茶林河水电站初期运行分析及优化调度措施

周 华

（湖南新华茶林河水电开发有限公司 张家界市 427200）

引 言

茶林河水电站位于湖南省慈利县境内的澧水中游，是澧水干流规划确定的16梯级电站中的第13梯级电站，上距城关电站（慈利县城）15 km，下距三江口电站约30 km。坝址以上控制流域面积11 642 km2，占澧水总流域面积18 583 km2的62.6%。多年平均流量365m3/s，多年平均径流量115亿m3。电站属Ⅱ等大（Ⅱ）型工程，开发的主要任务是发电，兼顾航运、防洪、灌溉、养殖、旅游等综合利用效益。水库总库容1.29亿m3，正常蓄水位81.00m，相应库容0.242亿m3。装机容量54MW（3台18MW），设计水头9.5m，最大水头11.78m，最小水头1.58m。设计多年平均发电量2.458亿kW·h，年利用小时数4 552 h，水量利用系数78%。

电站2009年1月10日1#机组投产，利用二期施工围堰挡水发电；9月份2#机组投产发电；11月份3#机组投产发电，同时完成所有建设任务并下闸蓄水，进入初期运行阶段。2012年7月，电站通过竣工验收，转入正式运行阶段。因2009年底3台机组才全部发电，大部分月份利用围堰挡水，达不到设计运行工况，不具备代表性，故本文仅对2010年1月至2012年6月期间的运行情况进行分析。表1为初期运行发电情况统计。

表1 初期运行发电情况统计

1 初期运行发电分析

从2年零6个月的发电运行情况来看，坝址上游来水总量不均匀，2010年超出设计来水量5.27%，但由于主要来水集中于汛期，此时大部分时间在停机泄洪，因此水量利用率仅为62.42%，远低于设计78.6%。由于泄洪导致水头减小，耗水率增加，因此年均耗水率41.4 m3/kW·h也略高于设计耗水率39.5 m3/kW·h。2011年较设计来水量减少33.2%，但由于来水较均匀，因此年均耗水率39m3/kW·h与设计基本相符，水量利用率88.66%则高于设计水平。进入2012年上半年由于电站调度方案已得到优化，有效地掌握了来水情况，运行中使各机组长时间处于设计水头运行，虽有部分时段弃水，但耗水率却降至38.9m3/kW·h。由此可见，茶林河水电站实际运行情况和发电情况受来水均匀性影响较大，丰水年发电量多，但水量利用系数小；枯水年发电量小，但水量利用系数大。因此用水量利用系数作为类似径流式电站的考核指标不尽科学，采用耗水率来衡量更容易做出科学的判断。

耗水率受来水量影响较小，而与电站运行的实际情况密切相关。2010年各机组存在缺陷较多，加之投运初期运行方式尚未成熟，因此耗水率偏高。2011～2012年随着运行方式的不断优化和水情测报系统的建成使用，耗水率才有了大幅减少，因此，用耗水率更能科学客观地反映出茶林河水电站的运行调度水平。

自茶林河水电站初期运行以来，经历了丰、平、枯各类型年，但没有1年实际发电量达到设计多年平均发电量，都在（1.7～1.9）亿 kW·h之间，2012年已发1.1亿kW·h，下半年即便来水量充足且均匀，发电量达到下半年设计发电量，2012年发电量也只有2.1亿kW·h，与设计多年平均发电量2.458亿kW·h仍差距较大。按照设计，多年平均发电水量应达到89.7亿m3，但因为对来水均匀性考虑不足，实际2010年、2011年年发电水量平均只有71.8亿m3，按设计耗水率计算，少发电量约0.45亿kW·h。目前初期运行期间年发电量平均值1.92亿kW·h，随着发电调度和管理水平日趋成熟、流域梯级调度的逐步建立、水情测报的完善，茶林河水电站多年平均发电量将有进一步提高，综合考虑，可达到约（2.1～2.2）亿 kW·h，为设计多年平均发电量的85%～90%，因此年发电量确定为2.15亿kW·h较为合理。

2 增加发电量的主要措施

通过电站的初期运行，增加发电量应从水库及电力优化调度、提高机组完好率和运行效率等方面着手。以下分别从这几个方面进行分析探讨：

（1）汛期优化发电调度和水库运行。

从水库初期运行情况来看，洪水期调度原则为：结合水情测报系统及地方政府防汛主管部门的水情信息，提前做好空库和尾水截留的工作，在洪水前期和洪尾后期保持高水位发电，尽量减少水头损失和避免不必要的弃水，具体如下：

