關(guān)于提升水電站經(jīng)濟運行水平的探討

殷佳佳

（四川洪雅高奉山水力發(fā)電有限公司，四川 眉山 620360）

1 引言

高奉山水電站坐落于四川省洪雅縣境內(nèi)，位于青衣江干流第四梯級，電站水頭小、流量大，共裝配了3 臺單機容量為27 MW 的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，年發(fā)電量可達4 億kW·h，首臺機組于2003年7 月投產(chǎn)，3 臺機組至今運行平穩(wěn)。隨著“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略目標的提出，在現(xiàn)今的市場環(huán)境下，面對有限的水資源，如何盡最大努力去提升水電站經(jīng)濟運行水平，成為眾多水電企業(yè)生存與發(fā)展之路上亟待破解的難題。本文結(jié)合自身工作經(jīng)驗，對這一難題提出了自己的見解。

2 多措并舉，保障水電站安全穩(wěn)定運行

“事故猛于虎，安全重于山”，安全問題應該是每一個行業(yè)每一位職工的第一課，必須從思想和行動上筑牢安全“防火墻”，對每一項細小的工作任務保持敬畏之心。安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟是電力生產(chǎn)行業(yè)應當遵循的原則[1]，其中，安全是第一位的，俗話說：每一條安規(guī)都是血的教訓。沒有安全作為前提，談任何優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟都是徒勞的。所以想要有效提升水電站經(jīng)濟運行水平，就得全力保障水電站安全穩(wěn)定運行。

2.1 工作人員專業(yè)化

水輪發(fā)電機組、變壓器等設(shè)備是水電站的主要生產(chǎn)設(shè)備，因其體積大、結(jié)構(gòu)復雜、操作難度高、專業(yè)性強等特點，稍有不慎便會造成極其嚴重的事故，并且一些細小的設(shè)備、技術(shù)等更新?lián)Q代較快，新老職工需要不斷更新自己的專業(yè)知識，并保持如履薄冰、如臨深淵的警覺，才能安全熟練地操作各類儀器設(shè)備[2]。

2009 年8 月7 日，俄羅斯最大水電站——薩揚水電站發(fā)生了震驚世界的水電站安全事故。事故原因為機組超負荷運轉(zhuǎn)，導致2 號水輪機發(fā)生劇烈的振動，致使機組頂蓋的固定螺栓出現(xiàn)了疲勞破壞，最終導致了后續(xù)一系列不可挽救的悲慘后果。總結(jié)此次安全事故的“癥結(jié)”是：工作人員安全意識不夠強，專業(yè)素養(yǎng)不夠高，沒有遵循水電站安全運行規(guī)程進行操作，最終釀成大錯。

為提高電站工作人員的專業(yè)素養(yǎng)和安全意識，高奉山水電站根據(jù)全年培訓計劃，定期對新老職工進行技術(shù)培訓和安全培訓。分批次組織職工到優(yōu)秀的上下游電站（槽漁灘水電站和百花灘水電站）交流學習，以提高職業(yè)技能。多個電站聯(lián)動舉行職業(yè)技能競賽以提升職業(yè)技能。組織“安全月”活動，學習電力生產(chǎn)各項規(guī)章制度：學習2021 年修訂的《中國人民共和國安全生產(chǎn)法》等，做到“重要的事情說多次”，以提升職工安全生產(chǎn)意識；學習典型事故案例，如《水電站事故﹒（障礙）案例與分析》等書籍，不僅能提升障礙處理技能，也能增強工作人員的安全意識。

2.2 設(shè)備管理精細化

2022 年1 月12 日，位于甘孜州小金川河流域的關(guān)州水電站，工作人員進行設(shè)備檢修時，廠房三號機組因堵頭閥門爆裂導致透水事故發(fā)生，此次事故告訴我們設(shè)備管理工作不容忽視。

