田明

(華電四川發(fā)電有限公司寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元 628003)

1 寶珠寺水力發(fā)電廠概況

華電四川發(fā)電有限公司寶珠寺水力發(fā)電廠位于四川省廣元市境內，是嘉陵江水系白龍江干流上第2座水電站，控制流域面積為28 428 km2。該電站是以發(fā)電為主，兼有灌溉和防洪等效益的綜合利用的大(I)型工程，攔河壩為混凝土實體重力壩，中間壩后式廠房。大壩全長524.48 m，最大壩高132.00 m，壩頂高程595.00 m；總庫容25.5億m3，調節(jié)庫容13.4億m3。電站裝機4臺，單機容量175 MW，設計年發(fā)電量23.5億kW·h。電站出線四回，采用發(fā)電機變壓器組單元接線方式，以220 kV電壓等級并入四川電網。電站于1984年10月開工建設，1996年12月首臺機組發(fā)電，1998年6月機組全部建成投產發(fā)電，擔負著四川電網調峰、調頻和事故備用的任務。電站投產以來，充分發(fā)揮了可調節(jié)水庫庫容和機組快速反應的優(yōu)勢，是川西北地區(qū)的重要電源支撐點。

2 經濟運行的必要性及目標

水電站經濟運行，是以電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質、經濟發(fā)供電為目標，制訂最優(yōu)運行方式，以一定的水電能源獲取最大的發(fā)電量。開展水電站經濟運行工作，提高水電站運行的管理水平，挖掘潛力，對增加水電站的發(fā)電效益、確保電網的安全運行有著重要的現(xiàn)實意義，是充分利用水能資源、減少水能消耗的有效措施，也是水電廠在“廠網分開，競價上網”的電力系統(tǒng)新體制下降低生產成本的重要手段。水電廠經濟運行是在保障安全、可靠發(fā)供電以及多目標綜合利用的前提下，合理、有效、最大限度地利用水能、節(jié)約能源、多發(fā)電，以獲得最大的經濟效益。

寶珠寺水力發(fā)電廠機組經濟運行的必要性：一是用價值思維的理念充分應對經濟增速回落、用電需求下降、水電新增機組多、電力產能過剩壓力增大、機組利用小時可能大幅下降等的影響；二是最大限度提升電價執(zhí)行水平，以應對近年來氣候異常、流域來水不確定、發(fā)電量難以有效保證而造成的影響。寶珠寺水力發(fā)電廠作為具有年調節(jié)能力的電站，其經濟運行目標為：負荷和水頭一定時，廠內機組總耗水率最??；減少機組低負荷及空載運行時間；電量結構合理，提高上網電價執(zhí)行水平。

3 影響機組經濟運行的因素分析

3.1 耗水率

耗水率是衡量水電站經濟運行的重要指標，而影響該指標的主要因素之一就是水輪機的運行工況，因此要降低耗水率，必須優(yōu)化水輪機的運行參數(shù)，改善其運行工況。下面從水輪機運行的2個關鍵參數(shù)——工作水頭和運行效率出發(fā)，進行優(yōu)化分析。

3.1.1 工作水頭

水輪發(fā)電機的主要參數(shù)為：額定出力,175 MW；額定水頭,94.4 m；最大水頭,103.0 m；最小水頭,68.5 m；額定流量,239 m3/s；額定效率,94%。從這些數(shù)據(jù)可看出，水頭最大變幅達34.5 m。而從水輪機的出力公式N=9.81qVhη不難分析運行水頭與出力的關系：對理想狀態(tài)而言，在效率η和流量qV不變的情況下，水頭h與出力成正比，運行水頭越高，機組出力就越大。也就是說，水頭越高，水輪發(fā)電機組耗水率就越低。表1為寶珠寺水力發(fā)電廠水輪機在不同負荷、不同水頭下的耗水率。

由表1可知，機組帶固定負荷120 MW時，最大工作水頭與最小工作水頭下的耗水率相差0.96m3/(kW·h)，顯然，水輪機工作水頭對其耗水率有顯著的影響，因此，要降低發(fā)電耗水率必須提高水輪機的工作水頭。假設發(fā)電用水量同為1億m3，則對應低、中、高水頭的發(fā)電量分別為18.62，20.85及22.67 GW·h，發(fā)電量差別達4.05 GW·h，以寶珠寺水力發(fā)電廠2011年平均電價0.512 81元/(kW·h)(含稅)計，經濟效益相差207萬元。

