韋明道

（廣西桂冠大化水力發(fā)電總廠百龍灘電廠，廣西 馬山，530600）

淺談百龍灘水電站的水庫調(diào)度

韋明道

（廣西桂冠大化水力發(fā)電總廠百龍灘電廠，廣西 馬山，530600）

通過對百龍灘電廠無調(diào)節(jié)性能的水庫特性及調(diào)度成果進(jìn)行分析，總結(jié)了用于指導(dǎo)具體水庫調(diào)度工作的經(jīng)驗(yàn)，可以確保調(diào)度工作的正常開展，同時也可為其他電站提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

百龍灘電站；水庫調(diào)度；成果分析

0 引言

水電站的水庫調(diào)度是電站日常運(yùn)行的一項(xiàng)主要工作，是根據(jù)電站的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，充分利用水庫庫容、水情，在滿足工程安全的前提下，妥善處理蓄泄關(guān)系、合理調(diào)度洪水，充分發(fā)揮工程的防洪興利作用，提高水利資源的綜合利用效益。不同的水電站因樞紐特性不同，其水庫特性有所不同，但水庫調(diào)度的方法、目的都是一樣的?？偨Y(jié)百龍灘水電站多年的水庫調(diào)度經(jīng)驗(yàn)，提出了具有百龍灘特色的水庫調(diào)度方法，取得了較好的效果，可供其他無調(diào)節(jié)性能電站的水庫調(diào)度借鑒和參考。

1 電站概況

百龍灘電站位于紅水河中游，是紅水河規(guī)劃梯級的第七座電站。壩址上游27.6 km是大化水電站、下游76 km是樂灘電廠。百龍灘電廠是一座以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)功能的綜合利用工程。電站廠房安裝單機(jī)容量為32 MW的燈泡貫流式機(jī)組6臺，總裝機(jī)容量192 MW。水庫正常水位126.0 m，相應(yīng)庫容0.695×108m3，死水位125.0 m，相應(yīng)庫容0.648× 108m3。百龍灘是一座低水頭河床式徑流水電站，大壩不設(shè)閘門，為自由溢流，當(dāng)入庫流量大于1 850 m3/s時，庫水溢流過壩。百龍灘電廠水庫庫容小，基本無調(diào)節(jié)能力，只能依據(jù)上游大化電廠的調(diào)度情況調(diào)節(jié)發(fā)電。電站最大發(fā)電水頭14.5 m，最小發(fā)電水頭3.0 m，當(dāng)入庫流量大于4 800 m3/s時，運(yùn)行水頭小于4.5 m，機(jī)組停機(jī)。

2 百龍灘水電站特性

百龍灘水電站是無調(diào)節(jié)性能的低水頭徑流式電站，由于處于上下游水電站中間，工程具有以下幾個獨(dú)特的特性。

2.1 無調(diào)節(jié)特性

百龍灘電站水庫庫容小，基本無調(diào)節(jié)性能，屬低水頭河床徑流式水電站，其調(diào)節(jié)庫容僅為470× 104m3。

2.2 水庫來水依賴上游水庫

百龍灘壩址與大化壩址僅相距27.6 km，區(qū)間無大支流匯入，水庫來水99.5%來自于上游大化電廠的調(diào)度出流，對上游大化電廠存在極大依賴性。

2.3 調(diào)度具有階段性

百龍灘電廠的來水特性決定了其水庫調(diào)度具有多階段性。根據(jù)紅水河流域的來水特點(diǎn)及各梯級電廠的調(diào)度特性，百龍灘電廠的水庫調(diào)度可分為枯水期水庫調(diào)度、泄水期水庫調(diào)度、洪水期水庫調(diào)度和汛末期水庫調(diào)度四個階段。不同階段水庫調(diào)度各有不同的特點(diǎn)。

2.4梯級特性

百龍灘電廠位于大化電廠的下游，兩廠壩址相距僅為27.6 km，存在明顯的水量和水能上的聯(lián)系，即百龍灘電廠的調(diào)度受上游大化電廠的制約，而百龍灘電廠的回水又直接影響大化電廠的發(fā)電水頭。同時，與百龍灘壩址相距76 km的下游樂灘電廠實(shí)施庫水位動態(tài)控制，直接影響了電站的尾水位，故電站具有承上啟下的梯級特性。

