二滩水电站水库优化调度及经济运行实践

二滩水电站水库优化调度及经济运行实践
缪益平 蹇德平 陈国春

( 二滩水电开发有限责任公司，四川成都 610051)
摘要：二滩水电站是以发电为主的大型水力发电枢纽，自 1998 年投入运行以来，累计发电量已超过 l 240 亿 kW ·h ，为川渝地区经济发展作出了巨大的贡献。对二滩水电站水库优化调度及经济运行实践情况进行了分析。为了给雅砻江流域梯级水电站群联合优化调度积累经验，对二滩水电站在推行水库优化调度、降低机组耗水率等方面而采取的一些行之有效的措施作了简要介绍。
关键词：水库；优化调度；经济运行；二滩水电站
中图分类号： TV697 ． 11 文献标识码： A

1 概述
二滩水电站位于四川省西南部攀枝花市境内的雅砻江下游，距雅砻江与金沙江的交汇口 33 km ，是以发电为主的大型水力发电枢纽；坝型为混凝土双曲拱坝，最大坝高 240 m ，是中国已建成的最高坝，在世界同类型坝中居第 3 位。水电站装机容量 330 万 kW ，多年平均发电量为 170 亿 kW ·h 。水库正常蓄水位 1 200 m ，总库容 58 亿 m 。，调节库容 33 ． 7 亿 m ，为季调节水库。 1987 年 9 月，开始进行二滩水电站施工的前期准备工作； 1991 年 9 月 14 日，主体工程开工； 1993 年 11 月 26 13 ，二滩水电工程实现大江截流； 1998 年 5 月 1 日，水库开始蓄水；同年 8 月 18 Et ，第 1 台机组并网发电； 1999 年 l2 月，二滩水电站工程全部建成投产。
自投产以来，二滩水电站一直担负着系统调频、调峰、调压和事故备用任务， 80 ％以上的运行时段作为川、渝电网第一调频和调峰电厂。低谷时，电厂机组进相调压，为提高电网的安全运行水平和电网频率、电压合格率起着不可替代的作用，也大大改善了系统的供电质量和运行条件，使川、渝电网的频率合格率达到了 99 ． 99 ％ ，电压合格率提高了 3 ％。二滩水电站建成抗入运行，改变了川渝地区多年缺电的局面，对充分合理利用四川水能资源，促进川渝地区经济持续健康发展做出了巨大贡献。
2008 年是二滩水电站建成投产 l0 周年，在这过去的 10 a 里，二滩水电站运行之路历经坎坷。建成投产初期，由于 JiI 渝电力市场需求、输出线路等因素影响， 1998 ～ 2001 年发电能力利用率为 56 ％。在中央和地方政府的关注和支持下， 2002 年开，起二滩水电站年计划发电量达 146 亿 kW ·h 。 2003 ～ 2005 年二滩水电站取得了良好的发电效益，其中 2004 、 2005 年节水增发电量分别为 4 360 、 2 370 万 kW ·h 。 2006 年二滩水电站水库遭遇了自 1953 年以来雅砻江流域来水特枯年份， 2007 年来水持续偏枯，二滩水电站实际发电量连续 2 a 没有达到 146 亿 kW ·h 。面对不利因素，二滩水电开发有限责任公司加强了对二滩水电站的经济运行管理，增加发电量，力争在 2008 年使发电量取得新的突破。
2 推行水库优化调度，动态控制水库水位二滩水电站水库发电调度原则是，在满足电力系统要求的条件下，充分合理地利用水量与水头，尽可能多地增发电量，取得最好的经济效益。公司为此积极采用优化调度方法来挖掘二滩水电站经济运行的潜力，一方面，以水电站发电量最大化为目标，在协调好电网、防汛管理部门与二滩水电站之间各方面关系的基础上，充分发挥水库调节性能，提高发电效益；另一方面，当二滩水电站受制于短期电网负荷需求，无法实现中长期发电量最大化目标时，二滩水电站以耗水量最小为目标，安排机组运行发电。
