徑流式反調(diào)節(jié)水電站水庫(kù)調(diào)度分析與應(yīng)對(duì)措施

李民希

（二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花617000）

1 引言

桐子林水電站安裝4臺(tái)15萬(wàn)kW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，電站設(shè)計(jì)保證出力22.7萬(wàn)kW、多年平均發(fā)電量29.75億kW·h，已于2016年3月25日實(shí)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。

桐子林水電站在設(shè)計(jì)上為二灘水電站的反調(diào)節(jié)電站，水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容較小[1-3]，總庫(kù)容僅0.912億m3，為日調(diào)節(jié)型水庫(kù)，根據(jù)桐子林水庫(kù)庫(kù)容特性和入庫(kù)徑流分布特性，桐子林水電站設(shè)計(jì)上汛期在系統(tǒng)中擔(dān)任基荷，其他時(shí)段與二灘基本同步參加電力系統(tǒng)調(diào)峰，并承擔(dān)強(qiáng)制基荷出力，保證下游生態(tài)流量需要，日內(nèi)運(yùn)行水位在正常蓄水位之間變化。

2 現(xiàn)狀分析

二灘和桐子林的聯(lián)合調(diào)度問(wèn)題或者說(shuō)桐子林的水庫(kù)調(diào)度問(wèn)題，一直是比較復(fù)雜的問(wèn)題，既有技術(shù)方面的原因，也有外部關(guān)系方面的原因。桐子林水庫(kù)調(diào)度分枯期和汛期兩個(gè)階段，分別呈現(xiàn)截然不同的特征。汛期的重點(diǎn)在于確保桐子林水庫(kù)安全的前提下，如何盡量減少閘門(mén)操作次數(shù)；枯期的重點(diǎn)在于如何通過(guò)桐子林負(fù)荷調(diào)整來(lái)控制桐子林水位，并盡量降低發(fā)電耗水率。

枯期二灘和桐子林正常情況下均無(wú)棄水[4-6]，安寧河流量平穩(wěn)，桐子林水庫(kù)調(diào)度似乎很簡(jiǎn)單，其實(shí)不然，因桐子林和二灘負(fù)荷不能完全匹配，桐子林通常僅能通過(guò)負(fù)荷調(diào)整來(lái)控制水位。當(dāng)二灘負(fù)荷變化陡峭、臨時(shí)修改計(jì)劃較為頻繁時(shí)，桐子林的負(fù)荷調(diào)整頻次也隨之增加。計(jì)劃的調(diào)整均須征得上級(jí)調(diào)度的同意，桐子林頻繁的負(fù)荷調(diào)整有時(shí)使調(diào)度員不勝其煩，拖延同意或斷然拒絕的情況也時(shí)有發(fā)生，且不說(shuō)經(jīng)濟(jì)性無(wú)法保證，有時(shí)連水庫(kù)安全都受到了威脅。

3 水庫(kù)調(diào)度問(wèn)題

事實(shí)上，桐子林水庫(kù)調(diào)度的問(wèn)題集中在以下3個(gè)方面，下面逐一展開(kāi)探討。

3.1 與二灘水電站聯(lián)合運(yùn)行不佳

桐子林水電站因上游二灘水電站出庫(kù)流量、安寧河來(lái)水量等不確定因素存在，曾多次出現(xiàn)水庫(kù)水位逼近上/下限，造成水庫(kù)棄水、水庫(kù)拉空的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)機(jī)組發(fā)電水頭較低時(shí)，機(jī)組運(yùn)行工況較差；水庫(kù)加大泄水后，也曾發(fā)生下游人員被困江中的險(xiǎn)情，桐子林水電站實(shí)際運(yùn)行難度較大。

