蒲 瑜

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川省成都市 610051）

錦屏一、二級水庫聯(lián)合調(diào)度運行關(guān)鍵技術(shù)探討

蒲 瑜

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川省成都市 610051）

本文介紹了錦屏一、二級水庫“首尾相連”運行特點，研究給出了兩庫聯(lián)合運行調(diào)度模型及錦屏二級水庫理想控制水位，分析了兩庫聯(lián)合調(diào)度運行極端工況運行風(fēng)險和控制措施，并根據(jù)兩級水庫運行的實際情況提煉出了兩庫聯(lián)合調(diào)度運行關(guān)鍵技術(shù)；同時根據(jù)實際運行情況可以看出，本文所總結(jié)的相關(guān)技術(shù)措施切實可行，符合水庫運行規(guī)律并滿足水庫安全要求。本文所分析的兩級水庫聯(lián)合調(diào)度的運行技術(shù)也可供同類型水庫電站在實際運用中作為參考。

錦屏一；二級水庫；聯(lián)合運行；關(guān)鍵技術(shù)；首尾相連

0 引言

“首尾連接”的流域梯級水庫系統(tǒng)，水流在兩庫間基本不存在遲滯時間，水力聯(lián)系十分緊密。與常規(guī)梯級水庫系統(tǒng)相比，該類梯級水庫系統(tǒng)調(diào)控運行存在明顯差異。本文以雅礱江流域下游錦屏一、二級水庫系統(tǒng)為例，分析該類梯級水庫聯(lián)合調(diào)度運行特點及典型異常工況下的運行風(fēng)險，提出正常及異常運行工況下的運行關(guān)鍵技術(shù)，供同類型水庫參考。

1 錦屏一、二級梯級水庫系統(tǒng)及聯(lián)合調(diào)度模型

1.1 水庫系統(tǒng)特點

錦屏一、二級電站位于流域下游錦屏大河灣上，兩站特征參數(shù)如表1所示。其中錦屏一級利用305m雙曲拱壩攔蓄水流發(fā)電，其水庫調(diào)節(jié)庫容49.1億m3，具有年調(diào)節(jié)能力[1]。錦屏二級在靠近錦屏一級壩址下游建攔河閘壩，該壩攔蓄錦屏一級出庫水流形成錦屏二級水庫，通過長16.67km的引水隧洞將干流河道截彎取直，獲取約310m水頭發(fā)電，二級水庫調(diào)節(jié)庫容496萬m3，基本無調(diào)蓄能力。兩庫“首尾相連”且?guī)扉g無支流入庫，因此庫間水流遲滯時間及區(qū)間流量均可忽略不計。此外，錦屏二級引水隧洞使得雅礱江干流約150km的錦屏大河灣成為減水河段，為降低對生態(tài)環(huán)境的影響，錦屏二級需向減水河段泄放指定的生態(tài)流量[2]。

表1 錦屏一、二級電站水庫調(diào)度典型參數(shù)

1.2 流域水庫聯(lián)合調(diào)度模型

雅礱江梯級水庫系統(tǒng)采用中長期優(yōu)化與短期優(yōu)化相結(jié)合的運行模式，中長期優(yōu)化依據(jù)流域徑流來水預(yù)測結(jié)合強調(diào)蓄能力水庫運用計劃，以棄水流量最小、流域蓄能最高為目標(biāo)獲取流域中長期優(yōu)化調(diào)度計劃，弱調(diào)蓄能力水庫保持高水位運行。短期優(yōu)化則以中長期優(yōu)化成果為依據(jù)，在滿足電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行需求，且兼顧梯級水庫運行安全的前提下，盡量減少棄水，提高水能利用率，增加流域發(fā)電效益，適合采用梯級末期蓄能最大模型，其表達式如下[3]：

該模型考慮了梯級電站水頭差異，其約束條件主要有：

（1）機組運行約束，如機組最大、最小出力，不可運行區(qū)限制等。

（2）電站運行約束，如電站過水能力限制，最大裝機容量限制，可運行臺數(shù)限制，電站出力受阻限制等。

（3）水庫運行約束，如庫水位上下限，水量平衡約束等。

（4）電量平衡約束。

（5）其他約束，如錦屏二級向減水河段下泄最小生態(tài)流量限制約束等。

1.3 錦屏一、二級聯(lián)合調(diào)度模型

因錦屏一、二級水庫“首尾連接”且錦屏二級水庫基本無調(diào)蓄能力，流域梯級水庫聯(lián)合調(diào)度過程中可將兩個水庫作為一個整體考慮，即將錦屏一級水庫納入流域中長期及短期優(yōu)化調(diào)度計算，錦屏二級則根據(jù)錦屏一級保持入出庫水量平衡即可。由于錦屏一、二級均為大容量機組，錦屏二級入出庫流量與可調(diào)庫容匹配度較差，在電站設(shè)備或系統(tǒng)故障等情況下，錦屏一、二級電站間水力平衡被打破，庫容較小的錦屏二級水庫水位快速升降，給水庫安全運行帶來極大風(fēng)險，如應(yīng)急調(diào)控不當(dāng)則可能發(fā)生水庫漫壩或拉空等重大事故。因此錦屏一、二級水庫調(diào)度過程中，除錦屏一級參與流域聯(lián)合優(yōu)化計算外，還需考慮錦屏二級安全運行裕度目標(biāo)，其表達式如下：

