史寶平，王 偉，薛萬軍

（二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000）

基于新調(diào)度模式下的巨型水電站經(jīng)濟(jì)性分析

史寶平，王 偉，薛萬軍

（二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000）

首先對該電站的調(diào)度權(quán)轉(zhuǎn)移進(jìn)行了闡述，然后結(jié)合該電站近年來枯水期典型月份的實際運(yùn)行狀況和運(yùn)行數(shù)據(jù)與前期數(shù)據(jù)進(jìn)行類比分析，并通過簡單的算術(shù)計算，說明水電站在機(jī)組運(yùn)行方式安排、廠用電運(yùn)行方式安排上可以進(jìn)行優(yōu)化；最后重點(diǎn)對枯水期機(jī)組實際運(yùn)行方式進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性和可行性分析，通過電網(wǎng)負(fù)荷變化的特點(diǎn)和電網(wǎng)接線方式以及備用容量規(guī)定的要求,優(yōu)化了機(jī)組的運(yùn)行方式。

廠用電方式；經(jīng)濟(jì)性；可行性

1 概述

該水電站位于四川省西南部攀枝花市境內(nèi)的雅礱江下游，距雅礱江與金沙江的交匯口33 km，是以發(fā)電為主的大型水力發(fā)電樞紐。水電站裝機(jī)容量330萬kW，多年平均發(fā)電量為170億kW·h。水庫正常蓄水位1200m，總庫容58億m3，調(diào)節(jié)庫容33.7億m3，為季調(diào)節(jié)水庫。前期調(diào)度由華中網(wǎng)調(diào)委托四川省調(diào)調(diào)度，隨著國家電網(wǎng)三集五大的發(fā)展以及國家電網(wǎng)西南分部的成立。今年，電站調(diào)度權(quán)由四川省調(diào)轉(zhuǎn)移至西南分調(diào)。在滿足電網(wǎng)安全的前提下，降低電站的耗水率[1]，合理安排機(jī)組的運(yùn)行方式和廠用電運(yùn)行方式，以提高水電站綜合經(jīng)濟(jì)效益。

2 枯水期典型月機(jī)組運(yùn)行情況分析

2.1 耗水率分析

本月平均耗水率為2.23 m3/kW·h，高于去年同期水平（2.19 m3/kW·h）。本月日平均并網(wǎng)機(jī)組臺數(shù)為4.98臺，高于去年同期的3.99臺；機(jī)組平均發(fā)電負(fù)荷407.3MW，低于去年同期水平（454.33MW）。見表1。

表1 耗水率分析相關(guān)數(shù)據(jù)表

2.2 供電與廠用電分析

本月總供電量為100 286.2萬kW·h，相比去年同期增加10 803.2萬kW·h。本月廠用電量237.813萬kW·h，比去年同期增加29.743萬kW·h，月廠用電率為0.157%，與去年同期水平（0.15%）持平。綜合廠用電由勵磁系統(tǒng)損耗、廠高變損耗、主變損耗以及廠用電組成，本月綜合廠用電率0.476%，高于去年同期的0.39%，綜合廠用電比去年同期高，發(fā)電量比去年同期也有增加，且增加的幅度相似。見表2。

表2 供電及廠用電統(tǒng)計表 單位：萬kW·h

二灘水電站廠用電主要有表3所示電動機(jī)負(fù)荷，根據(jù)運(yùn)行時間通過其額定功率計算其耗電量。

表3 廠用電電動機(jī)

（1）本月6臺6 kV檢修排水泵運(yùn)行時間總共為102.25 h?？偤碾娏繛椋?60×102.25=26 585.0 kW·h。

（2）本月6臺6 kV滲漏排水泵運(yùn)行時間總共為129.94 h?？偤碾娏繛椋?60×129.94=33 784.4 kW·h。

（3）機(jī)組技供水泵只在機(jī)組運(yùn)行時才啟動，機(jī)組停機(jī)備用時停運(yùn)。本月全運(yùn)行時間總共為：31× 24=744 h。而目前6臺機(jī)組1月份的平均并網(wǎng)機(jī)組臺數(shù)為4.69臺，所以6臺發(fā)電機(jī)的機(jī)組技供水泵總運(yùn)行時間為：744×4.69=3 489.36 h；總耗電量為220×3 489.36=767 659.2 kW·h。