高奉山水電站首臺機組于2003 年投運，目前各項設(shè)備都在逐步老化，所以設(shè)備管理工作顯得極其重要。①高奉山水電站高度重視設(shè)備巡檢工作，發(fā)電部共設(shè)1 個oncall 班和5 個運行班，oncall 班專門負責設(shè)備巡檢，每日按照規(guī)定的巡檢路線開展巡視點檢工作，發(fā)現(xiàn)問題立即登記并通知維護人員，同時定期優(yōu)化巡檢路線，確保巡檢無死角[3]。②對設(shè)備采用網(wǎng)格化管理，根據(jù)職工人數(shù)將各項設(shè)備分為n 份，每一位職工以網(wǎng)格管理員的身份負責1 份設(shè)備的管理工作，要求熟悉掌握設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理和常見故障的解決方法，并定期和不定期檢查設(shè)備是否正常運行。③充分利用高科技檢測設(shè)備，采用熱成像儀等專用儀器輔助日常巡檢，能有效提升巡檢的專業(yè)化水平和故障檢測的精準度。

2.3 事故預演常態(tài)化

安全生產(chǎn)理念，要始終堅持預防為主的作業(yè)方針，防范化解重大安全風險必須從源頭抓起，只有防微杜漸常自省，才能未雨綢繆筑牢安全防火墻。為有效預防、及時應對，高奉山水電站已實現(xiàn)事故預演常態(tài)化，每月組織一次事故預演，針對可能出現(xiàn)的突發(fā)情況，形成條件反射，增強了職工的事故處理能力。每年汛期來臨時，上游來水通常會攜帶大量的固體廢物，固體廢物的大量堆積會嚴重降低技術(shù)供水壓力。發(fā)電部人員在汛期到來之前便組織學習了《高奉山水電站水庫防洪搶險應急預案》和《高奉山防汛工作方案》等,并進行相應事故預演，在汛期維護力量緊張時，發(fā)電部也能抽時間組織人員進行濾水器清廢工作，以維持正常的供水壓力值，確保了水電站的安全穩(wěn)定運行。

3 雙管齊下，提升水電站經(jīng)濟運行水平

全面提升水電站經(jīng)濟運行水平不僅能切實貫徹生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展理念，更能有效提高水電站企業(yè)生產(chǎn)效益。但提升水電站經(jīng)濟運行水平是一項復雜、系統(tǒng)的研究課題，本文將從以下2 個方面來分析。

3.1 優(yōu)化水庫調(diào)度

高奉山水電站為河床式水電站，水庫設(shè)計蓄水位以下庫容僅2 580 萬m3，且設(shè)計水頭只有17 m，單機流量達187 m3/s。庫容小、水頭低、流量大的特點決定了電站上游的徑流量大小會在很大程度上影響高奉山水電站的發(fā)電量[4]。

（1）式為水輪發(fā)電機組出力公式中，可以分析出：當機組效率不變、流量一定時，增加水頭能提高機組出力；同樣的，當機組效率不變，在給定機組出力下，增加水頭能有效減小流量，即單位時間耗水量。所以，可以從提高運行水頭著手，來實現(xiàn)利用有限的水資源多發(fā)電的目標。

式中，P為機組出力，單位kW；η為機組運行效率，單位%；Q為流量，單位m3/s；H為水頭，單位m。

一方面，保證前池水位。汛期時，合理分析上游水情和天氣預警，并積極與上級防汛調(diào)度部門溝通，在保證安全的前提下，盡量提高水位。枯水期時，要盡量將水位保持在正常蓄水位之上，避免長時間低水位運行。另一方面，降低尾水位。尾水清淤工作是降低尾水位的方法之一，高奉山電站于2014 年4 月開展了一次尾水清淤工作，此次清淤效果顯著。在同一負荷下，保持前池水位不變，尾水位至少下降了0.4 m。按清淤前額定水頭17 m，清淤后額定水頭17.4 m 計算，取機組運行效率為85%，以給定負荷10 MW 為例，根據(jù)水輪發(fā)電機組出力公式可得到：

