金沙江下游梯級(jí)水電站綜合調(diào)度難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)策略

劉 鄧 ，鄭林祥 ，蘇 健 ，盧舟鑫 ，王子琛

（1. 中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司，北京市 100038；2. 三峽水利樞紐梯級(jí)調(diào)度通信中心，云南省昆明市 650000）

0 引言

金沙江流域水資源豐富，是我國(guó)最大的水電能源基地[1]，是實(shí)現(xiàn)“西電東送”戰(zhàn)略的骨干電源點(diǎn)。金沙江下游以攀枝花市以下至宜賓市為分段區(qū)間，共規(guī)劃設(shè)計(jì)4座巨型水電站，總裝機(jī)容量達(dá)4646萬(wàn)kW，其中，溪洛渡、向家壩水電站已建設(shè)完成，烏東德、白鶴灘水電站目前正在建設(shè)中。近年來(lái)，隨著“長(zhǎng)江大保護(hù)”戰(zhàn)略規(guī)劃的提出[2]，國(guó)內(nèi)水電行業(yè)將逐步由開(kāi)發(fā)建設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩€(wěn)定運(yùn)行，本文將以溪洛渡—向家壩梯級(jí)電站為例，對(duì)金沙江下游梯級(jí)水電站調(diào)度難點(diǎn)進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略。

1 工程簡(jiǎn)介

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內(nèi)的金沙江干流上，上接白鶴灘水電站尾水，下與向家壩水庫(kù)相連。溪洛渡水電站以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運(yùn)條件等巨大綜合效益。開(kāi)發(fā)目標(biāo)主要是“西電東送”，供電華東和華南；配合三峽工程提高長(zhǎng)江中下游的防洪能力。溪洛渡水電站水庫(kù)的正常蓄水位600m，防洪限制水位560m，總庫(kù)容129.1億m3，防洪庫(kù)容46.5億m3，具有不完全年調(diào)節(jié)能力。溪洛渡水電站總裝機(jī)容量1386萬(wàn)kW，機(jī)組臺(tái)數(shù)18臺(tái)，單機(jī)容量77 萬(wàn) kW[3]。

向家壩水電站是金沙江下游河段水電規(guī)劃的最末一個(gè)梯級(jí)，壩址位于四川省宜賓縣和云南省水富縣交界的金沙江干流上。向家壩水電站工程設(shè)計(jì)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。向家壩水電站是我國(guó)“西電東送”工程的骨干電源點(diǎn)，主要供電華東地區(qū)，在枯水期兼顧四川省用電需要。向家壩水庫(kù)正常蓄水位380m，防洪限制水位370m，總庫(kù)容51.63億m3，防洪庫(kù)容9.03億m3，具有季調(diào)節(jié)性能。向家壩水電站裝機(jī)容量640萬(wàn)kW，機(jī)組臺(tái)數(shù)8臺(tái)，單機(jī)容量80萬(wàn)kW[4]。

2 調(diào)度難點(diǎn)分析

2.1 來(lái)水預(yù)報(bào)不確定性

金沙江流域在每年的6月開(kāi)始進(jìn)入汛期，徑流量逐漸增大，一直持續(xù)到10月，尤其7～9月的徑流量達(dá)全年最大[5]。當(dāng)水電站所處流域進(jìn)入主汛期時(shí)，隨著氣候的變化以及暴雨、洪水來(lái)襲，增加了水電站來(lái)水的突發(fā)性與不確定性，再加上上游水電站的調(diào)洪、調(diào)峰運(yùn)行，導(dǎo)致下游水電站對(duì)來(lái)水情況更難以把握、控制，此時(shí)來(lái)水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性對(duì)水電站的安全運(yùn)行至關(guān)重要。因此，在進(jìn)行來(lái)水預(yù)報(bào)時(shí)，不能一味地套用傳統(tǒng)、固定的預(yù)報(bào)方法，需根據(jù)河道流域的實(shí)際傳播情況、流域的氣候特征等因素，不斷改進(jìn)預(yù)報(bào)方法、總結(jié)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，以便能合理地安排水庫(kù)泄水計(jì)劃，提前消落水庫(kù)水位，預(yù)留出足夠的防洪庫(kù)容，為發(fā)電、航運(yùn)、發(fā)電等提供保障。

