向家坝电站切机事件下应急补水边界条件分析

2021-08-04韩媛媛邹泽华

水电与新能源 2021年7期

韩媛媛，邹泽华，赵全

(三峡水利枢纽梯级调度通信中心成都调控部，四川成都 610094)

向家坝电站是金沙江下游梯级电站的最末一级，下游连接天然河段，其出库流量变化对下游水位影响较大[1]。为保证下游航运安全，电站实时调度过程中，需控制下泄流量的变幅和速率，当电站发生切机事件时，下泄流量大幅减少，需要迅速开启泄水设施进行应急补水操作，使下游水位变幅在航运要求的范围内[2]。《金沙江向家坝水电站水库运用与电站运行调度规程(试行)》规定，向家坝下游最高通航水位277.25 m，相应下泄流量12 000 m3/s，最低通航水位265.8 m，相应下泄流量1 200 m3/s。向家坝电站日调峰运行时，要控制下游水位最大日变幅不超过4.5 m/d，最大小时变幅不超过1.0 m/h。2013年，交通运输部办公厅从航道畅通与航运安全考虑，进一步要求向家坝电站最小下泄流量按不低于1 500 m3/s控制，下游水位最大日变幅不超过3 m/d。考虑向家坝电站投产后下泄水流对下游河道的冲刷，结合近2年的调度经验，实时调度过程中电站最小下泄流量一般按1 700 m3/s左右控制，对应电站发电出力约1 700 MW[3]。

2019年2月至5月，向家坝电站共发生三次切机事件，分别是：2月某日21:59，向家坝左岸安控装置动作切除1号机；4月某日13:02，向家坝左岸安控装置动作切除1号机；5月某日22:57，向家坝左岸安控装置动作切除2号机。三次事件中，电站调控人员通过判断，在未进行应急补水的情况下保证了下游水位小时变幅不超过1.0 m/h。三次事件虽起因相同，但事件发生前后电站运行情况各不相同，事件处置过程也有所差别，对以上三次事件进行分析总结，可为电站调控人员处置同类型事件提供参考依据。

1 2月某日切机事件

2月某日21:59，向家坝左岸安控装置动作切除1号机，减少出力710 MW。切机前，向家坝左、右岸电站各2台机组运行，电站从21:45开始按计划调减出力。切机后，向家坝左岸AGC退出，按电网要求暂停出力调整；向家坝右岸AGC正常投入，仍在按计划调减出力，至22:28分按电网要求退出，停止出力调整。切机前水情信息如表1所示。

表1 2月某日切机前电站水情信息表

此次事件中，向家坝电站负荷调减分为三个阶段，共43 min。第一阶段：21:45至21:59，按计划调减出力120 MW。第二阶段：21:59安控装置动作切机，减少出力710 MW。第三阶段，21:59至22:28，右岸AGC按计划调减出力270 MW。三个阶段共调减出力1 100 MW，引起的下游水位最大小时变幅0.84 m。事件前后，向家坝电站出力与下游水位变化曲线如图1所示。

图1 2月某日向家坝电站出力与下游水位变化曲线图

分析事故前后的数据，从图1可以看出，22:24至23:11约46 min时间内，向家坝电厂出力基本保持不变，但该时段下游水位依然在降低，说明向家坝电厂的出力调整对下游水位的影响是一个持续的过程，水位变化所需时间较长，即便出力调整完毕仍需继续加强对下游水位的监视。

2 4月某日切机事件

4月某日13:02，向家坝左岸安控装置动作切除1号机，减少出力700 MW。切机前，向家坝左、右岸电站各2台机组运行。另外，在11:30至12:00，向家坝电厂已按计划调减出力800 MW。考虑下游水位的连续变化过程，将两次出力变化过程放在一起分析。出力变化前的水情信息如表2所示。

表2 4月某日切机前电站水情信息表

第一次出力调减：11:30至12:00，向家坝电厂按计划调减出力800 MW，引起的下游水位变化持续至12:57，期间下游水位降幅约0.76 m，最大小时变幅约0.67 m。第二次出力调减：13:02，向家坝左岸安控装置动作切除1号机，瞬间减少负荷约700 MW。切机前，向家坝电厂总出力2 420 MW，左、右岸电站各2台机组运行。切机后，与电网确认立即将左岸出力调整至750 MW，右岸为满足系统稳定要求立即将出力调整至1 000 MW。因此切机后向家坝全厂出力调整为1 750 MW，比切机前减少670 MW，至14:15向家坝电厂恢复至切机前出力2 420 MW，期间引起的下游水位降幅约0.7 m，最大小时变幅约0.67 m。11:30至14:15，向家坝电站出力与下游水位变化曲线如图2所示。

图2 4月某日向家坝电站出力与下游水位变化曲线图

此次事件过程中，两次出力调减间隔1 h，切机发生时下游水位已趋于平稳，切机对下游水位造成的影响基本不受第一次出力调减的影响，在没有进行补水操作的情况下保证了下游水位小时变幅在1 m以内。但若两次出力调减间隔很近，对下游水位的影响会叠加在一起，造成下游水位快速下降，必须第一时间进行补水操作。另外，切机发生后，向家坝电厂的出库流量已接近1 700 m3/s，且下游水位较低接近航运要求下限265.8 m，此时若再发生异常减出力的情况，也必须第一时间进行补水操作。

3 5月某日切机事件

5月某日22:57，向家坝左岸安控装置动作切除2号机，减少出力710 MW。切机前，向家坝电站出力2 820 MW，左、右岸电站各2台机组运行。切机后31 min，即23:28向家坝电站恢复出力至2 820 MW。出力变化前的水情信息如表3所示。

表3 5月某日切机前电站水情信息表

此次切机事件中，向家坝电站出力恢复较快，此时下游水位的下降趋势还未调整到位，出力恢复后，下游水位随即上涨，期间下游水位最大降幅约0.38 m。事件前后向家坝电站出力与下游水位变化曲线如图3所示。

图3 5月某日向家坝电站出力与下游水位变化曲线图

4 应急补水边界条件分析

以上三次向家坝电站切机事件均发生在电站枯水期(11月至次年5月)，枯水期向家坝电站不泄洪，下游水位变化主要受电站出力变化的影响[4]。在不同出库流量等级下，减少相同出力引起的下游水位变化不同。表4为2015年向家坝电站调峰试验所得的在不同出库流量等级下，小时出力调减量引起的下游水位小时变幅，是电站调控人员判断是否需要应急补水的重要参考。

表4 不同出库流量等级下小时出力调减量引起的下游水位小时变幅表

综上，可以得出向家坝电站发生切机事件时的应急补水边界条件：①当向家坝电站运行机组台数大于等于4台，发生切机事件时，若切机台数为1台，切机后电站下泄流量不低于1 700 m3/s，下游水位不低于265.8 m，可以不进行补水操作，下游水位小时变幅满足航运要求，但若切机前1 h内电站已有较大的出力调减，切机后必须马上进行补水操作；②若切机台数超过1台，切机后必须马上进行补水操作。电站调控人员判断是否进行应急补水的流程如图4所示。