二滩水电站水库优化调度是以长、中、短期三者优化调度紧密结合为主，长期优化调度是在分析历史径流资料，对水库来水做中长期预报的前提下，推求二滩水库年内逐月水位控制目标；中期优化调度是将长期优化的目标进一步细化，结合实际来水情况，对水库来水滚动 ( 旬、日 ) 预报，并依据电网实际负荷需求调整逐句 ( 日 ) 水库运行发电计划；经过电网每日的负荷分配及电力系统限制进行校正，可得出短期优化调度的目标，即峰平谷的电量分配 。
2 ． 1 汛期 (6—1O 月 ) 水库优化运行
雅砻江流域来水丰富，根据所进行的径流系列分析，二滩水库汛期 6 ～ t0 月来水量占据全年来水总量的 76 ． 6 ％ 。二滩水库在设计方案是设计为不承担上下游的防洪任务，也无防洪限制水位。由于泄洪能力大，在原设计方案中，二滩水库为高水位运。后来，结合调度经验，对二滩水库汛期运行方式进行了研究。结果表明，在确保水库蓄满水和完成发电计划的前提下，适当降低水库汛期的运行水位，可以提高水库调度的主动性和灵活性，减少泄洪闸门的操作频次和有效库容淤积，有利于合理分摊泄量，保证大坝及枢纽工程安全度汛，同时，还可获得较好的发电量效益。
随着雅砻江流域水电开发工程的深入，对二滩水库的运行要求也在不断提高。 2007 、 2008 年为了兼顾雅砻江流域在建电站防洪安全，对二滩水电站水库汛期运行方式进行了深入的分析研究，根据不同来水情况，研究了汛期运行水位的动态控制过程，确定蓄水时机，以便在确保安全防洪度汛的前提下，完成发电任务和保证汛末蓄满水库。
2 ． 1 ． 1 6 月份的水位控制
对二滩水库运行资料进行的分析表明， 5 月中旬，库水位消落至死水位 1 155 ． 0 m 左右为宜。雅砻江雨季大部分在 5 月下旬开始，此时来水逐渐增加， 5 月底水位逐渐』二升至 1 160 ． 0 m 左右。根据水轮机运转特性曲线，在库水位达到 1 185 m 时，可满足额定水头 165 m 的要求，且能避免机组容量受阻，满足电网调峰、调频的要求。计算表明，当 6 月底水位分别控制在 1 185 、 1190 m 时，二滩水电站汛期 6 月上句至 7 月上甸多年 均发电量分别为 19 ． 44 、 18 ． 86 亿 kW ·h 。 6 月未发生弃水，月底库水位不宜过高，在满足机组发电水头的前提下，充分利用水量发电，可获得较好的发电效益；当发生弃水时，适当提高库水位，首次泄洪时，将水库水位控制在 1 190 m ，以中孔泄洪为主，这样有利于排沙和减少有效库容淤积。 6 月底，则应将水位控制在 1 185 ． 0 ～ 1 190 ． 0 m 。
2 ． 1 ． 2 7 、 8 月份的水位控制
7 、 8 月份，雅砻江流域处于主汛期，二滩水电站来水较大，水头高，并出现弃水。根据计算分析， 7 、 8 月底，二滩水库水化
应按 1 19o m 或 1 197 nl 控制，这样对二滩水电站 7 、 8 月的发电量影响不大。
7 、 8 月属于雅砻江主汛期，为掌握洪水调度的主动权，减少闸门启闭次数，宜将二滩水库水位控制在 1190 ． 0 ～ l197 ． 0 nl 的范围内。
2 ． 1 ． 3 9 、 10 月份的水位控制
9 月是汛后蓄水的关键时期，水库运行方式直接关系着二滩水库汛末能否蓄满水库。设置 9 月初不同的起调水位，考虑二滩水电站在 9 月上旬至 10 月中旬各旬送出的负荷为月平均最大出力 300 万 KW( 月平均负荷率采用 0 ． 92) ，以此来研究二滩水库的蓄水时机和蓄满率问题。