3 百龍灘水庫調(diào)度的現(xiàn)狀和特點(diǎn)

百龍灘水電站第一臺機(jī)組于1996年2月份投產(chǎn)運(yùn)行，至今已運(yùn)行20年。在多年的調(diào)度工作中，逐漸形成自身獨(dú)特的現(xiàn)狀和特點(diǎn)，主要有以下幾方面。

3.1 不能嚴(yán)格按照負(fù)荷曲線運(yùn)行

電網(wǎng)每日均對所統(tǒng)調(diào)的電廠下發(fā)日負(fù)荷曲線并要求按照曲線運(yùn)行，但百龍灘電廠的自身特性決定了百龍灘電廠具有庫水位變化大、水頭變化大、尾水位漲落明顯的特點(diǎn)，加之上游大化電廠是系統(tǒng)AGC調(diào)節(jié)且承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，負(fù)荷變化較大，導(dǎo)致百龍灘水庫來水變化快、庫水位變幅明顯，這就決定了百龍灘電廠常常無法按既定曲線帶負(fù)荷。如嚴(yán)格按照曲線運(yùn)行，則會出現(xiàn)水頭受阻無法滿足既定負(fù)荷或庫水位偏低運(yùn)行的非正常運(yùn)行工況，甚至?xí)霈F(xiàn)水庫產(chǎn)生大量無益棄水、造成不必要的水量損失的情況。

3.2 上下游電站機(jī)組引用流量不匹配

上游大化電廠擴(kuò)建后總裝機(jī)容量為566 MW，額定發(fā)電引用流量為3 060 m3/s，而百龍灘設(shè)計(jì)最大引用流量為2 221 m3/s，即當(dāng)上游大化電廠出力大于400 MW時，百龍灘電廠就無法吃盡上游大化電廠的調(diào)度出流，出現(xiàn)了上下游梯級電站額定引用流量不匹配的現(xiàn)象。

3.3 水庫極易產(chǎn)生棄水

據(jù)統(tǒng)計(jì)，百龍灘電站多年平均水量利用率僅為75%左右，溢流棄水的天數(shù)約為315 d，產(chǎn)生棄水的主要原因有：

（1）水庫來水大于機(jī)組的過流能力。百龍灘機(jī)組設(shè)計(jì)最大過流流量為2 221 m3/s，但在實(shí)際調(diào)度過程中，當(dāng)入庫流量大于1 850 m3/s，水庫就產(chǎn)生溢流棄水，這也是水庫產(chǎn)生棄水的最主要原因。

（2）機(jī)組檢修、線路檢修或主變檢修。百龍灘是兩機(jī)一變擴(kuò)大單元設(shè)計(jì)，當(dāng)主變或線路檢修時，需同時停兩臺機(jī)組，或有機(jī)組大修且因機(jī)組檢修工期的統(tǒng)籌安排原因，就有兩臺或三臺機(jī)組交叉同時停機(jī)檢修的情況，這就容易造成有水而無機(jī)組可發(fā)電的狀況，造成水庫棄水。

3.4 水庫的可調(diào)庫容非常小

百龍灘電站正常水位為126.0 m，死水位為125.0 m，僅有470萬m3的調(diào)節(jié)庫容，可調(diào)庫容依然很小。

3.5 機(jī)組運(yùn)行工況苛刻

百龍灘機(jī)組設(shè)計(jì)最小運(yùn)行水頭3 m，額定水頭9.7 m情況下能運(yùn)行單機(jī)出力32 MW，但在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)運(yùn)行水頭小于額定水頭時，機(jī)組震動明顯，因此為了確保機(jī)組的安全運(yùn)行，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行水頭小于4.5 m時機(jī)組停機(jī)，且在水頭低于額定水頭時導(dǎo)葉開度不能大于85%，故機(jī)組常出現(xiàn)不能按設(shè)計(jì)工況運(yùn)行的情況。