究其原因，①兩站日發(fā)電計(jì)劃曲線匹配性不好。導(dǎo)致這一現(xiàn)狀的客觀原因在于桐子林水電站入庫(kù)干擾因素較多、電網(wǎng)攀西斷面、川渝斷面潮流控制要求較高，難以制定符合兩站聯(lián)合運(yùn)行需要的精準(zhǔn)發(fā)電計(jì)劃；主觀原因在于兩站分屬于不同的電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)，在制定兩站發(fā)電負(fù)荷曲線時(shí)，未充分考慮兩站聯(lián)合運(yùn)行需求。②兩站實(shí)時(shí)發(fā)電調(diào)度協(xié)調(diào)性不好。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，受電網(wǎng)安全運(yùn)行需要，電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)時(shí)常需要下令對(duì)兩站的實(shí)時(shí)發(fā)電計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，尤其是二灘水電站，受川渝斷面潮流調(diào)整需要，二灘水電站經(jīng)常需要退出計(jì)劃曲線臨時(shí)調(diào)整發(fā)電負(fù)荷，發(fā)電計(jì)劃一旦調(diào)整過(guò)后，計(jì)劃性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)調(diào)度的問(wèn)題，由于兩站分屬于不同電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)，在應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)發(fā)電計(jì)劃調(diào)整時(shí)，兩站電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)之間并無(wú)溝通，且在一定程度上受電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行控制需要，兩站調(diào)度機(jī)構(gòu)未及時(shí)對(duì)兩站發(fā)電計(jì)劃一并調(diào)整，依靠當(dāng)前電站運(yùn)行調(diào)度臺(tái)申請(qǐng)和流域集控中心實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)的方式，常年頻繁申請(qǐng)調(diào)度調(diào)整負(fù)荷較難奏效。

例如2017年7月一天夜班期間，桐子林水電站根據(jù)調(diào)度指令共調(diào)整全站負(fù)荷16次，集控中心根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)荷下發(fā)閘門(mén)操作命令單11份，共操作泄洪閘門(mén)18次；2017年11月1日白班期間，桐子林水電站由于負(fù)荷申請(qǐng)一直未得到省調(diào)批復(fù)，導(dǎo)致水位下降至最低水位1 010.06 m，后不待調(diào)度指令將負(fù)荷由360 MW減至200 MW，最終控制水位在1 010.06 m；2017年11月24日夜班期間，發(fā)電計(jì)劃僅為20 MW，由于處于振動(dòng)區(qū)且20 MW對(duì)應(yīng)的發(fā)電流量小于生態(tài)流量（422 m3/s），桐子林水電站中控室多次申請(qǐng)調(diào)整負(fù)荷一直未得到省調(diào)批復(fù)，最終不待調(diào)度指令將負(fù)荷調(diào)整至50 MW運(yùn)行。多方因素導(dǎo)致桐子林水電站水/電協(xié)調(diào)調(diào)度不理想。

目前桐子林發(fā)電計(jì)劃按比例系數(shù)的方式與二灘計(jì)劃負(fù)荷進(jìn)行匹配，即二灘96點(diǎn)日計(jì)劃除以系數(shù)得出桐子林發(fā)電計(jì)劃。比如二灘全天計(jì)劃負(fù)荷為2 100 MW，比例系數(shù)取7，則桐子林全天計(jì)劃為300 MW。這種方式最大的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)也是因?yàn)楹?jiǎn)單，忽略了許多因素，造成不能做到完全匹配。造成不匹配的原因很多，有二灘因素，也有桐子林因素；有曲線誤差因素，也有水頭變化因素，其中最主要的是桐子林水頭變化因素，因?yàn)橥┳恿趾乃适芩^變化影響非常明顯。

為了便于說(shuō)明問(wèn)題，表1列出了桐子林單機(jī)帶100 MW負(fù)荷時(shí)不同水頭下的對(duì)應(yīng)發(fā)電流量。