（4）主變技供水泵只在主變運(yùn)行時才啟動，主變停運(yùn)時則停運(yùn)。本月全運(yùn)行時間總共為：31× 24=744 h。另外，2號機(jī)變檢修時間為8日00∶00～24日14∶00，總長為：（24-8）×24+14=524 h，則其主變技供水泵運(yùn)行時間為：744-524=220 h。所以6臺機(jī)組主變技供水泵運(yùn)行總時長為：5×744+220= 3 940 h；總耗電量為55×3 940=216 700 kW·h。

（5）該月份2臺調(diào)速器空壓機(jī)運(yùn)行時間總共為30 h。總耗電量為：30×30=900 kW·h。

（6）主變豎井風(fēng)機(jī)有3臺一直處于運(yùn)行狀態(tài)。主變豎井風(fēng)機(jī)總運(yùn)行時間為：744×3=2 232 h。

總耗電量為90×2 232=200 880 kW·h。

（7）該月份各機(jī)組油壓裝置輔助壓油泵運(yùn)行時間不盡相同，如表4所示。

表4 輔助壓油泵運(yùn)行時間

各機(jī)組油壓裝置輔助壓油泵運(yùn)行時間總共為：11＋19＋16＋20＋12＋11=89 h

總耗電量為14.7×89=1 308.3 kW·h。

將上述負(fù)荷及其耗電量匯總見表5。

表5 總耗電量表

3 機(jī)組運(yùn)行方式分析

3.1 機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

四川水電按照一年的來水情況，將水電分為枯水期、平水期和汛期，而雅礱江流域的枯水期一般為1～5月份、11和12月份。此外根據(jù)每日用電負(fù)荷的不同，又分為峰段、平段和谷段。其中，高峰時段為07∶00～11∶00，19∶00～23∶00；平段時刻為11∶00～19∶00；低谷時段為當(dāng)晚11∶00至次日早上7∶00，各時段均為8 h。根據(jù)上述規(guī)定，則可以計算出每一年度枯水期、平水期低谷運(yùn)行時間，根據(jù)廠用電構(gòu)成可知每年僅平、枯期低谷時段，二灘電廠僅少空載運(yùn)行1臺機(jī)，就可以節(jié)約廠用電為（287×1936＝）55.56萬kW·h。上述節(jié)水多發(fā)的電能和節(jié)約的廠用電能均處于水電廠來水較少的月份，同時也是系統(tǒng)缺電的季節(jié)，相應(yīng)電價也較高。所以水電廠枯水季節(jié)能有更為良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3.2 機(jī)組運(yùn)行可行性分析

（1）機(jī)組有功分析

二灘電站在電網(wǎng)中主要承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，根據(jù)混流式水輪機(jī)組運(yùn)行特性和機(jī)組出力與水頭的關(guān)系，正常情況下當(dāng)上游水位高于1 172 m時，發(fā)電水頭大于157 m，機(jī)組運(yùn)行最大有功出力為550 MW，隨著上游水位的降低發(fā)電運(yùn)行水頭持續(xù)降低，當(dāng)水位降至死水位1 155 m時，機(jī)組運(yùn)行最大有功出力降至470 MW。因此機(jī)組最大有功運(yùn)行范圍為470～550 MW。

（2）機(jī)組無功分析

電網(wǎng)無功補(bǔ)償采用的是“分層分區(qū)，就地平衡”的原則，二灘電站遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，線路距離長，線路容性功率較大。因此，一般情況下機(jī)組都是吸收電網(wǎng)的無功，進(jìn)行運(yùn)行。由于機(jī)組吸收無功的限值受P-Q約束，即：發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時勵磁低勵限制值。機(jī)組有功功率越大，吸收無功的能力就越??；相反，機(jī)組有功功率越小，可吸收系統(tǒng)的無功越大。（見表6）

表6 發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行勵磁低勵限制值

（3）電網(wǎng)對二灘的調(diào)控規(guī)定

1）電網(wǎng)對二灘出力規(guī)定

根據(jù)二灘的典型日負(fù)荷96點(diǎn)曲線，從日平均負(fù)荷曲線可以看出以下5個特點(diǎn)：

①00∶00～08∶15，機(jī)組負(fù)荷基本上處在900～1000 MW之間，此時根據(jù)機(jī)組當(dāng)前水頭下的出力機(jī)組最大出力范圍為1 410 MW～1 650 MW，則在此期間3臺機(jī)組運(yùn)行完全滿足負(fù)荷要求；

②08∶15～12∶00，機(jī)組負(fù)荷在1500～1800MW之間，此時處于負(fù)荷的峰段，需要4臺機(jī)組運(yùn)行，便于調(diào)整系統(tǒng)電壓及頻率；