應(yīng)對(duì)策略為：①加強(qiáng)水情遙測(cè)系統(tǒng)及信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)管理，完善中、上游流域水情氣象報(bào)汛站網(wǎng)；②及時(shí)、準(zhǔn)確地接收流域水雨情信息，全面掌握上游及梯級(jí)水庫(kù)防洪對(duì)象的雨情和水情；③充分利用水文氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)，多模型、多途徑開(kāi)展水文氣象預(yù)報(bào)工作；④充分利用可視會(huì)商系統(tǒng)，加強(qiáng)與水文局、國(guó)家氣象局等專業(yè)機(jī)構(gòu)的會(huì)商，提高水文氣象預(yù)報(bào)精度；⑤采取加密的預(yù)報(bào)時(shí)段次，滾動(dòng)更新來(lái)水預(yù)報(bào)[6]。

通過(guò)上述應(yīng)對(duì)策略的實(shí)施，2020年溪洛渡的24h來(lái)水預(yù)報(bào)精度達(dá)96.6%，為梯級(jí)電站的安全調(diào)度提供了保障。

2.2 防洪調(diào)度難點(diǎn)

溪洛渡—向家壩梯級(jí)水電站的防洪目標(biāo)是提高川江河段沿岸宜賓、瀘州、重慶等城市的防洪標(biāo)準(zhǔn)，并配合三峽水庫(kù)對(duì)長(zhǎng)江中下游進(jìn)行防洪補(bǔ)償調(diào)度，減少中下游分洪損失。在防洪調(diào)度過(guò)程中，存在泄水閘門(mén)運(yùn)用、支流頂托等調(diào)度難點(diǎn)。

2.2.1 泄洪對(duì)電站壩址區(qū)周邊建筑物的影響

當(dāng)水電站泄洪時(shí)，由于泄洪流量大、泄洪流速快，會(huì)不可避免地對(duì)大壩水墊塘、消力池等泄洪消能建筑物以及近大壩段河道兩側(cè)岸坡產(chǎn)生一定的沖刷破壞和霧化影響[7]，并可能會(huì)引起壩址區(qū)周邊建筑物的振動(dòng)。向家壩水電站泄洪引起的振動(dòng)問(wèn)題尤為典型，因?yàn)樵诰嚯x向家壩水電站壩址僅1.5km處是云南省水富縣城[8]。向家壩水電站泄洪時(shí)，引發(fā)大壩和消力池基礎(chǔ)振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致距離較近的水富縣城局部區(qū)域出現(xiàn)房屋門(mén)窗振動(dòng)現(xiàn)象，并伴隨一定的泄洪噪聲。要完全消除泄洪導(dǎo)致的振動(dòng)、破壞等問(wèn)題，目前是很難實(shí)現(xiàn)的，只能通過(guò)一系列的方法，將這些影響盡可能地降到最低。

應(yīng)對(duì)策略為：①泄洪對(duì)消能建筑物及岸坡產(chǎn)生沖刷破壞，主要是因?yàn)樾购榱髁吭诟咚徊畹募映窒拢N(yùn)含較大的能量，這些能量未被完全或極大地減少、消耗，使得其剩余能量作用于消能建筑物及岸坡上，從而造成破壞。因此，在實(shí)時(shí)調(diào)度過(guò)程中，可通過(guò)正確運(yùn)用泄洪設(shè)施及定期巡檢等方法，減少泄洪產(chǎn)生的破壞，保障泄洪安全。②水電站泄洪引起振動(dòng)的機(jī)制主要包含外部誘發(fā)的振動(dòng)、不確定誘發(fā)的振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的振動(dòng)三種。其中，最主要的是外部誘發(fā)的振動(dòng)，它是由水流或壓強(qiáng)脈動(dòng)引起的[9]。因此，在實(shí)時(shí)調(diào)度過(guò)程中，可合理利用各類泄洪設(shè)施聯(lián)合泄洪，減少閘門(mén)操作頻率，分時(shí)錯(cuò)峰泄洪等方法，減少基礎(chǔ)振動(dòng)能量。