针对 9 月初设置 1180 ． 0 、 1181 ．， 1182 ． 0 ， ⋯ ， 1 200 ． 0 m 共 21 个不同蓄水方案，根据 1958 ～ 2006 年 9 月上旬至 l0 月中旬共 49 a 的汛后各旬入库径流资料进行了计算分析。结果表明，当二滩水电站水库 9 月初运行水位在 1 190 ． 0 nl 以上时，二滩水库在 9 月底蓄至正常蓄水位 1200 ． 0 m 的蓄满率均在 82 ％以上；按照蓄满率最大的原则，二滩水库蓄满水库的最佳时机在 9 月下旬。 9 月底应将水位控制在 1 200 ． 0 m 左右。
10 月为雅砻江副汛期，来水逐渐减少， 10 月下旬来水平均出力不足 300 万 KW ，可按来水发电。 10 月份，水库可以维持在正常蓄水位 1 200 ． 0 m 运行。
对二滩水库汛期水位采取控制措施后，为二滩水电站水库优化调度工作发挥了巨大的作用。比如： 2006 年、 2007 年雅砻江连续遭遇偏枯来水，二滩水电站均能在满足电力系统需求的情况下，圆满完成汛末水库蓄水任务。
2 ． 1 ． 4 汛期发电效益
随着二滩水电站送出线路的建设，二滩送出负荷极限得到逐步提高。 2001 年，二滩水电站最大负荷为 250 万 kW ； 2002 年 4 月，二滩水电站安全稳定装置投入运行，使送出负荷提高到 270 万 kW ； 2002 年底，二石线 500 kV 线路投运，将送出负荷提高到了 290 万 kW ； 2007 年 6 月，随着送出线路串联补偿装置及二石二线竣工，二滩最大负荷限制达到了 330 万 kW ，满足设计出力水平。
二滩水电站负荷送出瓶颈的逐步化解，为二滩水电站水库汛期优化调度提供了有利条件。二滩水电站日最大发电量从 6 908 万 kW ·h 逐步提高到 7 673 、 7 848 万 kW ·h ，直至提高到 7 962 万 kW ·h ；月最大发电量从 20 ． 1 亿 kW -h 提高到了 20 ． 45 亿 kW ·h ，直至提高至目前的 22 ． 55 亿 kW ·h 。由此可见，汛期优化调度效益显著。
2 ． 2 枯平期水库优化调度
枯平期，即 11 月至次年 5 月，雅砻江流域退水规律明显，径流预报精度较高，为二滩水库优化调度提供了有利条件。原则上， 11—12 月份，二滩水库要求尽量维持在高水位运行，充分利用高水头，按照来水发电。 1 ～ 5 月均匀消落水位， 5 月中旬消落
至死水位。
为实现二滩水电站 2008 年 1 ～ 5 月水库优化调度，二滩水电开发有限责任公司组织对优化调度方案进行专题研究。结合电力系统的电力需求，以枯期发电量最大为目标，采用动态规划方法推求各旬末的水库水位控制过程，以指导二滩水电站水库运行。
二滩水电站水库 2008 年初的水位为 1 196 ． 71 m ， 1 月底为 l 187 ． 94 m ，降幅为 8 ． 77 lit ； 2 月末，水位为 l 178 ． 09m ，降幅为 9 ． 84 m ； 3 月底，水位消落至 1 165 ． 75 m ，降幅达 12 ． 34 m 。而 2007 年 3 月底，二滩水库水位为 1 169 ． 82 m ，相比之下， 2008 年第一季度的二滩水库水位消落较快。 4 月底水位为 1 160 ． 25m ，水位降幅为 9 ． 57 m ，水位基本符合控制 L1 标。经二滩水电开发有限责任公司与电力调度部门积极协调、共同努力， 2008 年 5 月 3 日 18 时，水位消落至 1 155 ． 39 m ，逼近死水位，成功完成了二滩水电站水库 2008 年汛前供水发电任务。 2008 年 1 ～ 5 月，二滩水电站发电量为 39 ． O9 亿 kW ·h ，比 2007 年同期 ( 发电量为 36 ． 53 亿 kW ·h) 增加了 2 ． 56 亿 kW -h 。 2008 年 1 ～ 5 月库水化的合理消落，有效降低了发电耗水率。