由表1可見(jiàn)，100 MW負(fù)荷對(duì)應(yīng)不同水頭下流量差最大達(dá)132 m3/s，隨著總負(fù)荷的增加，不同水頭下流量差也相應(yīng)增加。如果桐子林在平均水頭23 m時(shí)與二灘匹配，那么在平均水頭21 m時(shí)100 MW負(fù)荷對(duì)應(yīng)的流量偏差約43 m3/s，對(duì)桐子林的影響是水位以約3 cm/h的速度下降。如果桐子林總負(fù)荷300 MW，則水位以9 cm/h的速度下降，24 h降幅2.16 m。因?yàn)楹雎粤艘恍┮蛩兀瑢?shí)際降幅將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2.16 m。邏輯是這樣的：隨著水位的下降，水頭下降耗水率增加，尾水位抬高，水頭下降，耗水率增加……，這是一個(gè)水位不斷加速下降的循環(huán)過(guò)程。反之，水位上漲的過(guò)程也是加速上升的過(guò)程。上述分析說(shuō)明，因?yàn)樗辉趯?shí)時(shí)變化，按照比例系數(shù)制定桐子林發(fā)電計(jì)劃時(shí)無(wú)法提前預(yù)知運(yùn)行水位和水頭，在水位1 012 m附近和在1 014 m附近運(yùn)行都是可能的，可最終結(jié)果卻截然不同，桐子林完全按照發(fā)電計(jì)劃執(zhí)行是不可持續(xù)的，執(zhí)行一段時(shí)間后，必然會(huì)進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整。

表1 桐子林單機(jī)100 MW不同水頭下發(fā)電流量表

現(xiàn)在的問(wèn)題是，能不能做到桐子林和二灘計(jì)劃負(fù)荷的完全匹配或更好的匹配呢[7-8]？理論上是可以的，但實(shí)際效果未必好，且實(shí)現(xiàn)難度也比較大。假設(shè)二灘和桐子林的各種曲線精度足夠高，安寧河流量足夠穩(wěn)定，以桐子林水位固定為約束條件，使用計(jì)算工具計(jì)算出與二灘計(jì)劃匹配的桐子林計(jì)劃是可以做到的。因?yàn)橥┳恿炙还潭ú蛔?，所以確保了桐子林發(fā)電計(jì)劃的唯一性；同樣因?yàn)橥┳恿炙还潭ǎＷC了桐子林和二灘各時(shí)段的流量匹配，有利于桐子林水位的平穩(wěn)以及抬高桐子林運(yùn)行水頭，提高了安全性和經(jīng)濟(jì)性。之所以理論上可行，是因?yàn)橐陨戏椒ㄊ墙⒃谝幌盗屑僭O(shè)條件上的，以目前的曲線精度還很難達(dá)到能精準(zhǔn)控制桐子林水位的程度，況且，能不能得到上級(jí)調(diào)度的支持也是問(wèn)題，更關(guān)鍵的是，二灘并不會(huì)完全按照發(fā)電計(jì)劃發(fā)電，臨時(shí)調(diào)整發(fā)電計(jì)劃時(shí)有發(fā)生，因此，實(shí)際效果很難預(yù)料。

3.2 二灘發(fā)電計(jì)劃時(shí)有調(diào)整

枯期，二灘發(fā)電計(jì)劃臨時(shí)調(diào)整比較頻繁，為了便于說(shuō)明問(wèn)題，對(duì)某年1月份二灘發(fā)電計(jì)劃臨時(shí)調(diào)整情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表2。

表2 二灘1月份發(fā)電計(jì)劃臨時(shí)調(diào)整統(tǒng)計(jì)

從表2統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看到，1月份上級(jí)調(diào)度共計(jì)72次下令修改計(jì)劃，計(jì)劃修改時(shí)段累計(jì)1 078個(gè)，折合269.5 h，占1月份總時(shí)間的36%；31 d中共有23 d修改計(jì)劃，占比74%；負(fù)荷調(diào)整范圍為最多減少450 MW，最多增加300 MW，以二灘平均耗水率2.33 m3/kW·h來(lái)算，450 MW 對(duì)應(yīng)流量 291 m3/s，對(duì)桐子林的影響是水位下降20 cm/h；300 MW對(duì)應(yīng)流量194 m3/s，對(duì)桐子林的影響是水位上升14 cm/h。無(wú)論從二灘計(jì)劃修改的頻次、累計(jì)時(shí)間，還是對(duì)桐子林的影響來(lái)看，都不可忽視。