如圖1所示為泄洪影響應(yīng)對(duì)策略。

圖1 泄洪影響應(yīng)對(duì)策略Figure 1 Countermeasures for flood discharge impact

經(jīng)過(guò)溪洛渡—向家壩梯級(jí)水電站多個(gè)汛期的實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，以上方式達(dá)到了良好的效果，有效減少了泄洪產(chǎn)生的沖刷破壞、振動(dòng)等。

2.2.2 下游支流對(duì)電站水位的頂托影響

當(dāng)水電站下游存在支流匯入，且支流的匯入點(diǎn)處于水電站的常年變動(dòng)回水影響區(qū)內(nèi)[10]時(shí)，若支流上突發(fā)洪水或暴雨，支流的匯入流量突增，將導(dǎo)致水電站的常年變動(dòng)回水區(qū)出現(xiàn)大流量“倒灌”現(xiàn)象，從而對(duì)水電站的下游水位產(chǎn)生“頂托”效應(yīng)，使其水位在水電站下泄流量不變的情況下突然升高。水電站下游水位的突然升高會(huì)使電站產(chǎn)生發(fā)電水頭減小、出力受阻等多方面的影響，因此，需將支流的水位、流量也列為重點(diǎn)監(jiān)視對(duì)象，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其水位、流量突增時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取措施。在向家壩水電站下游不遠(yuǎn)處就存在一條橫江支流匯入金沙江，橫江的突發(fā)大流量匯入對(duì)向家壩下游的水位、電站的水頭、電站的發(fā)電效益、下游的航運(yùn)安全等都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

如圖2所示為向家壩下游橫江頂托效應(yīng)。

圖2 向家壩下游橫江頂托效應(yīng)Figure 2 Jacking effect of Hengjiang River downstream of Xiangjiaba

應(yīng)對(duì)策略：①若支流的匯入導(dǎo)致水位上漲影響航運(yùn)的正常運(yùn)行，應(yīng)立即采取示警，關(guān)閉泄水閘門(mén)，調(diào)減機(jī)組發(fā)電出力等措施，減少下泄流量，保障航運(yùn)安全，同時(shí)，需注意電站上游水位的變化，避免出現(xiàn)水庫(kù)漫壩等重大風(fēng)險(xiǎn)事件；②若下游水位上漲導(dǎo)致水電站發(fā)電水頭出現(xiàn)較大幅度降低時(shí)，將對(duì)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行工況及出力產(chǎn)生，應(yīng)立即增開(kāi)機(jī)組或調(diào)減發(fā)電出力，使機(jī)組能工作在良好的工況下，保證機(jī)組的安全。

如圖3所示為支流頂托影響應(yīng)對(duì)策略。

圖3 支流頂托影響應(yīng)對(duì)策略Figure 3 Countermeasures for Jacking impact

通過(guò)上述應(yīng)對(duì)策略的實(shí)施，使向家壩水電站在實(shí)際調(diào)度運(yùn)行中，有效地改善了下游橫江的頂托影響，保障了發(fā)電和航運(yùn)的安全。

2.3 發(fā)電調(diào)度難點(diǎn)

發(fā)電是水電站的主要工程任務(wù)之一，作為世界級(jí)水電站的溪洛渡—向家壩梯級(jí)，更是承載著國(guó)家“西電東送”的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。電站設(shè)備與外送系統(tǒng)的安全穩(wěn)定、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變化等，都是影響水電站發(fā)電調(diào)度安全穩(wěn)定進(jìn)行的重要因素，通過(guò)對(duì)這些因素的總結(jié)分析，找到有效的應(yīng)對(duì)策略，保障電力“發(fā)的出、送的出”。