表1 寶珠寺水力發(fā)電廠水輪機在不同負荷、不同水頭下的耗水率 m3/(kW·h)

提高水頭的措施：(1)在保證安全的前提下，盡一切可能提高上游水位，這是提高水頭的直接措施；(2)確保進水口攔污柵之前沒有雜物，保證進水暢通，發(fā)現(xiàn)堵塞立即清理；(3)通過調整機組運行方式來降低下游水位，比如1臺機組能夠滿足負荷要求時，盡量避免2臺或3臺機組運行，電網電壓不足或過高(過高時，開機進相運行，降低網壓)時才開機穩(wěn)電壓；(4)保證機組技術供水總閥及泄洪閘門全關，機組停機后，檢查導葉有無漏水現(xiàn)象。

3.1.2 水輪機運行效率

由水輪機的效率特性可知，機組帶高負荷時，水頭高則效率相對高，水輪機效率最高可達95%。寶珠寺水力發(fā)電廠水輪機不同負荷下的效率統(tǒng)計見表2。

表2 寶珠寺水力發(fā)電廠水輪機不同負荷下的效率

通過表2可知，機組應最大限度地在高效率區(qū)(80%～95%)運行，盡量減少在中等效率區(qū)(74%～80%)運行，全力避免在低效率區(qū)運行。而保證水輪機高效運行的措施有：(1)避開振動區(qū)，根據(jù)水輪機運轉特性曲線及時調整水輪機出力；(2)人工水頭運行時，根據(jù)實際情況及時調整調速器電柜水頭設定值，提高水輪機效率；(3)在條件允許的情況下，進行機組效率試驗，以便運行人員更為合理地調整機組運行方式，做到效率最大化。

3.2 執(zhí)行電價

四川電網實行的是分時電價，寶珠寺水力發(fā)電廠就有9個電價，因此，在日常運行中，做好水庫調度顯得尤為重要。四川電網低谷時間段為00：00—07：00，23：00—00：00；平段時間段為11：00—19：00；高峰時間段為07：00—11：00，19：00—23：00。寶珠寺水力發(fā)電廠1個水文年內不同用電時段的執(zhí)行電價見表3。

表3 寶珠寺水力發(fā)電廠1個水文年內不同用電時段的執(zhí)行電價 元/(kW·h)

提高執(zhí)行電價的具體措施有：(1)與上游大唐碧口電站保持聯(lián)系，準確及時地掌握上游來水情況；(2)收集天氣預報信息，及時掌握上游的水汛變化情況，根據(jù)天氣的變化對來水量進行分析，確定合理的運行方式，適時開展人工增雨工作，有效增加發(fā)電水量；(3)加強與水力調度、計劃、營銷部門的聯(lián)系，正確處理好水庫水位與發(fā)電的關系，保持機組在高水位運行，千方百計降低耗水率；(4)優(yōu)化機組運行方式，加強與調度的溝通和聯(lián)系，盡可能減少開、停機次數(shù)，根據(jù)電網的負荷峰、平、谷情況，盡量做到谷段時蓄水、峰段時多發(fā)電，提高電能的綜合利用水平。

3.3 廠用電率

廠用電率是電站主要運行經濟指標之一，降低廠用電率不僅能降低電能成本，同時能增加對系統(tǒng)的供電量。寶珠寺水力發(fā)電廠廠用電分為自用電、公用電、照明電以及壩區(qū)用電。降低廠用電率的措施為：(1)對滲漏集水井來水量和水泵效率情況進行排查，發(fā)現(xiàn)異常及時處理，減少水泵啟動次數(shù)和運行時間；(2)冬春季時，將廠房風機切除；(3)節(jié)省廠房照明用電，減少長明燈，辦公用電保證人離開時關閉電源；(4)通過調整主變壓器分接頭來調整機端電壓，以降低變壓器、線路損耗；(5)減小頂蓋漏水量，延長頂蓋排水泵啟動時間間隔。

