW的情況，后續(xù)增負荷操作時間沒有限制，具體如表5所示。

表5 初期運行階段甩負荷工況間隔時間匯總表單位：min

3.2.4 其他要求

（1）機組操作連續(xù)第2次動作結束后，將按照調(diào)壓室涌浪波動幅度不大于30m來確定第3次及以后動作的間隔時間；

（2）一次調(diào)頻引起的負荷波動可不受上述控制；

（3）以上機組運行控制條件對應上、下游水庫不同水位無變化。

4 結語

本文按照該電站引水系統(tǒng)結構安全控制要求，通過分析機組在動水調(diào)試階段的運行要求和運行初期的運行要求著手，在滿足安全要求的前提下，經(jīng)過理論計算提出了動水階段和運行初期各工況下的運行要求，為電站轉入正常運行階段提供理論基礎，后期還應在初期運行階段積累的經(jīng)驗基礎之上，進一步優(yōu)化本文所提出的運行要求，在保證電站安全穩(wěn)定運行的基礎上，增加電站機組運行的靈活性和方式安排的合理性。