2.3.1 不同上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)對(duì)梯級(jí)電站發(fā)電調(diào)度的影響

同一梯級(jí)內(nèi)的電站可能會(huì)由不同的上級(jí)電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)調(diào)度，不同電力調(diào)度機(jī)構(gòu)的調(diào)度管理模式也有所不同，從而導(dǎo)致調(diào)度業(yè)務(wù)處理流程、調(diào)度考核標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)電與檢修計(jì)劃下達(dá)執(zhí)行、水庫(kù)運(yùn)用方式的控制等方面存在差異，致使梯級(jí)電站在發(fā)電運(yùn)行時(shí)面臨著更多的困難。溪洛渡—向家壩梯級(jí)電站就分別由不同的上級(jí)電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)調(diào)度，向家壩水電站由國(guó)家電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心直接調(diào)度，溪洛渡水電站則屬于“一廠兩調(diào)”，溪洛渡水電站左岸由國(guó)家電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心直接調(diào)度，溪洛渡水電站右岸由南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心直接調(diào)度。

如圖4所示為溪洛渡—向家壩梯級(jí)電站電力調(diào)度關(guān)系。

圖4 溪洛渡—向家壩梯級(jí)電站電力調(diào)度關(guān)系Figure 4 Power dispatching relationship of Xiluodu-Xiangjiaba cascade hydropower stations

應(yīng)對(duì)策略：①在梯級(jí)電站的實(shí)際發(fā)電調(diào)度過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)與兩大電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的溝通協(xié)調(diào)。當(dāng)一方電網(wǎng)的運(yùn)行方式發(fā)生較大調(diào)整時(shí)，迅速、積極地與另一方電網(wǎng)溝通協(xié)調(diào)，在其條件允許的情況下，盡可能地調(diào)整發(fā)電計(jì)劃，避免引起棄水、水位越限等風(fēng)險(xiǎn)；②加強(qiáng)對(duì)兩大電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)在調(diào)度業(yè)務(wù)處理流程、調(diào)度考核標(biāo)準(zhǔn)等方面的分析總結(jié)，嚴(yán)格遵守調(diào)度紀(jì)律，保障發(fā)電的順利進(jìn)行。

2.3.2 電站重大設(shè)備及外送系統(tǒng)故障處理

當(dāng)電站發(fā)生重大設(shè)備故障或外送系統(tǒng)故障導(dǎo)致外送通道中斷時(shí)，將導(dǎo)致電站發(fā)電機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行，不能準(zhǔn)確執(zhí)行發(fā)電計(jì)劃。

應(yīng)對(duì)策略：①及時(shí)掌握事故情況、事故原因、事故可能恢復(fù)的時(shí)間，密切監(jiān)視梯級(jí)樞紐的運(yùn)行狀況；②根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況及時(shí)改變電站的運(yùn)行方式，減少電站發(fā)電出力損失；③考慮損失的出力對(duì)水庫(kù)運(yùn)行的影響，若水庫(kù)出現(xiàn)即將越過(guò)限值時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整水庫(kù)的運(yùn)行方式，保證電站設(shè)備及水庫(kù)上下游的安全；④需要開(kāi)啟泄水閘門(mén)時(shí)，提前通知相關(guān)單位和部門(mén)；⑤檢查停運(yùn)機(jī)組狀態(tài)，并根據(jù)上級(jí)調(diào)度命令進(jìn)行下一步處置，逐步將梯級(jí)電站恢復(fù)至正常運(yùn)行方式；⑥若對(duì)電站廠用電造成影響與破壞，應(yīng)立即采取措施恢復(fù)廠用電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，最大程度地確保廠用電源安全。

