径流式反调节水电站水库调度分析与应对措施

李民希

（二滩水力发电厂，四川 攀枝花617000）

1 引言

桐子林水电站安装4台15万kW轴流转桨式水轮发电机组，电站设计保证出力22.7万kW、多年平均发电量29.75亿kW·h，已于2016年3月25日实现4台机组全部投产发电。

桐子林水电站在设计上为二滩水电站的反调节电站，水库调节库容较小[1-3]，总库容仅0.912亿m3，为日调节型水库，根据桐子林水库库容特性和入库径流分布特性，桐子林水电站设计上汛期在系统中担任基荷，其他时段与二滩基本同步参加电力系统调峰，并承担强制基荷出力，保证下游生态流量需要，日内运行水位在正常蓄水位之间变化。

2 现状分析

二滩和桐子林的联合调度问题或者说桐子林的水库调度问题，一直是比较复杂的问题，既有技术方面的原因，也有外部关系方面的原因。桐子林水库调度分枯期和汛期两个阶段，分别呈现截然不同的特征。汛期的重点在于确保桐子林水库安全的前提下，如何尽量减少闸门操作次数；枯期的重点在于如何通过桐子林负荷调整来控制桐子林水位，并尽量降低发电耗水率。

枯期二滩和桐子林正常情况下均无弃水[4-6]，安宁河流量平稳，桐子林水库调度似乎很简单，其实不然，因桐子林和二滩负荷不能完全匹配，桐子林通常仅能通过负荷调整来控制水位。当二滩负荷变化陡峭、临时修改计划较为频繁时，桐子林的负荷调整频次也随之增加。计划的调整均须征得上级调度的同意，桐子林频繁的负荷调整有时使调度员不胜其烦，拖延同意或断然拒绝的情况也时有发生，且不说经济性无法保证，有时连水库安全都受到了威胁。

3 水库调度问题

事实上，桐子林水库调度的问题集中在以下3个方面，下面逐一展开探讨。

3.1 与二滩水电站联合运行不佳

桐子林水电站因上游二滩水电站出库流量、安宁河来水量等不确定因素存在，曾多次出现水库水位逼近上/下限，造成水库弃水、水库拉空的风险；同时机组发电水头较低时，机组运行工况较差；水库加大泄水后，也曾发生下游人员被困江中的险情，桐子林水电站实际运行难度较大。

究其原因，①两站日发电计划曲线匹配性不好。导致这一现状的客观原因在于桐子林水电站入库干扰因素较多、电网攀西断面、川渝断面潮流控制要求较高，难以制定符合两站联合运行需要的精准发电计划；主观原因在于两站分属于不同的电网调度机构，在制定两站发电负荷曲线时，未充分考虑两站联合运行需求。②两站实时发电调度协调性不好。在实际运行过程中，受电网安全运行需要，电网调度机构时常需要下令对两站的实时发电计划进行调整，尤其是二滩水电站，受川渝断面潮流调整需要，二滩水电站经常需要退出计划曲线临时调整发电负荷，发电计划一旦调整过后，计划性问题转化为实时调度的问题，由于两站分属于不同电网调度机构，在应对实时发电计划调整时，两站电网调度机构之间并无沟通，且在一定程度上受电网安全稳定运行控制需要，两站调度机构未及时对两站发电计划一并调整，依靠当前电站运行调度台申请和流域集控中心实时协调的方式，常年频繁申请调度调整负荷较难奏效。

例如2017年7月一天夜班期间，桐子林水电站根据调度指令共调整全站负荷16次，集控中心根据实时负荷下发闸门操作命令单11份，共操作泄洪闸门18次；2017年11月1日白班期间，桐子林水电站由于负荷申请一直未得到省调批复，导致水位下降至最低水位1 010.06 m，后不待调度指令将负荷由360 MW减至200 MW，最终控制水位在1 010.06 m；2017年11月24日夜班期间，发电计划仅为20 MW，由于处于振动区且20 MW对应的发电流量小于生态流量（422 m3/s），桐子林水电站中控室多次申请调整负荷一直未得到省调批复，最终不待调度指令将负荷调整至50 MW运行。多方因素导致桐子林水电站水/电协调调度不理想。