3.6 出庫流量與尾水位存在不確定性

從實(shí)際調(diào)度過程中發(fā)現(xiàn)，相同的穩(wěn)定出流情況下會出現(xiàn)不同的尾水位數(shù)據(jù)，即尾水位和出庫流量不是唯一對應(yīng)的。由于百龍灘尾水渠呈喇叭口形狀，極易受下游以下因素的影響造成尾水位壅高，在相同的出庫流量情況下，尾水位的變幅可達(dá)1～2 m，時間可延遲達(dá)2 h：

（1）下游是暴雨中心，當(dāng)下游流域出現(xiàn)大至暴雨過程時，位于下游的澄江、刁江形成匯流，致使下游水位明顯壅高。

（2）下游樂灘電廠實(shí)施動態(tài)水位控制，樂灘電廠庫水位動態(tài)控制直接影響百龍灘的尾水位。

4 百龍灘電站水庫調(diào)度成果

百龍灘水電站經(jīng)過近二十年的調(diào)度實(shí)踐，已摸索和積累了具有百龍灘特色的水庫調(diào)度方法，在優(yōu)化水庫調(diào)度、節(jié)水增發(fā)、減少水庫無益棄水中發(fā)揮了重要作用。主要有以下幾個方面。

4.1 在水庫可調(diào)的情況下允許庫水少量溢流過壩

百龍灘電廠水庫正常蓄水位為126.0 m，庫水位大于126.0 m時，水自然溢流過壩。在實(shí)際調(diào)度過程中發(fā)現(xiàn)，允許水庫產(chǎn)生少量溢流棄水，即略抬高發(fā)電水頭，可使機(jī)組在高效出力區(qū)內(nèi)運(yùn)行而達(dá)到電量最大化的運(yùn)行效果。實(shí)際調(diào)度成果證明，在水庫來水可調(diào)的范圍內(nèi)，庫水位控制在126.5 m以內(nèi)調(diào)度效果最好，可實(shí)現(xiàn)在相同來水情況下發(fā)電量最大、耗水率最小。由此，采取了合理控制水位實(shí)現(xiàn)發(fā)電量最大的調(diào)度模式。

4.2 按水情帶負(fù)荷

按水情帶負(fù)荷是根據(jù)水情情況向中調(diào)申請降低或加大出力，而不按單一的曲線運(yùn)行。推行按水情帶負(fù)荷有利于水資源的優(yōu)化配量和合理利用，有利于機(jī)組的安全運(yùn)行。實(shí)踐證明，按水情帶負(fù)荷是適合百龍灘電站水庫特點(diǎn)的運(yùn)行方式。

4.3 提出了新的耗水率考核評價(jià)理念

耗水率是水電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本指標(biāo)，但它又是一個模糊的指標(biāo)。由于耗水率只與水頭和發(fā)電效率有關(guān)，常規(guī)的耗水率分析是用相同來水條件下的耗水率大小來對比水庫調(diào)度的效果，耗水率越小，調(diào)度效果越好。這種方法存在欠妥之處。因百龍灘是無調(diào)節(jié)性能電站，入庫流量小于1 850 m3/s時，水庫可具有調(diào)節(jié)能力，當(dāng)入庫流量大于1 850 m3/s時水庫已基本失去調(diào)節(jié)能力。在水庫具有調(diào)節(jié)能力時，耗水率越小就說明水庫調(diào)度的效果越好，在水庫不具備調(diào)節(jié)能力時，耗水率小就不能代表水庫調(diào)度的效果好，因當(dāng)水庫不具備調(diào)節(jié)能力時，耗水率越小，則說明水庫水頭越高，相應(yīng)的上游水位就越高，這庫水位抬高不僅對上游大化電廠造成尾水頂托，同時也增加了百龍灘溢流壩的過水流量，相應(yīng)的減少了百龍灘的發(fā)電量。因此，僅就百龍灘而言，不能單一地以日或月均耗水率數(shù)值來評判水庫調(diào)度的效果。

