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1、浅谈穆阳溪芹山、周宁电站节水增发电技术措施 陈信花（闽东水电开发有限公司，福建宁德 352100） 摘要：水电站以“水”为天，来水的多少直接关系到企业的效益，关系到职工的生存问题。在一定的流域面积下，来水是有限的。因此将洪水资源化、水资源利用率最大化成为企业发展的主要任务之一。公司制定节能目标，为实现预定的目标而采取多种措施：开展水利和水能指标复核；建立水调自动化系统；加强设备的运行维护；强化人员的业务素质培训；进行节能的自我考核计算及分析，全员思想上重视、执行上狠抓、措施下猛药，节水增发电工作取得历史性的进展。关键词：节水增发电；措施；优化调度0 引言芹山、周宁电站是闽东水电开发有限公司的两
2、个梯级电站，承担着福建电力系统的调峰、调频等重要任务。为响应国务院“节能减排”的号召，也为提高企业竞争力，公司结合“迎奥运，保发电”的工作要求，公司根据两级电站的实际情况，多措并举，挖掘潜力，在用好有限的水资源下采取有力措施，尽可能的提高水能利用率。1、芹山、周宁水库和电站概况1.1电站概况芹山和周宁水电站属穆阳溪流域，流域面积511，主河道长132，河道平均坡降7.49，芹山、周宁梯级水电站利用落差560。芹山水电站是穆阳溪梯级开发的第一级电站，坝址以上控制流域面积453km2，装机容量7万。1999年12月23日首台机组并网发电，第二台机组于2000年1月24日并网发电。周宁水电站是穆阳溪
3、梯级开发的第二级水电站，装机容量为25万。电站主要向福建省电网供电，承担调峰负荷。为高水头、长引水道位居全国之首的混合式开发电站。1.2 水库概况芹山水库总库容2.65亿，调节库容1.95亿，正常蓄水位755米，死水位707，多年消落水位720米，是具有多年调节性能的“龙头”水库。混凝土面板堆石坝坝顶高程760，最大坝高120，坝顶长259.8。周宁水库总库容0.47亿，调节库容0.32亿，正常高水位633米，死水位610米，属不完全年调节性能。芹山周宁坝址之间的流域面积58。2 开展节水增发电理论研究工作 周宁县水利部门在芹山电站流域内新建一个小水库,其任务是供水、灌溉和发电，通过3km长的
4、有压引水隧洞引水至中游使用，跨过芹山、周宁两座电站，因此芹山、周宁电站目前年径流量与原设计值存在偏差。芹山电站自2000年投运以来已积累了近7年的机组运行数据和水情实时信息，周宁电站近3年的原始数据，故委托武汉大学开展了水能水利指标复核。2.1 多年平均径流量的复核 多年平均径流量的复核方法采用降雨量推求入库流量。以芹山、周宁坝址邻近雨量站七步站为参证站，用芹山坝址以上流域面雨量与七步站修正后的陆地蒸发量，求出年径流，然后按七步站的年内径流分配比例，求得两坝址的逐月径流。2.1.1 降雨资料的处理芹山坝址以上有澄源、镇前、纯池和泗桥四个雨量站。根据1958年2006年纯池、澄源、泗桥、镇前四个
5、雨量站年降雨量资料分析以及和邻近流域雨量站降雨资料分析对比可知，1995年纯池站年降雨量671.6为可疑数据。可用泗桥1958年1995年降雨资料分析校正纯池站1995年年降雨量，使之成为完整的降雨量长序列，以便作为本流域其他三个雨量站插补延长的依据。故泗桥、澄源、镇前雨量站均以纯池雨量站的降雨量资料为依据进行插补延长。芹山至周宁坝址区间没有雨量站，但两坝址距离不远，故取周宁坝址面雨量与芹山坝址面雨量相等，计算结果多年平均面雨量为1798.8（初步设计值为1776.7）。参证站七步水文站有1959年2006年的逐月流量资料，其多年平均径流深为1520.9（初步设计时为1517.2）。集水面积7