從計(jì)劃執(zhí)行和對(duì)桐子林影響的角度看，二灘計(jì)劃臨時(shí)調(diào)整比較頻繁，但從二灘在電網(wǎng)系統(tǒng)中的作用和自身縱向?qū)Ρ葋?lái)看，調(diào)整是正常的，甚至是大幅減少的。寄希望于二灘像錦官一樣保持高度的計(jì)劃性有些不切實(shí)際，因此，解決二灘負(fù)荷臨時(shí)調(diào)整對(duì)桐子林造成影響這個(gè)問(wèn)題，還是應(yīng)該從桐子林自身入手。解決這個(gè)問(wèn)題似乎也很簡(jiǎn)單：桐子林也跟著進(jìn)行計(jì)劃臨時(shí)調(diào)整就可以了?？蓪?shí)際情況要復(fù)雜一些，二灘和桐子林分屬不同的調(diào)度機(jī)構(gòu)，桐子林的頻繁負(fù)荷調(diào)整并不總能夠獲得上級(jí)調(diào)度的支持和理解，特別是調(diào)度員事務(wù)繁忙和負(fù)荷調(diào)度困難時(shí)，頻繁的負(fù)荷調(diào)整申請(qǐng)會(huì)被調(diào)度當(dāng)做“添亂”，有時(shí)對(duì)電站的申請(qǐng)不予理會(huì)或直接拒絕，使桐子林水位控制陷入困境。

3.3 桐子林計(jì)劃負(fù)荷調(diào)整受阻

枯期棄水一般不被允許，負(fù)荷調(diào)整成為桐子林水位控制的主要方式，但有時(shí)負(fù)荷臨時(shí)調(diào)整申請(qǐng)會(huì)被上級(jí)調(diào)度拒絕。當(dāng)負(fù)荷調(diào)整被拒絕后，運(yùn)行值班人員會(huì)作出最后的種種努力，比如向調(diào)度反復(fù)匯報(bào)桐子林的最新危急形勢(shì)、后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)對(duì)措施，反復(fù)申請(qǐng)負(fù)荷調(diào)整等方式。通過(guò)重重努力，有時(shí)在最后的關(guān)鍵時(shí)刻調(diào)度同意了；但有時(shí)始終不同意，導(dǎo)致最后被迫棄水。

調(diào)度員不同意的原因大概有“調(diào)整有困難”和“申請(qǐng)?zhí)l繁”。對(duì)于系統(tǒng)原因?qū)е仑?fù)荷調(diào)整有困難，這個(gè)實(shí)在無(wú)能為力，我們應(yīng)當(dāng)理解和支持。而對(duì)于“申請(qǐng)?zhí)l繁”，我們可以設(shè)法努力減少負(fù)荷調(diào)整的頻次。其實(shí)在努力減少負(fù)荷調(diào)整頻次這個(gè)問(wèn)題上，集控和電站一直是這么做的，而且還在不斷努力提高要求。但是后來(lái)發(fā)現(xiàn)調(diào)度員與我們?cè)谶@個(gè)問(wèn)題的理解上有分歧：我們以能夠做到盡量長(zhǎng)時(shí)間不再調(diào)整為目標(biāo)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出的負(fù)荷調(diào)整時(shí)機(jī)，桐子林水位往往不在上下限附近，甚至還有點(diǎn)遠(yuǎn)，在調(diào)度員看來(lái)，離水位越限還差得遠(yuǎn)，此時(shí)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，純屬“添亂”。為此，集控與上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)進(jìn)行了溝通，消除了分歧，理順了后續(xù)工作流程和要求，雙方獲得了一致理解和支持。集控和桐子林電站確定了盡量減少調(diào)整申請(qǐng)頻次，努力避免夜間調(diào)整申請(qǐng)和緊急情況下電話聯(lián)系申請(qǐng)的工作指導(dǎo)原則，從實(shí)際效果看，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。可見(jiàn)，充分的溝通是十分必要的。