4.4 根據(jù)不同來水確定相應(yīng)的水庫調(diào)度模式

根據(jù)實(shí)際調(diào)度經(jīng)驗(yàn)和多年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)水庫日均來水量小于1 850 m3/s時，水庫幾乎不產(chǎn)生溢流棄水，故此時水庫調(diào)度宜按水頭帶負(fù)荷，即盡可能抬高發(fā)電水頭，提高水能利用提高率；當(dāng)入庫流量大于1 850 m3/s時，尾水位壅高，水庫已失去對庫水位的調(diào)控能力，此時水庫調(diào)度宜按水情帶負(fù)荷，即盡可能吃盡上游大化電廠的調(diào)度出流，提高水量利用率。經(jīng)過多年的實(shí)踐，總結(jié)出了不同流量等級情況下的水庫調(diào)度模式，見表1。

表1 百龍灘電廠不同流量等級水庫運(yùn)行方式一覽表Table 1 Operation modes of Bailongtan hydropower station in different flow conditions

4.5確定了水庫調(diào)度效果評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)

確定以日為水庫調(diào)度評價(jià)時段，即在相同來水情況下按以下情況評價(jià)水庫調(diào)度效果：

（1）當(dāng)日均入庫流量小于1 850 m3/s、全天無棄水產(chǎn)生時，以耗水率最小作為評判水庫調(diào)度效果的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）當(dāng)日均入庫流量小于1 850 m3/s且有溢流產(chǎn)生時，以發(fā)電量最大、溢流量最小、無棄水損失電量為評判水庫調(diào)度效果的標(biāo)準(zhǔn)；

（3）當(dāng)日均入庫流量大于1 850 m3/s時，以發(fā)電量最大、棄水損失電量最小為評判水庫調(diào)度效果的標(biāo)準(zhǔn)。

4.6 創(chuàng)新適合百龍灘自身特點(diǎn)的入庫流量計(jì)算方法

百龍灘電站原來的入庫流量是利用壩前（即進(jìn)水口攔污柵前）及壩后（即尾水管出口處）水位根據(jù)水量平衡原理進(jìn)行計(jì)算的，計(jì)算的日均入庫流量和時段入庫流量存在鋸齒變化、出現(xiàn)負(fù)值和上下游電站流量不匹配的現(xiàn)象。新的計(jì)算方法采用柵后水位（在攔污柵后加裝新的水位測量裝置）和尾水管處的下游水位計(jì)算出的發(fā)電水頭按H-N-Q曲線計(jì)算發(fā)電引用流量，用溢流壩前的水位計(jì)算溢流量（機(jī)組發(fā)電時溢流壩前的水位比與進(jìn)水口處的水位高，導(dǎo)致部分溢流量未計(jì)算），用壩前時段平均水位計(jì)算水庫庫容?，F(xiàn)以2010年3月5日為例，按以上方法進(jìn)行計(jì)算，其與原方法計(jì)算結(jié)果的對比統(tǒng)計(jì)見表2。

從表2可知，自對原有的計(jì)算方法進(jìn)行完善后，采用計(jì)算的時段及平均入庫流量數(shù)值平滑，無虛值、負(fù)值及異常值情況出現(xiàn)，入庫水量統(tǒng)計(jì)與大化出庫水量基本匹配，較真實(shí)反映了水庫的實(shí)際來水情況，為實(shí)施水庫調(diào)度及開展梯級聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度提供了真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。

5 百龍灘水庫調(diào)度未來發(fā)展和創(chuàng)新的方向

縱觀多年的調(diào)度實(shí)踐，雖然在水庫優(yōu)化調(diào)度、爭發(fā)電量上取得了一些成績，也逐漸摸索了百龍灘水庫的一些運(yùn)行規(guī)律，但實(shí)際運(yùn)行調(diào)度上，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度運(yùn)作還遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，在優(yōu)化調(diào)度的意識和理論、合理運(yùn)行水位把握的量與度上，各種信息的掌握與運(yùn)用仍存在不少問題，仍需開展以下方面的努力。