計算得知，尾水清淤后，在給定負荷10 MW 的情況下，單位時間內(nèi)耗水量減少了1.6 m3，減少率達2.3%，效果十分明顯。以上條件不變，在不同負荷情況下，尾水清淤前后各項數(shù)據(jù)對比如表1 所示。

由表1 可知，在65 MW 的運轉(zhuǎn)負荷下，尾水清淤獲得的效果最好，能使尾水清淤前后的尾水位差值達到0.6 m,單位時間耗水量減少率能達到3.4%。但是從表格中很難看出尾水清淤前后，隨著負荷的增加，各項數(shù)據(jù)的走勢情況，所以，為了更加形象地了解尾水清淤對水電站經(jīng)濟運行的影響，從表1 中提取部分數(shù)據(jù)繪制如圖1 和圖2 所示。

表1 高奉山水電站尾水清淤前后數(shù)據(jù)對比

由圖1 可知，隨著負荷的增加，尾水位逐漸被抬高，但負荷從20 MW 升高至25 MW 時，清淤前和清淤后尾水位被抬高的幅度都不是很明顯，其余負荷增減變化時，尾水位被抬高的趨勢相似。由圖2 可知，當負荷為65 MW 時，尾水清淤前后的流量差值最大，對應的單位時間耗水量減少率也最大，當負荷為10 MW、15 MW、45 MW、50 MW 時，尾水清淤前后單位時間耗水量減少率最小，尾水清淤的效果表現(xiàn)得并不明顯，而當負荷從15 MW 升高至20 MW、負荷從50 MW 升高至65 MW 時，尾水清淤前后單位時間耗水量減少率陡增，尾水清淤的效果顯著，節(jié)水優(yōu)勢更加明顯。

圖1 清淤前后尾水位對比圖

圖2 清淤前后流量對比圖

3.2 健全運行機制

①不斷完善各臺機組啟停流程。機組開機耗時過長或一次開機不成功的情況下，會增加機組開機耗水量，所以需要在日常工作中，不斷總結(jié)經(jīng)驗，多次實踐，繪制出一套完善的機組啟停流程，控制開機耗水，縮短空載時間[5]。此外在其他條件不變的情況下，應當首先打開漏水量較大的機組，從而減小后續(xù)機組的漏水損耗，降低總耗水率，提升機組綜合運行效率。②科學分析上游電站來水數(shù)據(jù)和實時氣象預報數(shù)據(jù)，合理預測本站水庫水位上漲（下降）情況，及時與省調(diào)有效溝通。豐水期時，盡量申請多負荷發(fā)電；枯水期時，以高水位運行為調(diào)度目標。③探討水電站短期經(jīng)濟運行方式。通常情況下，以10 d、一旬或者一周作為1 個計算周期。在確定負荷下，通過準確分析高奉山電站3 臺機組的運行特性，以降低耗水量為原則，科學分配給定負荷，確保負荷分配最優(yōu)化[6]。通過此方法可獲得，不同的調(diào)度負荷下，各機組的最優(yōu)運行方式，但在調(diào)整負荷時需注意，盡量減少機組穿越振動區(qū)間的次數(shù)。④制定電力營銷策略。強化與省電網(wǎng)、省經(jīng)信委等相關(guān)部門的溝通，積極爭取政策上的支持，主動申請負荷，確保年度發(fā)電目標順利完成。

4 結(jié)語

安全與經(jīng)濟是眾多企業(yè)生產(chǎn)過程中老生常談的話題，二者并非是魚與熊掌的關(guān)系，而是需要兼顧的。對于水電企業(yè)而言，首先要保障水輪發(fā)電機組在安全穩(wěn)定的狀態(tài)下運行，其次要盡最大努力追求經(jīng)濟效益最大化，即不斷提升水電站經(jīng)濟運行水平。經(jīng)實踐檢驗，利用優(yōu)化水庫調(diào)度、完善運行機制等技術(shù)手段能切實提升水電站經(jīng)濟運行水平，我們還需不斷探索研究，才能在激烈的市場環(huán)境下占據(jù)一席之地。