目前桐子林发电计划按比例系数的方式与二滩计划负荷进行匹配，即二滩96点日计划除以系数得出桐子林发电计划。比如二滩全天计划负荷为2 100 MW，比例系数取7，则桐子林全天计划为300 MW。这种方式最大的优点是简单，缺点也是因为简单，忽略了许多因素，造成不能做到完全匹配。造成不匹配的原因很多，有二滩因素，也有桐子林因素；有曲线误差因素，也有水头变化因素，其中最主要的是桐子林水头变化因素，因为桐子林耗水率受水头变化影响非常明显。

为了便于说明问题，表1列出了桐子林单机带100 MW负荷时不同水头下的对应发电流量。

由表1可见，100 MW负荷对应不同水头下流量差最大达132 m3/s，随着总负荷的增加，不同水头下流量差也相应增加。如果桐子林在平均水头23 m时与二滩匹配，那么在平均水头21 m时100 MW负荷对应的流量偏差约43 m3/s，对桐子林的影响是水位以约3 cm/h的速度下降。如果桐子林总负荷300 MW，则水位以9 cm/h的速度下降，24 h降幅2.16 m。因为忽略了一些因素，实际降幅将远远大于2.16 m。逻辑是这样的：随着水位的下降，水头下降耗水率增加，尾水位抬高，水头下降，耗水率增加……，这是一个水位不断加速下降的循环过程。反之，水位上涨的过程也是加速上升的过程。上述分析说明，因为水位在实时变化，按照比例系数制定桐子林发电计划时无法提前预知运行水位和水头，在水位1 012 m附近和在1 014 m附近运行都是可能的，可最终结果却截然不同，桐子林完全按照发电计划执行是不可持续的，执行一段时间后，必然会进行计划调整。

表1 桐子林单机100 MW不同水头下发电流量表

现在的问题是，能不能做到桐子林和二滩计划负荷的完全匹配或更好的匹配呢[7-8]？理论上是可以的，但实际效果未必好，且实现难度也比较大。假设二滩和桐子林的各种曲线精度足够高，安宁河流量足够稳定，以桐子林水位固定为约束条件，使用计算工具计算出与二滩计划匹配的桐子林计划是可以做到的。因为桐子林水位固定不变，所以确保了桐子林发电计划的唯一性；同样因为桐子林水位固定，保证了桐子林和二滩各时段的流量匹配，有利于桐子林水位的平稳以及抬高桐子林运行水头，提高了安全性和经济性。之所以理论上可行，是因为以上方法是建立在一系列假设条件上的，以目前的曲线精度还很难达到能精准控制桐子林水位的程度，况且，能不能得到上级调度的支持也是问题，更关键的是，二滩并不会完全按照发电计划发电，临时调整发电计划时有发生，因此，实际效果很难预料。

3.2 二滩发电计划时有调整

枯期，二滩发电计划临时调整比较频繁，为了便于说明问题，对某年1月份二滩发电计划临时调整情况进行了统计，如表2。

表2 二滩1月份发电计划临时调整统计

从表2统计数据可以看到，1月份上级调度共计72次下令修改计划，计划修改时段累计1 078个，折合269.5 h，占1月份总时间的36%；31 d中共有23 d修改计划，占比74%；负荷调整范围为最多减少450 MW，最多增加300 MW，以二滩平均耗水率2.33 m3/kW·h来算，450 MW 对应流量 291 m3/s，对桐子林的影响是水位下降20 cm/h；300 MW对应流量194 m3/s，对桐子林的影响是水位上升14 cm/h。无论从二滩计划修改的频次、累计时间，还是对桐子林的影响来看，都不可忽视。

从计划执行和对桐子林影响的角度看，二滩计划临时调整比较频繁，但从二滩在电网系统中的作用和自身纵向对比来看，调整是正常的，甚至是大幅减少的。寄希望于二滩像锦官一样保持高度的计划性有些不切实际，因此，解决二滩负荷临时调整对桐子林造成影响这个问题，还是应该从桐子林自身入手。解决这个问题似乎也很简单：桐子林也跟着进行计划临时调整就可以了。可实际情况要复杂一些，二滩和桐子林分属不同的调度机构，桐子林的频繁负荷调整并不总能够获得上级调度的支持和理解，特别是调度员事务繁忙和负荷调度困难时，频繁的负荷调整申请会被调度当做“添乱”，有时对电站的申请不予理会或直接拒绝，使桐子林水位控制陷入困境。