6、0.5，流域内有岭尾、际头、李墩、紫云、西山角、王家山、坑源里和七步共八个雨量站，用算术平均法计算面雨量，多年平均面雨量为2101.9（初步设计时为2079.9）。2.1.2 径流量计算原理根据水量平衡原理，若不计年初、年末流域蓄水量变化，闭合流域年径流深（）等于年降水量（）减去年陆地蒸发量（）,即。年陆地蒸发量年际变化小，在湿润地区，地区变化平缓，可借用参证站的，计算坝址。参证站七步站流域与坝址流域相邻，但由于七步站流域的年雨量E七步与坝址以上流域年降雨量相差较大，故将修正后的E七步作为，即E坝=kE七步。由七步站降雨径流资料求得逐年蒸发量，芹山坝址径流量由下式推求： （2-1）式中：为坝址
7、径流深（）；为坝址面降雨量（）；为七步站蒸发量（）。周宁坝址径流量由下式推求： （2-2）由以上公式计算的径流深，再按汇流面积换算成径流量（芹山、周宁水电站坝址流域面积分别为（45314.6）、（51114.6），并根据七步站年内分配过程，得到芹山、周宁逐月入库流量。2.1.3芹山、周宁径流量复核成果本次复核求得芹山多年平均入库流量为17.56，其初设值为18.0；周宁多年平均入库流量为19.89，其初设值为20.3。2.2 两电站实际运行综合出力系数的率定2.2.1时段(小时)综合出力系数率定选用芹山2002年1月1日2007年12月1日，周宁电站2006年10月1日2007年12月1日的逐
8、小时运行资料，分别按下式计算逐小时综合出力系数： （2-3）由于芹山水库是多年调节特性，所以相应的换算成以旬为单位的综合出力系数。2.2.2 旬综合出力系数计算由小时综合出力系数按下式可计算旬综合出力系数。 （2-4）根据式（2-3）和（2-4），计算得芹山、周宁历年逐旬综合出力系数，得两电站综合出力系数结果见表1。表1：综合出力系数率定结果水库名称综合出力系数芹山8.31周宁8.112.3 保证出力的校核由于实测径流资料系列不够长，同时满足两库设计保证率约束的保证出力不是一个组合，而是一个区域。为了求出同时满足两库设计保证率约束的最大保证出力组合，可以从一种低于设计保证率的保证出力组合值开始
9、，采用试算法逐步搜索。经过试算后得出芹山水电站和周宁水电站保证出力：芹山电站保证出力1.18万，保证率为95.7；周宁电站保证出力4.94万，保证率为95.7。原设计芹山保证出力1.29万，周宁原设计保证出力6.24万，保证率均为95%。本次计算采用47年逐月径流资料系列，两电站直接采用长系列模拟计算，得到满足保证出力要求的最优保证出力组合，切合实际情况，结果可靠性高。2.4 调度图的复核原设计的调度图使用比较简单，只有上下基本调度线，而且在实际应用过程中发现不大合理，也不具备优化功能。因此开展了调度图的重新编制工作。长系列等出力操作计算后的两库逐时段水位外包线如下图虚线所示，即上包线接近或者
10、就是正常蓄水位线、下包线接近或者就是死水位线。虽然水库按这两种外包线操作也能够满足设计保证率约束，但电站运行效益并非最优，而此次调度图的复核的目的就是同时制定能获得最大梯级效益的两库优化调度图。建立优化模型并求解后得到芹山和周宁电站的优化调度图如下：图1 芹山水库优化之后的调度图图2 周宁水库优化之后的调度图3 节水增发电技术措施随着科学技术的飞速发展，各种水调自动化系统软件功能越来越完善，实时性强、准确性高，大大提高了水库的优化调度性。3.1 洪水预报根据穆阳溪流域的特点,公司建立了洪水预报模型软件，主要分为实时预报、模拟预报和离线预报三种。实际应用中洪峰和峰现时间预报的精度较高，可为洪水调