式中：Vmax——錦屏二級水庫運行水位上限對應(yīng)庫容；

Vi——錦屏二級水庫運行水位對應(yīng)庫容；

Vmin——錦屏二級水庫運行水位下限對應(yīng)庫容。

顯然該表達式為二次函數(shù)，其最大值為一階微分為零時的庫容值，即在Vi等于Vmax、Vmin算術(shù)平均值處取得最大值，根據(jù)庫容水位曲線查詢該庫容對應(yīng)的水位即為理想運行水位。其物理含義為錦屏二級庫水位運行在附近時，對于可能出現(xiàn)的較大入出庫流量不平衡極端工況，運行人員都有最大的時間安全裕度進行流量重新平衡匹配，最大程度避免水庫漫壩或拉空。根據(jù)表1錦屏二級運行特征參數(shù)，結(jié)合式（2）安全裕度目標(biāo)函數(shù)解，錦屏二級庫水位一般按1643m控制。

2 錦屏一、二級聯(lián)合運行極端工況風(fēng)險分析

根據(jù)前文分析，錦屏一級水庫作為流域下游龍頭水庫參與流域中長期及短期優(yōu)化調(diào)度計算，錦屏二級運行存在較大漫壩及拉空風(fēng)險，庫水位一般按安全裕度函數(shù)理想控制水位1643m控制，同時與錦屏一級出庫匹配，保持入出庫平衡。下面結(jié)合錦屏一、二級水電系統(tǒng)運行實際，對該系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)度運行中的幾種極端工況運行風(fēng)險進行分析。為簡化分析過程，假設(shè)機組運行于額定工況（其余工況可查閱機組發(fā)電流量曲線）、兩站均無棄水，所有泄洪工作閘門處于全關(guān)狀態(tài)，錦屏二級初始水位為1643m。

2.1 錦屏一級解列（1、2臺）工況分析

2.1.1 工況運行風(fēng)險

典型可能導(dǎo)致錦屏一級機組解列的因素有：機變故障跳閘和送出線路跳閘引起安控動作切機。錦屏一級通過三回長約85km的500kV線路送電至錦屏換流站，系統(tǒng)接入點集中且西錦Ⅰ、Ⅱ線除重冰區(qū)約18km外均為同塔雙回，雙線故障跳閘可能性較大，根據(jù)安控裝置故障切機策略，當(dāng)西錦兩回線路故障跳閘時，根據(jù)線路送出功率大小，將切除錦屏一級1～2臺機組，策略詳見表2。

表2 錦屏一級全接線方式下安控切機策略表

當(dāng)錦屏一級一臺機組解列后，錦屏一級發(fā)電流量減小約300m3/s（水頭按220m考慮，下同），由于錦屏一級庫容較大，對水位影響可忽略，對錦屏二級而言，入庫流量減小，庫水位降低，降低速率約為1.29m/h，從初始水位1643m降至死水位1640m需時約139min。一旦到達死水位，則存在嚴(yán)重的水庫拉空風(fēng)險，極端情況下將造成全廠機組強迫停運。因此運行人員必須在該時限內(nèi)采取有利措施遏制錦屏二級庫水位下行，實現(xiàn)錦屏一、二級水電運行再平衡。錦一跳機與錦二水位變化關(guān)系見表3。

表3 錦一跳機與錦二水位變化關(guān)系

2.1.2 控制措施

當(dāng)錦屏一級機組解列后，水庫應(yīng)急調(diào)度的核心是維持錦屏二級入出庫流量平衡來維持錦屏二級庫水位，可采取的措施見表4所示。主要措施有負(fù)荷調(diào)整和泄洪閘門調(diào)整。其中，負(fù)荷調(diào)整措施平穩(wěn)、快速，可為首選；不利因素是可能造成發(fā)電量減少，影響經(jīng)濟效益。調(diào)整泄洪閘門準(zhǔn)備時間長（需經(jīng)開度計算、下達命令單、現(xiàn)場準(zhǔn)備、預(yù)警、通知有關(guān)單位等流程），且存在較多不可控因素，可作為備選措施。