3.3 桐子林计划负荷调整受阻

枯期弃水一般不被允许，负荷调整成为桐子林水位控制的主要方式，但有时负荷临时调整申请会被上级调度拒绝。当负荷调整被拒绝后，运行值班人员会作出最后的种种努力，比如向调度反复汇报桐子林的最新危急形势、后续风险和应对措施，反复申请负荷调整等方式。通过重重努力，有时在最后的关键时刻调度同意了；但有时始终不同意，导致最后被迫弃水。

调度员不同意的原因大概有“调整有困难”和“申请太频繁”。对于系统原因导致负荷调整有困难，这个实在无能为力，我们应当理解和支持。而对于“申请太频繁”，我们可以设法努力减少负荷调整的频次。其实在努力减少负荷调整频次这个问题上，集控和电站一直是这么做的，而且还在不断努力提高要求。但是后来发现调度员与我们在这个问题的理解上有分歧：我们以能够做到尽量长时间不再调整为目标，经过计算得出的负荷调整时机，桐子林水位往往不在上下限附近，甚至还有点远，在调度员看来，离水位越限还差得远，此时进行负荷调整，纯属“添乱”。为此，集控与上级调度机构进行了沟通，消除了分歧，理顺了后续工作流程和要求，双方获得了一致理解和支持。集控和桐子林电站确定了尽量减少调整申请频次，努力避免夜间调整申请和紧急情况下电话联系申请的工作指导原则，从实际效果看，达到了预期目标。可见，充分的沟通是十分必要的。

调度员曾经提出通过减少二滩负荷的方式来控制桐子林水位，避免弃水，虽然可行，但这是一种不经济的方式。因为二滩和桐子林的发电耗水率相差非常大，通过桐子林增加100 MW负荷即可解决的问题，却需要二滩减少770 MW才能解决，并不划算，如果经常如此，对二滩电量必然产生影响。

4 应对措施

（1）尽快推动桐子林水电站水调、电调统一[9-10]，加强对水库水位控制的同时，保证机组运行水头维持在高位，避免机组出力受限。

（2）促成两站调度机构统一，实现两站经济调度。

（3）加强两站负荷计划制定环节的精准性。在两站发电负荷计划制定上，加强与两站调度机构的沟通，进一步提高两站负荷计划的匹配度，避免在运行过程中出现偏差，增加联合运行影响因素。

（4）加强与二滩水电站的信息互通，丰平过渡期（一般在10月～11月），二滩电站维持高水位且入库流量大于发电流量时，申请采取二滩间歇性补水的方式来控制水库水位。

（5）在水位下降预计接近水位下限时，通过调整负荷或泄洪闸门运行方式等措施，及时扭转水位下降趋势，防止水库水位越下限。

（6）在机组出力受限时，合理分配各机组负荷，确保机组在最优工况运行，同时应加强与调度的沟通，确保全站负荷下发值处于合理范围，防止发生电量考核。

（7）加强与调度机构和集控中心的多向沟通，定期研讨，增进理解，优化调度方式，紧密协作。争取上级调度同意桐子林在计划曲线上下偏差一定范围内进行自行调整，可一举解决上述3个方面的问题，而且还有诸多益处：①如果能允许在计划曲线偏差20 MW范围自行调整，就有大约200 m3/s的自由调节手段，足以解决二滩和桐子林计划不匹配造成的桐子林水位控制问题；②即便二滩负荷频繁调整，只要调整幅度不是太大，足以自行应对；③桐子林不再需要频繁向上级调度申请调整负荷，减少了桐子林和调度员的工作量；④水位可自行灵活控制，便于水位的稳定，提高安全性；⑤便于自行控制桐子林水位，抬高平均运行水头，提高水能利用效率，提高经济性。

5 结语

桐子林水电站投产运行以来，受电网调度模式、水库水位、设备故障、运行方式、下游河道安全等因素的影响，曾出现机组不能按照计划发电或者不能在潮流断面有调节余量时带大负荷运行的情况，造成电量考核或者不能多发电等现象发生。因此，总结二滩和桐子林电站的联合运行调度经验，加强与两级调度的沟通和协调，对提高桐子林水库安全运行大有裨益。