一是繼續(xù)摸索更合理的水庫運(yùn)行方式。在何種水位、入庫水量、水頭情況下，機(jī)組以何種方式投入運(yùn)行為最佳，總負(fù)荷為多少才能使當(dāng)日水量利用率最好，日發(fā)電量最大。在推求區(qū)間優(yōu)化運(yùn)行的同時，要繼續(xù)探討如何處理好大化-百龍灘兩廠水量和水能上的關(guān)系，以兩廠總發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)效益最大為目標(biāo)。

二是繼續(xù)完善水調(diào)自動化系統(tǒng)模塊功能，提高系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用效果。目前已開發(fā)的水調(diào)自動化系統(tǒng)雖然為推行水庫優(yōu)化調(diào)度提供了強(qiáng)有力的硬件條件，但是，由于目前掌握的信息量偏少，其實(shí)時調(diào)度和決策功能的適用性仍然不強(qiáng)，需要繼續(xù)對其進(jìn)行補(bǔ)充完善。

三是推行大化、百龍灘梯級聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模式。借總廠集控中心投產(chǎn)運(yùn)行之機(jī)，做好與電網(wǎng)調(diào)度中心的溝通和聯(lián)系，爭取政策上的傾斜，推行大化、百龍灘總負(fù)荷的運(yùn)行模式，以優(yōu)化兩廠水能資

表2 2010年3月5日時段入庫流量數(shù)據(jù)對比統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of inflow in different time on 5th,March 2010

源，實(shí)現(xiàn)水能、電能最大化。

四是建設(shè)高素質(zhì)運(yùn)行職工隊(duì)伍。任何項(xiàng)目的實(shí)施都必須經(jīng)過人力資源推動，要更好地開展水庫優(yōu)化調(diào)度工作，必須使職工掌握和運(yùn)用最新的水庫調(diào)度理念。下一目標(biāo)是實(shí)施績效管理辦法，對員工的才能和表現(xiàn)進(jìn)行科學(xué)評價(jià)，通過物質(zhì)和精神獎勵的辦法激勵員工充分發(fā)揮自己的聰明才干，同時，通過開展知識管理，鼓勵員工學(xué)習(xí)和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)，逐步形成理性認(rèn)識，提高專業(yè)技能。

五是開展百龍灘水電站改擴(kuò)建及水輪機(jī)技術(shù)改造工程專題研究。主要從梯級電站發(fā)電流量合理匹配、充分利用電站棄水發(fā)電以提高電站發(fā)電效益出發(fā)，研究百龍灘水電站改擴(kuò)建和水輪機(jī)技術(shù)改造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性。該項(xiàng)目的實(shí)施不僅可有效保障電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行，還可合理利用水能資源、提高資源利用率、改善與上游梯級電站聯(lián)合協(xié)調(diào)運(yùn)行、減少棄水，在提高電站發(fā)電效益上發(fā)揮效益。

6 結(jié)語

百龍灘電站位于紅水河中游，是紅水河梯級電站中裝機(jī)容量最小的電站。在提煉和提升自身調(diào)度成果的同時，努力從工程自身特點(diǎn)出發(fā)，力求探索一套適合自身特點(diǎn)的運(yùn)行調(diào)度方式，為其他水電企業(yè)提供經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。目前正朝著“樹標(biāo)桿、創(chuàng)特色、重管理、抓效益”的方向邁進(jìn)，這是水庫調(diào)度工作者的終極目標(biāo)。

Regulation of Bailongtan hydropower station

by WEI Ming-dao

Bailongtan Hydropower Plant

By analysis on the reservoir characteristics and regulation results of Bailongtan hydropower station,the paper summarizes the experience obtained which ensures the operation of reservoir and it is worthy reference.

Bailongtan hydropower station;reservoir regulation;result analysis

book=24,ebook=30

TV697.1

B

1671-1092（2016）06-0024-04

2016-08-15；

2016-09-30

韋明道（1968-），男，廣西鳳山縣人，工程師，學(xué)士，主要從事電站水工技術(shù)管理工作。

作者郵箱：2521748145@qq.com