3 降低机组耗水率，加强厂内经济运行管理通过对历年耗水率进行分析，发现二滩水电站厂内负荷分配不尽合理是导致二滩水电站枯水期耗水率增大的主要原因，为此，通过进一步落实精细化管理，制定降低耗水率的技术措施，优化设备运行方式，加强设备状态分析，以提高设备的可靠性、稳定性及机组的等效利用率。同时，还开展了加深机组进相深度、减少机组空转耗水的试验研究工作，并加大对设备的巡查和日常维护保养力度，以提高设备检修质量，保证设备完好率。
二滩水电站厂内经济运行主要是在系统负荷给定的条件下，根据机组工作特性及运行经验，判断可投入机组发电效率的高低。
通过 AGC 自动发电控制系统，减少机组空载耗水，合理安排工作机组投入的次序、投运机组组合及机组负荷分配，实现厂内耗
水量最优化控制，从而提高二滩水电站的发电量。
随着电网建设的推进，四川 500 kV 电网结构发生了重大变化，枯期系统无功过剩问题更加突出，在枯水期小负荷运行方式下，二滩水电工程进相调压任务艰巨。二滩水电开发有限责任公司积极开展机组优化运行、节水增发电工作，多次召开有关节
水增发电的专题会议，协调解决二滩枯水期优化运行方式。经过积极努力，四川省调度中心 2007 年 2 月调整了二滩机组低励
限制整定值，枯期减少一台机组空转，使节水增发电工作取得了一定的效果。图 1 为二滩水电站 2007 年枯平期耗水率分布情
况。
3 ． 1 机组空转时间大大缩短
以单机负荷小于 6 万 kW 为空转统计， 2007 年 1 ～ 3 月份，机组累计空转时间为 491 ． 2 h ，比 2006 年同期机组累计空转时
间 (605 ． 07 h) 减少了近 113 ． 87 h ，尤其是 2007 年 3 月份，机组空转时间减少了 68 ． 77 h(2007 年 3 月机组空转时间为 122 ． 2h ， 2006 年 3 月机组空转时间为 190 ． 97 h) 。
3 ． 2 机组耗水率降低
以 2007 年 5 月 14 Et 二滩水库降至死水位运行为界，根据 2006 年及 2007 年 1 月 1 日～ 5 月 14 习逐日平均水头及耗水率，经统计，得到在相同水头级别运行下的平均耗水率。对 2006 年、 2007 年在 185—149 m 水头段相应的耗水率进行了分析，结果表明，当水头降至 170 m 以下 (2007 年 2 月 19 日以后 ) 时，相同水头下 2007 年的耗水率明显低于 2006 年的耗水率水平。
4 结语
截止 2007 年底，四川省电力系统总装机容量为 2 450 ． 9 万 kW ，其中，水电站装机容量为 1 377 ． 2 万 kW ，二滩水电站大约占四川省水电总装机容量的 24 ％。二滩水电站的水电容量也在逐步得到利用，其在川渝电网中的骨干作用和在川渝地区经
济发展中的支撑作用已明显显现。
十年磨一剑。在二滩人的共同努力下，二滩水电站在水库优化调度及经济运行实践方面走出了一条科学发展的道路。如何推行雅砻江梯级电站联合优化调度运行，充分发挥梯级电站补偿效益及库容效益，为国家经济发展提供优质电能，将是水电站经济运行研究所面临的课题。