圖5所示為發(fā)電調(diào)度難點(diǎn)應(yīng)對(duì)策略。

圖5 發(fā)電調(diào)度難點(diǎn)應(yīng)對(duì)策略Figure 5 Countermeasures for Difficulties in power generation dispatching

通過(guò)溪洛渡—向家壩多年的運(yùn)行調(diào)度，驗(yàn)證了上述策略在水電站實(shí)際調(diào)度過(guò)程中具有顯著的作用，保障了水電站安全、穩(wěn)定地發(fā)電。

2.4 航運(yùn)調(diào)度難點(diǎn)

航運(yùn)是一項(xiàng)關(guān)乎民生的工程，航運(yùn)調(diào)度的難點(diǎn)對(duì)于水電站來(lái)說(shuō)主要體現(xiàn)在對(duì)水位、流量的約束限制較多，水電站在實(shí)時(shí)調(diào)度過(guò)程中，必須嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)程規(guī)定，精準(zhǔn)控制水位、流量不越限值。在距離向家壩水電站下游僅2.5km處有一座通航的水富港碼頭，因此，對(duì)向家壩水電站下游的水位、下泄的流量、下游水位的變幅均有較多的約束限制，這對(duì)向家壩水電站的調(diào)度增加了難度。其約束如下：向家壩水電站下游最高通航水位277.25m，相應(yīng)流量12000m3/s，最低通航水位265.8m，相應(yīng)流量1200m3/s；下游水位最大日變幅不超過(guò)4.5m/d，最大小時(shí)變幅不超過(guò)1.0m/h[11]。

應(yīng)對(duì)策略：①在實(shí)際調(diào)度過(guò)程中，必須實(shí)時(shí)監(jiān)視水庫(kù)的上下游水位、流量，若發(fā)現(xiàn)水位、流量即將出現(xiàn)越上限的情況，應(yīng)立即關(guān)閉泄水設(shè)施或向電網(wǎng)申請(qǐng)減少出力，以減少電站的出庫(kù)流量，控制水位不越上限；②若發(fā)現(xiàn)水位、流量即將出現(xiàn)越下限的情況，應(yīng)立即開(kāi)啟泄水設(shè)施或向電網(wǎng)申請(qǐng)?jiān)黾映隽Γ栽黾与娬镜某鰩?kù)流量，控制水位不越下限；③當(dāng)要求下泄出庫(kù)流量較大，可能會(huì)導(dǎo)致水位小時(shí)變幅越限時(shí)，應(yīng)采取分段控制，分時(shí)段泄水，保證小時(shí)變幅在限值內(nèi)；④當(dāng)接到航運(yùn)等部門(mén)告知出現(xiàn)海損事故需要支援時(shí)，應(yīng)立即按其需求，測(cè)算水位、流量，積極協(xié)調(diào)電網(wǎng)調(diào)度修改電站發(fā)電出力或改變電站泄水設(shè)施的運(yùn)行方式，以保證電站的水位、出庫(kù)流量滿足救援的要求。

如圖6所示為航運(yùn)調(diào)度難點(diǎn)應(yīng)對(duì)策略。

圖6 航運(yùn)調(diào)度難點(diǎn)應(yīng)對(duì)策略Figure 6 Countermeasures for Difficulties in shipping dispatching

通過(guò)采取上述應(yīng)對(duì)措施，向家壩水電站在近幾年的調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中，多次幫助海損事故救援，為下游航運(yùn)提供了安全保障。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合梯級(jí)水電站的實(shí)際調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)成果，從防洪、發(fā)電、航運(yùn)三方面對(duì)梯級(jí)水電站典型的調(diào)度難點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，并針對(duì)相應(yīng)的調(diào)度難點(diǎn)提供了有效的應(yīng)對(duì)策略，對(duì)各大水電站的安全調(diào)度有一定的幫助作用，同時(shí)，也有利于水電能源的安全、穩(wěn)定發(fā)展。