4 運行方式優(yōu)化

4.1 廠用電運行方式優(yōu)化

(1)2臺及以上機組運行時由運行機組帶全廠廠用電，其余機組作為廠用電第一備用電源，壩區(qū)外來電源作為第二備用電源，柴油發(fā)電機作為廠用緊急備用電源。

(2)只有1臺機組運行時，由運行機組帶全廠廠用電，壩區(qū)外來電源作為廠用電第一備用電源，拉開備用機組的出口刀閘作為廠用電第二備用電源，柴油發(fā)電機組作為廠用緊急備用電源。

(3)機組全停時，由壩區(qū)外來電源帶全廠廠用電，拉開備用機組出口刀閘從系統(tǒng)倒送，作為廠用電備用電源，柴油發(fā)電機作為廠用緊急備用電源。

(4)根據(jù)來水的實際情況，靈活安排廠用電設備的運行方式，嚴密監(jiān)視廠用電設備的運行情況，對設備的“三漏”情況(漏油、漏水、漏氣)進行控制和整治，保證廠用電設備的經濟運行。

(5)豐水期由于來水量相對充沛，機組發(fā)電任務較重，此時盡量用運行機組帶全廠廠用電，減少外購廠用電電量，降低生產成本。

(6)枯水期上網電價高，來水量大幅減少，考慮到機組全停蓄水及外購電價格較高的因素，每天對廠用電進行倒換。夜間低谷時段向調度申請機組全停蓄水，由外來電源帶全廠廠用電，白天高峰及平段時段，機組開出帶負荷后及時將廠用電倒至由運行機組帶負荷。

4.2 機組運行方式優(yōu)化

為了保證機組經濟運行，優(yōu)化設備運行方式，寶珠寺水力發(fā)電廠制訂了機組經濟運行方案，努力降低機組空載和低負荷運行時間，盡量減少系統(tǒng)夜間低谷調壓任務量。

(1)加強與調度的聯(lián)系、溝通，高峰盡量多發(fā)電，平段合理發(fā)電，低谷盡量少發(fā)或不發(fā)電，其中峰段比例應不低于30%，谷段比例不高于20%，合理提高電價水平。

(2)全廠自動發(fā)電量控制(AGC)在遠方控制的情況下，合理調節(jié)機組的運行臺數(shù)，根據(jù)負荷情況自動分配機組負荷，密切監(jiān)視負荷變化情況。當機組低負荷或空載運行達到15 min時，運行值長必須聯(lián)系調度，要求進行人工干預，保證機組在最優(yōu)的工況下運行。

(3)在全廠AGC退出的情況下，根據(jù)負荷的情況安排運行機組的臺數(shù)，減少機組的啟、停次數(shù)，合理分配機組間負荷，確保機組運行在高效區(qū)，避免機組長期空載和低負荷運行。

(4)加強與水庫調度的聯(lián)系，及時了解水庫水位的變化情況，合理安排機組的運行方式，盡量以最少的水發(fā)最多的電。

(5)1 — 4月以發(fā)電為主，4月末將水位消落至562 m左右； 5月一般來水較少，主要根據(jù)來水情況發(fā)電； 6 — 8月發(fā)電兼顧防汛，逐漸將水位蓄至汛限水位580 m左右； 9 — 10月在兼顧防汛的基礎上將水位蓄至最高水位588 m左右；11 — 12月主要根據(jù)來水情況進行發(fā)電。

(6)當全廠AGC為現(xiàn)地控制時，退出全廠AGC，在避開振動區(qū)的前提下，根據(jù)負荷的實際情況，按照功率、負荷及流量的關系手動分配機組負荷，保證在最小耗水率方式下運行。如：全廠總負荷為200 MW時，若水頭為83 m，則應2臺機組平均分配帶負荷，不能一臺機組帶175 MW，另一臺機組帶25 MW，因為這種方式下，2臺機組的總耗水量為310 m3/s，而2臺機組平均分配帶負荷的總耗水量為278 m3/s，兩者相差32 m3/s，運行1 h耗水量差達11.52 萬m3。以寶珠寺水力發(fā)電廠2011年平均發(fā)電耗水率4.81 m3/(kW·h)計算，節(jié)約的水量可增發(fā)電23.95 MW·h，以寶珠寺水力發(fā)電廠2011年平均電價0.512 81元/(kW·h)(含稅)計算，經濟效益相差1.228萬元。