在洪水涨水阶段，充分利用气象和水情信息，提前进行腾库降低水位，当入库流量大于电站最大满发流量时，库水位会缓慢上涨，仍保持正常蓄水位81m，只有当入库流量达到1 000m3/s并有继续上涨趋势时，为保证防洪安全，需按照闸门调度方式逐步开启闸门泄洪，为充分利用来水，此时机组仍保持满发，直至入库流量达到3 500m3/s以上时，电站停机，按防汛调度部门指令泄洪。在洪水退水阶段，当入库洪峰已过且出现了最高库水位时，应在不影响上、下游防洪安全前提下尽快回蓄，以保证水库水位满足电站发电运行要求。当入库流量小于3 500m3/s时，开机运行，同时按照水量大小和发电流量逐步关闭泄洪闸门，减小下泄流量，恢复至设计水位。此调度方式有效地利用了水库的兴利库容，不仅增加了发电效益，而且也保证了防洪安全。即使在降低库水位后没有发生预报的洪水，但因为汛期流量相对较大，也可通过减少开机数量、降低发电流量等措施尽快回蓄，不会导致机组长时间处于低水位运行或停机，亦不会对发电效益造成太大影响。2010年共有6场流量大于1 500m3/s的洪水，按上述调度方式利用兴利库容，增加了发电水量约6 840万m3，相应增加发电量约173万kW·h，同时因机组长时间运转，下网电量相对减少，厂用电率也比平常要低，经济效益显著。

（2）枯水期保持高水位运行。

对于低水头径流式电站而言，在枯水期保持高水位运行，减小单位电能耗水率对发挥发电效益至关重要。

根据耗水率计算公式：

耗水率 e（m3/kW·h）=W/E=QT/NT=QT/ηQHT=1/ηH

式中W——发电水量；

E——机组发电量；

Q——机组发电流量；

N——机组发电出力；

T——机组发电时间；

η——机组综合效率系数；

H——机组发电水头。

可知，发电水头每降低1m，假设机组效率不发生变化，单位电能耗水率将增加约1/H，按茶林河水电站最大发电水头11.78m计算，耗水率将增加约8.5%，发电效益相应减少约8.5%。尤其在枯水期，上游来水较小（枯水期11月至次年2月，来水流量在80～200m3/s之间），库水位降低后需较长时间方能恢复至正常蓄水位，如果长期处于低水位运行状态，势必对发电效益产生较大影响。茶林河水电站目前枯水期的运行方式是在满足电力调度需求时，优先采用高水位单机组或双机组持续出力为主，确保高效率低耗水率运行。在库水位调度上严格控制在机组高效区间运行，借助水情测报系统及水文网流域水情数据来进行计算分析，优先选择维持出入库相对均衡的机组运行方式，在水位满足的条件下适当选择提前开机控制水位维持单台机长时间运行的方式，确保水库维持高水位区间运行，实现了机组高效经济运行。

（3）确保设备完好率。

设备缺陷管理是设备管理的重要组成部分，是提高设备完好率，保障设备安全、可靠运行的重要手段。经过茶林河水电站的初期运行，运行人员共计发现各类设备缺陷670多处，通过与厂家专业人员、安装单位共同分析研究，得到了及时处理。枯水期利用部分机组停机的时机，对影响大且容易改造的项目进行改造，例如电站3台机组技术供水系统的自动化改造及汲水仓滤网改造、发电机冷却风机启动控制回路改造、调速器手动控制方式改造、检修排水改造等。汛前对涉及到安全、防汛及正常运行的设备进行全面的检查，储备一定量的备品备件。通过消缺、技改和常态化的安全检查、巡查，可有力保证设备时刻处于可靠运行状态，不仅避免了设备事故的发生，也不会出现汛期因设备故障停机弃水的现象，最大程度地发挥了经济效益。

（4）优先选择效率高的机组运行。

在不同水头下，机组的发电耗水率不同，但在相同的条件下，由于设备本身的效率和机组位置的不同，各机组的耗水率也有一定差别。表2为不同水头下的满发时段，3台机组运行时的耗水率统计，通过表2可知，3台机组同时运行时，2#、3#机组耗水率明显偏大，1#机组耗水率相对较小。同时根据初期运行的实际情况，在3台机同时运行的方式下2#机组的出力与其他机组相比明显偏低。因此当入库流量小于最大发电流量时，应尽可能选择耗水率小、发电效率高的1#机组运行，其次为3#机组，尽量避免2#机组运行。

表2 机组单位电能耗水率统计

3 结语和建议

茶林河水电站经初期运行，初步形成了一套科学的调度运行方式，正在发挥其经济和社会效益。通过竣工验收转入正式运行，对优化澧水梯级开发、改善河段防洪调度、拉动地方经济、美化当地环境都具有重要的作用

建议：茶林河水电站属径流式电站，仅具有日调节能力，调节能力有限，安全经济运行的水位区间小，除了发挥龙头江垭电站的调蓄作用，实现水量利用率的提高，还要求澧水流域尽快建立流域内各电站的水情测报系统，形成水情测报网，完善各梯级的水情通报制度，实现资源共享，才能更加科学合理地制定运行调度方式，充分利用水能资源，发挥电站最大经济效益。