③12∶00～14∶00，機(jī)組負(fù)荷較輕，處于1 300～1 500 MW之間，經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整即可3機(jī)運(yùn)行滿足負(fù)荷要求；

④14∶00～22∶30，機(jī)組負(fù)荷在1 500～1 800 MW之間，此時需要滿足負(fù)荷曲線要求必須采用4臺機(jī)運(yùn)行。

⑤22∶30～24∶00，機(jī)組負(fù)荷在1 000～1 300 MW之間，此時滿足負(fù)荷曲線要求可采用3臺機(jī)運(yùn)行。

2）電網(wǎng)對二灘電壓規(guī)定

二灘枯水期電網(wǎng)下發(fā)的500 kV電壓曲線控制要求見表7。

表7 二灘500 kV典型電壓曲線控制要求

①22∶16～08∶15時段，電壓曲線524～532kV，一般根據(jù)四川電網(wǎng)逆調(diào)壓的要求，在低谷負(fù)荷時段，電壓盡量按電壓曲線偏下限運(yùn)行。此時若按電壓下限524 kV左右控制系統(tǒng)電壓運(yùn)行，則需要4臺機(jī)運(yùn)行，當(dāng)500 kV系統(tǒng)電壓在526 kV以上運(yùn)行時，根據(jù)日負(fù)荷曲線和機(jī)組低勵限制曲線，運(yùn)行3臺機(jī)組即可滿足上述要求。但根據(jù)日平均電壓曲線可知，一般01:00～05:30時電壓一般運(yùn)行在下限。

②11∶46～14∶30時段，電壓曲線524～533kV，此時段因為負(fù)荷屬于平段負(fù)荷，根據(jù)電網(wǎng)逆調(diào)壓的要求，平段負(fù)荷時系統(tǒng)電壓盡量靠中間運(yùn)行，因此在這一時段電壓一般運(yùn)行在529 kV～530 kV之間，根據(jù)日平均負(fù)荷曲線，此時段負(fù)荷3臺機(jī)運(yùn)行即可滿足系統(tǒng)要求。

③08∶16～11∶45、14∶31～22∶15時段，電壓曲線525～534 kV，此時段為日負(fù)荷的峰段，根據(jù)電網(wǎng)調(diào)壓要求，電壓一般盡量靠曲線上限運(yùn)行，因此，這段期間電壓曲線均運(yùn)行在531～533kV之間，但此時有功負(fù)荷也是一天中最大的，負(fù)荷一般在1600～2000MW，因此需要首先滿足機(jī)組最大出力要求，保證電網(wǎng)的頻率要求，必須開4臺機(jī)組運(yùn)行。

同時，分析典型10日系統(tǒng)電壓情況，電壓基本運(yùn)行在524～530 kV，由于電站采用逆調(diào)壓[2～3]方式，因此在電壓高于530 kV時，機(jī)組總有功高于1 100 MW，結(jié)合電站枯水期電壓曲線，可以分析出以下特性：

①隨著電壓的升高，機(jī)組總無功越小，機(jī)組進(jìn)相深度越淺。

②相同電壓下，機(jī)組總有功越大，機(jī)組進(jìn)相深度越淺。

③維持電壓在524～525 kV之間，機(jī)組總有功在900～1100MW之間時，機(jī)組總無功均在-550～-450 Mvar之間。524～525 kV分別接近22∶16～08∶15、11∶46～14∶30時段的電壓曲線下限，若該時段調(diào)度要求電壓下限運(yùn)行，則3臺機(jī)運(yùn)行時電壓也可滿足要求。

④電壓為 525～526 kV時，機(jī)組總有功在1 000～1 500 MW之間時，機(jī)組總無功均在-500 Mvar左右。525 kV為08∶16～11∶45、14∶31～22∶15時段的電壓曲線下限，要滿足電壓調(diào)整要求，則需要開4臺機(jī)運(yùn)行才可滿足電壓和有功的要求。

⑤電壓運(yùn)行在530 kV時，此時機(jī)組總無功約為-450～-400 Mvar，要滿足電壓調(diào)整要求，則機(jī)組總有功在1 000 MW以上就可以。