11、度提供可靠性较高的依据。3.2 调洪演算软件公司调洪演算软件主要按调度图规则方式、自由溢流、预泄三种方式进行演算。入库流量过程从洪水预报成果中提取。可根据情况选择几种方式进行演算，返回的结果为调洪后最高库水位和各时段出库流量（泄流量），为水库防洪调度提供参考依据。更重要的是为领导调洪决策争取一定的时间。大大提高了防洪工作主动性，使实现洪水的资源化成为可能。3.3 充分利用天气预报开展水库调度芹山至周宁电站坝址之间的区间流域面积较小，仅58km2，而周宁水库的容积小，局部的暴雨加上不及时的调度可能增加弃水。密切关注天气预报和查看卫星云图已列为公司水调人员的日常工作。根据流域内降雨预报的成果结合两
12、水库的实际情况进行分析，当库水位较高时，提前与上级调度部门联系，以发电的方式腾出一定库容，拦蓄洪水，避免弃水发生，提高了水量的利用率。在每场洪水之后，根据天气预报未来的天气情况，及时变动闸门，拦蓄洪水，在确保安全的前提下，蓄满库容后尽可能多的拦蓄尾洪，最大限度的提高水量利用率，增发电量。3.4 建立联合优化调度策略3.4.1 水头损失最小芹山和周宁电站均为混合式开发水电站，尤其是周宁水电站引水遂洞长约13km，发电水头438米，水头损失均较大。芹山水电站水头损失： （3-1）周宁水电站水头损失： （3-2）式中：为机组引水道水头损失（）；为引用流量（）。在实际负荷分配中，拟定两级电站的水头损失
13、最小为原则。根据计算成果表明:两级电站均以单台机满发为最佳运行工况。3.4.2 耗水率最小 建立芹山、周宁水电站的NHQ曲线，根据实际运行中的水库水位和出力查出相应的耗水率，不断的试算比较，直到试算出耗水率最小为原则。3.4.3 以库水位为约束条件 芹山水库为多年调节水库，其调节性能较好，而周宁水库调节性能相对较差。芹山电站装机70MW，平均耗水率是3.8m3/kwh，周宁电站的装机250 MW，平均耗水率为0.92 m3/kwh。周宁电站装机大且耗水率小，可谓节约一方水就是节能一度电，因此制定出周宁水库的相对经济运行水位为629米以上。所以周宁水库期末水位以控制在629米以上为原则。4、节水
14、增发电保障措施要做好节水增发电工作，不仅要依靠先进的理论依据和科技成果，更重要是要提高管理人员、运行人员素质，确保设备健康稳定运行。4.1设备保障4.1.1 加强水调自动化系统的管理与维护水调自动化系统管理包括野外站、中心站设备和系统应用软件。一是制定完善的运行维护规程和自动测报系统管理制度，加强日常巡查，及时发现异常情况并处理，确保故障不过夜，实现设备健康稳定运行。二是及时更换老化、损坏的设备，确保设备时时处在正常的工作状态。三是不断完善运行软件，保证水调自动化系统的可靠性、准确性。4.1.2 加强水工建筑物的运行维护管理芹山大坝为面板堆石坝，周宁大坝为混凝土重力坝。大坝安全监测。公司根据不
15、同的坝型制定出不同的管理规程和大坝观测细则，并严格按照规程和细则要求进行监测，每月提交大坝运行工况分析，每年初完成大坝安全年度详查报告、进行水工建筑物评级，认真分析上年大坝运行情况。大坝安全检查。实行日常巡查、定期专项检查和特殊检查相结合，每五年组织一次专家定检，时时为大坝的运行状况把脉，确保大坝正常运行。维护和补强。公司组织人员定期认真检查坝面及闸门止水缝，发现异常的及时处理，并适当采取加强补固，确保大坝安全的同时减少水库的渗漏水。4.1.3 加强发电机组的运行维护管理公司加强运行值班和设备巡视检查，将隐患消除在萌芽状态中；在非汛期合理安排机组的检修工作，杜绝因机组异常而增加的电能损失。4.2 提高水调人员的业务素质公司现有水调人员大多是培训转岗人员，需要大力开展培训提高节能意识和知识。举措有：一是部门内部每月开展一次技术培训讲课,注重理论与实践相结合的方式，从理性认识到感性认识，直到完全理解掌握并且能独自完成工作为止。二是积极参加系统内举办的专业技术提高班培训，由专业老师授课