調(diào)度員曾經(jīng)提出通過(guò)減少二灘負(fù)荷的方式來(lái)控制桐子林水位，避免棄水，雖然可行，但這是一種不經(jīng)濟(jì)的方式。因?yàn)槎┖屯┳恿值陌l(fā)電耗水率相差非常大，通過(guò)桐子林增加100 MW負(fù)荷即可解決的問(wèn)題，卻需要二灘減少770 MW才能解決，并不劃算，如果經(jīng)常如此，對(duì)二灘電量必然產(chǎn)生影響。

4 應(yīng)對(duì)措施

（1）盡快推動(dòng)桐子林水電站水調(diào)、電調(diào)統(tǒng)一[9-10]，加強(qiáng)對(duì)水庫(kù)水位控制的同時(shí)，保證機(jī)組運(yùn)行水頭維持在高位，避免機(jī)組出力受限。

（2）促成兩站調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)兩站經(jīng)濟(jì)調(diào)度。

（3）加強(qiáng)兩站負(fù)荷計(jì)劃制定環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)性。在兩站發(fā)電負(fù)荷計(jì)劃制定上，加強(qiáng)與兩站調(diào)度機(jī)構(gòu)的溝通，進(jìn)一步提高兩站負(fù)荷計(jì)劃的匹配度，避免在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)偏差，增加聯(lián)合運(yùn)行影響因素。

（4）加強(qiáng)與二灘水電站的信息互通，豐平過(guò)渡期（一般在10月～11月），二灘電站維持高水位且入庫(kù)流量大于發(fā)電流量時(shí)，申請(qǐng)采取二灘間歇性補(bǔ)水的方式來(lái)控制水庫(kù)水位。

（5）在水位下降預(yù)計(jì)接近水位下限時(shí)，通過(guò)調(diào)整負(fù)荷或泄洪閘門(mén)運(yùn)行方式等措施，及時(shí)扭轉(zhuǎn)水位下降趨勢(shì)，防止水庫(kù)水位越下限。

（6）在機(jī)組出力受限時(shí)，合理分配各機(jī)組負(fù)荷，確保機(jī)組在最優(yōu)工況運(yùn)行，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)與調(diào)度的溝通，確保全站負(fù)荷下發(fā)值處于合理范圍，防止發(fā)生電量考核。

（7）加強(qiáng)與調(diào)度機(jī)構(gòu)和集控中心的多向溝通，定期研討，增進(jìn)理解，優(yōu)化調(diào)度方式，緊密協(xié)作。爭(zhēng)取上級(jí)調(diào)度同意桐子林在計(jì)劃曲線上下偏差一定范圍內(nèi)進(jìn)行自行調(diào)整，可一舉解決上述3個(gè)方面的問(wèn)題，而且還有諸多益處：①如果能允許在計(jì)劃曲線偏差20 MW范圍自行調(diào)整，就有大約200 m3/s的自由調(diào)節(jié)手段，足以解決二灘和桐子林計(jì)劃不匹配造成的桐子林水位控制問(wèn)題；②即便二灘負(fù)荷頻繁調(diào)整，只要調(diào)整幅度不是太大，足以自行應(yīng)對(duì)；③桐子林不再需要頻繁向上級(jí)調(diào)度申請(qǐng)調(diào)整負(fù)荷，減少了桐子林和調(diào)度員的工作量；④水位可自行靈活控制，便于水位的穩(wěn)定，提高安全性；⑤便于自行控制桐子林水位，抬高平均運(yùn)行水頭，提高水能利用效率，提高經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)語(yǔ)

桐子林水電站投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，受電網(wǎng)調(diào)度模式、水庫(kù)水位、設(shè)備故障、運(yùn)行方式、下游河道安全等因素的影響，曾出現(xiàn)機(jī)組不能按照計(jì)劃發(fā)電或者不能在潮流斷面有調(diào)節(jié)余量時(shí)帶大負(fù)荷運(yùn)行的情況，造成電量考核或者不能多發(fā)電等現(xiàn)象發(fā)生。因此，總結(jié)二灘和桐子林電站的聯(lián)合運(yùn)行調(diào)度經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)與兩級(jí)調(diào)度的溝通和協(xié)調(diào)，對(duì)提高桐子林水庫(kù)安全運(yùn)行大有裨益。