3）電網(wǎng)對二灘備用容量規(guī)定

因目前國家電網(wǎng)西南分部直接調(diào)控的電站只有二灘水電站，因此西南電網(wǎng)對備用容量采用了以下標(biāo)準(zhǔn)：①負(fù)荷備用容量應(yīng)不低于最大負(fù)荷的2%；②事故備用容量應(yīng)不低于最大負(fù)荷的5%，且不低于網(wǎng)內(nèi)單一發(fā)電或輸電設(shè)備故障損失時的最大功率；③負(fù)荷低谷時段應(yīng)留有足夠的旋轉(zhuǎn)備用容量，且不低于最小負(fù)荷的2%。選取96點(diǎn)日計劃負(fù)荷中最大值，根據(jù)備用容量規(guī)定可得，二灘至少預(yù)留負(fù)荷為2000 MW×0.05=100 MW。

4 電站機(jī)組運(yùn)行方式優(yōu)化

根據(jù)電網(wǎng)下發(fā)的日計劃曲線和電壓曲線，并根據(jù)西南電網(wǎng)備用容量要求，可得出經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式，即“3+4”臺機(jī)組組合運(yùn)行方式。在低谷負(fù)荷時段即22∶30～08∶15這個時間段內(nèi)可申請調(diào)度保持3臺機(jī)組運(yùn)行，即可滿足負(fù)荷曲線900～1 300 MW要求，同時也滿足電壓下限524 kV要求，系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量機(jī)組1650～1300MW=350MW＞100MW也可滿足要求；在高峰時段即08∶15～12∶00、14∶00～22∶30，因負(fù)荷較高，必須開4臺機(jī)組運(yùn)行以滿足系統(tǒng)負(fù)荷需要；在平段負(fù)荷時段12∶00～14∶00，盡管可以滿足負(fù)荷曲線、電壓曲線和備用容量要求，但由于時間較短，因此可以靈活控制；在來水偏枯的情況下可向調(diào)度申請3臺機(jī)運(yùn)行，但負(fù)荷漲起來就需要增開1臺機(jī)組；在水位偏高時為了減少機(jī)組頻繁開停機(jī)可保持4臺機(jī)組運(yùn)行。

二灘電廠機(jī)變系統(tǒng)為發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線[4]。機(jī)組正常停機(jī)備用時，只斷開發(fā)電機(jī)出口開關(guān)，主變和廠高變繼續(xù)在網(wǎng)上運(yùn)行。如果根據(jù)季節(jié)變化和機(jī)組并網(wǎng)臺數(shù)的不同，停用主變和廠高變，則可減少主變和廠高變的空載損耗，同時可停運(yùn)相應(yīng)的輔助設(shè)備。這種運(yùn)行方式在平、枯水季節(jié)開機(jī)臺數(shù)較少時是可行的，即使有1臺機(jī)組檢修，每年在枯、平水月份的低谷時段內(nèi)，也至少可以停運(yùn)1個主變單元而不影響廠用電的可靠供電。

5 結(jié)論

本文通過枯水期電網(wǎng)負(fù)荷特性，以及電網(wǎng)下達(dá)的日負(fù)荷曲線和電壓曲線要求，結(jié)合二灘機(jī)組運(yùn)行特性，并根據(jù)電網(wǎng)日負(fù)荷情況對機(jī)組的有功、無功進(jìn)行了可行性分析，同時對機(jī)組在枯水期經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。最終得出了3臺機(jī)運(yùn)行在枯水期和平水期運(yùn)行的可行性，并得出了機(jī)組“4+3”組合的方式來滿足電網(wǎng)頻率和電壓要求，保證電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)備用容量以保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。在將來可通過與電力調(diào)度部門的協(xié)調(diào)，在保證電網(wǎng)運(yùn)行安全和穩(wěn)定的前提下，采取“3+4”機(jī)組運(yùn)行方式，既能保證在高峰負(fù)荷時電站有水可發(fā)電，又能保證電站的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到節(jié)水保電的目的。

[1]沈 磊.試驗標(biāo)準(zhǔn)耗水率及其在考核水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行上的運(yùn)用[J].水能技術(shù)經(jīng)濟(jì),1996（1）.

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[3]王 剛,侯 飛，高志勇，等.淺析一大型水電站兩臺機(jī)運(yùn)行的可行性和經(jīng)濟(jì)性[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2014,2（1）.

[4]陳源林.水電廠運(yùn)行維護(hù)節(jié)能探討與實踐[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2009,2（2）.

TV737

B

1672-5387（2017）08-0034-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.08.011

2017-02-14

史寶平（1986-），男，工程師，從事水電站運(yùn)行維護(hù)工作。