(7)根據(jù)計算機監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)站每月的“機組運行時間統(tǒng)計表”合理安排機組的運行時間。

5 精細化管理

工作中始終堅持“度電必爭、厘價必爭、滴水必爭”的經營理念，及時了解系統(tǒng)運行及負荷情況，積極與當班調度人員聯(lián)系，爭取合理的電量結構，提高電價執(zhí)行水平，全力爭取減少空載與低負荷運行時間。

(1)制訂枯、平、豐水期執(zhí)行電價目標：枯水期，0.685 元/(kW·h)；平水期，0.510 元/(kW·h)；豐水期，0.385 元/(kW·h)。

(2)掌握當前電價及電量結構情況，及時向相關職能部門匯報影響電價提高的因素，并及時采取有效措施。

(3)嚴格執(zhí)行調度命令，并記錄調令的準確時間，及時和調度核對調令，如有出入，應要求調度及時修改并做好記錄。調整負荷時，按照負荷調整的爬坡率進行調整(因電網的數(shù)據(jù)采集間隔為5 min，與調度聯(lián)系時要充分考慮這個時間段)，避免因調令差別、爬坡率產生不合格電量，減少經濟損失。

6 建立獎懲機制

為充分調動運行值守人員對經濟運行工作的積極性、主動性和創(chuàng)造性,寶珠寺水力發(fā)電廠制訂了《寶珠寺水力發(fā)電廠值守班經濟運行小指標競賽管理考核辦法》，將提高上網執(zhí)行電價、增發(fā)電量、降低耗水率、減少低負荷及空載運行時間等指標細化分解，將責任和壓力及時傳遞到所有人員，每月對各運行值經濟運行工作開展情況進行打分。寶珠寺水力發(fā)電廠耗水率目標值見表4、低負荷及空載運行時間目標值見表5。

表4 寶珠寺水力發(fā)電廠耗水率目標值 m3/(kW·h)

表5 寶珠寺水力發(fā)電廠低負荷及空載運行時間目標值 h

7 效益分析

2012年，寶珠寺水力發(fā)電廠以開展創(chuàng)新創(chuàng)效活動為契機，齊心協(xié)力，狠抓機組耗水率控制，合理安排運行方式，積極爭取合理的電量結構，努力提高上網電價執(zhí)行水平，有效地提高了機組運行的經濟性，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經濟效益。

(1)電量結構更加合理。2012年寶珠寺水力發(fā)電廠高峰電量比例控制在31.42%，平段電量比例控制在44.77%，低谷電量比例控制在23.80%，通過電量結構優(yōu)化使平均執(zhí)行電價控制在0.471 1 元/(kW·h)。 2012年發(fā)電22.98 億kW·h，增加發(fā)電量6.8億kW·h，增加收入3.2億元。

(2)減少機組低負荷及空載空運行時間。2011年全廠機組低負荷及空載運行時間為3 415.3 h，2012年為3 112.7 h，減少機組空載與低負荷運行時間302.5 h,降幅為8.9%。

(3)降低發(fā)電耗水率。2011年發(fā)電耗水率為4.81 m3/(kW·h)，2012年發(fā)電耗水率為4.42 m3/(kW·h)，降低耗水率0.39 m3/(kW·h)，降幅為8.1%。

(4)降低廠用電量。2012年降低廠用電量680MW·h，為企業(yè)多創(chuàng)造發(fā)電收入32萬元。

(5)通過降低發(fā)電耗水量率和減少機組低空運行時間，寶珠寺水力發(fā)電廠2012年全年增發(fā)電量2.06億kW·h，直接增加收入9 740萬元。

8 結束語

機組運行時，根據(jù)不同的來水量調整機組的出力，使機組穩(wěn)定運行在高效區(qū)，盡可能避開振動區(qū)域，減小機組的振動幅值等技術指標，避免在超標工況下運行,優(yōu)化機組運行方式，確保機組安全、穩(wěn)定運行。中國人均水資源擁有量相當于世界平均水平的50%，通過水電站機組的經濟運行，提高了水能利用率，保證了水資源的合理利用。

參考文獻：

[1]張勇傳.水電站經濟運行原理[M].北京：中國水利水電出版社，1998.

[2]王艷華.水電站經濟運行應用研究[D].鄭州：鄭州大學，2007.