表4 錦一跳機（1、2臺）工況下的錦二水位控制措施

2.2 錦屏二級跳機（1～6臺）工況分析

2.2.1 工況風(fēng)險分析

錦屏二級通過東錦雙線、東天雙線共四回500kV線路接入系統(tǒng)，其中東錦雙線送電至錦屏換流站，為送電主要通道，全線除重冰區(qū)約14km外其余均為同塔雙回走線。根據(jù)安控裝置故障切機策略，當(dāng)東錦雙回線故障跳閘時，根據(jù)全廠送出功率大小，將切除錦屏二級1～6臺機組，策略詳見表5。

表5 錦屏二級全接線方式下安控切機策略表

表6 錦屏二級跳機（1～6臺）工況下的錦屏二級水庫運行風(fēng)險及控制措施

當(dāng)錦屏二級一臺機組解列后，錦屏二級發(fā)電流量減小約220m3/s，原有入出庫平衡將被打破，水庫水位上升，上升速率約為0.95m/h，從初始水位1643m升至控制最高水位1646m需時約189min。如庫水位超過高水位繼續(xù)上行，則錦屏二級將存在嚴(yán)重的水庫漫壩風(fēng)險。因此運行人員必須在該時限內(nèi)采取有利措施遏制錦屏二級庫水位上升，實現(xiàn)錦屏一、二級水電運行再平衡。

2.2.2 控制措施

錦屏二級機組解列后，為維持錦屏二級出入庫的平衡，可采取的措施有：減少錦屏一級負(fù)荷；增加錦屏二級負(fù)荷；同時調(diào)整錦屏一、二級之間的負(fù)荷分配比例；開啟錦屏二級閘門增加下泄流量，詳見表6。

2.3 錦屏一、二級聯(lián)合切機（2～5臺）工況分析

當(dāng)主要送出通道錦蘇直流故障速降負(fù)荷或單、雙極閉鎖時，安控系統(tǒng)也將按切機策略動作切除錦屏一、二級相應(yīng)機組。根據(jù)總切機臺數(shù)，可分別考慮切除2～5臺的各種情況，根據(jù)錦屏一、二級機組輪切原則，考慮被切機組分配情況1+1（錦屏一級切1臺+錦屏二級切一臺，下同）、2+1、2+2、3+2的情況，工況分析及應(yīng)對策略見表7。

表7 錦屏一、二級聯(lián)合切機工況分析與控制措施

3 錦屏一、二級水庫聯(lián)合調(diào)度運行的關(guān)鍵技術(shù)

綜合上述分析，結(jié)合運行實際，錦屏一、二級水庫聯(lián)合調(diào)度運行核心關(guān)鍵在于錦屏一級參與流域中長期及短期優(yōu)化調(diào)度計算，在兼顧梯級廠站運行安全及系統(tǒng)安全的前提下，實現(xiàn)流域梯級發(fā)電利益最大化。錦屏二級則與錦屏一級保持高度水電匹配，盡力將庫水位控制在安全裕度函數(shù)理想控制水位附近運行，為極端工況下水電應(yīng)急匹配再平衡預(yù)留足夠時間裕度，盡力避免水庫漫壩或拉空風(fēng)險，其兩庫聯(lián)合調(diào)度運行關(guān)鍵技術(shù)匯總?cè)缦隆?/p>

3.1 正常運行時的兩庫水電高度匹配

錦屏二級調(diào)控運行過程中按無調(diào)蓄能力處理，庫水位調(diào)控在安全裕度理想水位附近運行，當(dāng)前錦屏一、二級在調(diào)度層面仍視為兩個廠站，計劃負(fù)荷以兩個廠站形式審核下發(fā)并嚴(yán)格執(zhí)行，因此實際聯(lián)合運行中不斷校正兩站機組發(fā)電流量曲線、庫容曲線等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確保兩站調(diào)控計算更接近運行實際，提高兩庫水電匹配度。遠(yuǎn)期考慮爭取調(diào)度兩站以統(tǒng)一負(fù)荷形式下發(fā)執(zhí)行，站間采用AGC分配方式微調(diào)兩站負(fù)荷，進一步提高兩庫水電匹配度。

此外，系統(tǒng)級故障如錦蘇直流故障閉鎖安控裝置動作切機后將使得兩庫水電匹配度受到破壞，兩庫進入極端工況運行。為降低該類故障對兩庫水電匹配度影響，在錦蘇直流安控系統(tǒng)切機策略制定時已申請調(diào)度同意錦官電源組采取優(yōu)切官地，錦屏一、二級輪切的切機策略。

3.2 極端工況下水庫聯(lián)合運行應(yīng)急調(diào)控策略表

兩庫聯(lián)合運行極端工況分析可知，當(dāng)錦蘇直流安控動作切除錦屏一、二級相應(yīng)機組，或者錦屏一、二級廠站有機變故障跳閘時，兩庫原有水電匹配受到破壞進入極端工況運行。以兩站總解列機組臺數(shù)1～5臺的各種情況組合（更多切機臺數(shù)的情況可依此思路類推）為例，根據(jù)錦屏二級庫水位變化趨勢和速率，明確相應(yīng)的處理措施，形成兩庫聯(lián)合運行極端工況下的應(yīng)急調(diào)控策略見表8，實踐證明該應(yīng)急調(diào)控策略表切實可行，極端工況下可快速指導(dǎo)運行人員進行兩庫水電再平衡。

3.3 錦屏一、二級水庫聯(lián)合調(diào)度運行控制系統(tǒng)

由于錦屏二級水庫庫容小，閘門調(diào)整頻繁，在電站“無人值班”模式下，遇系統(tǒng)故障等突發(fā)事件，很難滿足穩(wěn)定控制水位的基本要求，因此，應(yīng)充分考慮自動化技術(shù)在水庫實時調(diào)度方面的應(yīng)用。對于錦屏二級的水庫調(diào)度，根據(jù)前文策略表，可考慮建立聯(lián)合調(diào)度運行控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)自動采集錦屏一、二級當(dāng)前的機組負(fù)荷、閘門開度、庫水位、入庫/出庫流量等信息，進行實時計算和水位預(yù)測，根據(jù)計算結(jié)果，查詢閘門調(diào)整策略表，控制錦屏二級閘門進行自動調(diào)整操作。

閘門調(diào)整策略表應(yīng)充分考慮各種因素和限制條件，至少包括以下幾方面：①閘門的操作及運行方式需滿足水庫調(diào)度規(guī)程規(guī)定；②閘門調(diào)整應(yīng)緩慢平穩(wěn)，每次閘門調(diào)整幅度不宜過大，速度不宜過快，以防止下游流量陡增陡降；③盡量避免閘門頻繁調(diào)整；④兼顧下游官地水位控制要求；⑤具備防誤動檢查和閉鎖環(huán)節(jié)，防止采集錯誤數(shù)據(jù)、計算錯誤等原因?qū)е抡`判誤動出口，必要時增加人工確認(rèn)的環(huán)節(jié)；⑥正確的通信異常判斷及處理環(huán)節(jié)，特別考慮下令期間、操作期間通信中斷和通信恢復(fù)時的處理過程。此外，還需要考慮泄洪預(yù)警和異常情況下集控和現(xiàn)場的應(yīng)急處理流程和策略等配套措施。

水庫聯(lián)合調(diào)度運行控制系統(tǒng)為水庫調(diào)度人員提供策略顯示和自動調(diào)整閘門支持，可有效減小錦屏二級水位控制風(fēng)險和減輕人工作業(yè)量，提高聯(lián)合調(diào)度運行的效率，為電站“無人值班”打下良好基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

錦屏一、二級水庫聯(lián)合調(diào)度運行是一項風(fēng)險較大且復(fù)雜的工作，本文針對錦屏一、二級水庫系統(tǒng)“首尾相連”特點，分析了錦屏二級水庫存在較大漫壩或拉空風(fēng)險，給出了適合該系統(tǒng)的調(diào)度數(shù)學(xué)模型，求解出了錦屏二級理想控制水位。同時以錦屏二級水庫理想控制水位至庫水位運行上、下限時間為目標(biāo)，分析了兩庫聯(lián)合調(diào)度運行極端工況下的運行風(fēng)險并提出了相應(yīng)控制措施，提煉出了適合該系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)度運行的運行關(guān)鍵技術(shù)。實踐表明所提出的運行關(guān)鍵技術(shù)切實可行，可供同類型水庫聯(lián)合調(diào)度運行參考。

表8 極端工況下錦屏二級水庫應(yīng)急調(diào)控策略表

[1] 張勇傳． 水電經(jīng)濟運行原理．中國水利水電出版社，1998，10：87-181．

[2] 陳鵬，余平，蒲瑜．雅礱江流域下游梯級水電站聯(lián)合實時優(yōu)化調(diào)度探討 ． 中國農(nóng)村水利水電，2014．09：180-183．

蒲 瑜（1975—），男，高級工程師，從事流域水電調(diào)控管理工作。

Discussion on key technologies for joint operation of JinPing I & II reservoirs

PU Yu
（Yalong River hydropower Development Company LTD，Chengdu 610051，China）

This paper introduces the head-to-tail connection characteristics of JinPingI&IIreservoirs， gives the mathematical model for joint operation of JinPingI&IIreservoirs and ideal reservoir water level ofJinPin II， analyzes the operation risk and control measures for extreme joint operation of JinPingI&IIreservoirs in extreme working conditions，puts forward the key technologies for joint operation of JinPingI&IIreservoirs. The actual operation result shows that related technologies are feasibleandcan be used for reference in the same type reservoir system.

JinPingI&IIreservoirs；joint operation;key technologies; head-to-tail connection