向家坝水电站切负荷应急补水控制研究与应用

2017-08-16毛江

水电站机电技术 2017年7期

关键词：向家坝补水闸门

毛江

(中国长江三峡集团公司机电工程局,四川成都 610000)

向家坝水电站切负荷应急补水控制研究与应用

毛江

(中国长江三峡集团公司机电工程局,四川成都 610000)

介绍了向家坝水电站机组负荷调整的自动补水系统方案,……,满足了电站发电、调峰、航运等方面的闸门

控制流量和水位的要求,实际应用表明该方案达到了设计目标,取得了良好的实际效果。

调峰;补水;闸门控制;发电流量;向家坝水电站;联动

1 概述

向家坝水电站位于云南省水富县(右岸)和四川省宜宾县(左岸)境内金沙江下游,上距溪洛渡水电站坝址157 km,下距水富县城区1.5 km、宜宾市区33 km,是金沙江下游最末一个梯级水电站。工程开发任务以发电为主,同时改善航运条件,兼顾防洪、灌溉,并具有对溪洛渡水电站进行反调节等作用。向家坝电站总装机容量640万kW,是国家西电东送重要电源。工程枢纽主要由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、冲排沙建筑物、左岸坝后引水发电系统、右岸地下引水发电系统、通航建筑物及灌溉取水口等组成。

向家坝电站所处的金沙江通航河段,属山区型河流,河道狭窄,滩多流急,航运存在较多的困难。向家坝电站在2012年10月蓄水发电后,由于电站的日调节泄流和大坝泄洪引起的非恒定流改变了下游河道的天然水流条件,对大坝下游航道产生一定影响。特别是电站的发电机组为满足电网调峰运行突然开启或关闭、大坝开闸泄洪等,发电过流的大幅变化会在短时间内造成下游河段水位较大波动,高瞬变流对山区河流通航水流条件及船舶通航水深的影响非常明显。同时,为满足航运需要,向家坝电站下游必须保证一个最低流量。在发生电站事故切机、出力大幅度波动等情况下,下游水位也会发生剧烈的变化。因此,必须研究采取一定的技术措施,将下游水位的变化速度控制在一定范围内,以保障航运安全。

为实现《金沙江向家坝水电站运行调度规程》中发电调度和航运调度的目标,根据电网需要,考虑来水、枢纽运行情况,参与电力系统调峰调频运行,在电站调峰调频运行时,应满足下游航运安全要求。电站下游航道的运行水位按照最大日变幅暂按不超过4.5 m/d,最大小时变幅暂按不超过1.0 m/h控制。

作为接入电网的水电站,要同时满足航运安全和电网调峰两个具有矛盾的要求,目前没有相关规范,也没有任何经验可以借鉴,成为影响向家坝电站投产发电的难题。

2 自动补水研究

为全面实现向家坝水电站发电、航运综合效益,设计、运行、供货等单位成立了联合小组,专题研究应急补水技术方案。经多方联合研究,在向家坝电站实现由程序自动监视电站实际出力的变化情况推算出下游流量的可能变化情况,在需要补水时自动计算闸门操作方案是最为安全可靠的技术路线。

2.1 研究目标

经联合研究后,确定的研究目标定位在电站初期蓄水期和永久运行期,由于机组突然甩负荷时相应停发机组的流量由泄水孔口下泄,消力池内的流态及消能情况、下游两岸及河床冲刷、下游引航道口门区流态及各项水力学指标,应根据试验研究成果查找规律,实现合理的泄水孔口闸门调度方式。

2.2 设计原则

系统主要设计原则基本制定完成,内容如下: (1)初期蓄水位354.00 m方案

354.00 m时升船机虽未建成通航,但枢纽下游仍为通航河段,水位变幅过大会影响下游码头船舶停靠和航行安全。此水位下,研究4台、3台、2台、1台机组发电时分别甩1～4台、1～3台、1～2台、1台机的补偿下泄相应停发流量的泄水孔口闸门开启方式。

(2)库水位370.00 m方案

向家坝水库汛期运行限制水位为370.00 m,下泄流量不超过12 000 m3/s时有通航要求,水位变幅过大会影响通航安全和下游码头船舶停靠。此水位下,研究8台～1台机组发电时分别甩1～8台、1～7台、1～6台、1～5台、1～4台、1～3台、1～2台、1台机的补偿下泄相应停发流量的泄水孔口闸门开启方式。

(3)库水位380.00 m方案

向家坝水库永久运行期正常蓄水位为380.00m,下泄流量不超过12 000 m3/s时有通航要求,水位变幅过大会影响通航安全和下游码头船舶停靠。此水位下,研究8台～1台机组发电时分别甩1～8台、1～7台、1～6台、1～5台、1～4台、1～3台、1～2台、1台机的补偿下泄相应停发流量的泄水孔口闸门开启方式。

在此三种发电运行库水位354.00 m、370.00 m、380.00 m方式下,根据电站枢纽水位-流量的对应关系,确定了机组切机与泄水闸门联动研究工况表,甩负荷闸门运行调度方式表。在各种工况下,明确了控制流程,经运行人员确认后再通过梯调电调将闸门操作命令下发至电站计算机监控系统。

2.3 技术方案

(1)总体方案

研究的总体方案是,在向家坝电站和成都调控中心实现后台自动补水程序,运行人员可根据需求随时在“向家坝水电站紧急补水闸门联控画面”中投入或退出后台切机补水程序功能。

(2)技术实现

根据机组发电出力公式:

式中N为水电站出力 (kW),Qf为发电流量(m3/s),H为净水头(m),η为水轮发电机组的总效率,为简化起见可取一定值,如0.98。电站总出库流量Q=发电流量Qf+泄水设施流量Qx,由电站单台机组的发电出力计算出发电流量,然后监控系统跟踪机组运行状态,得到切机或负荷变化判断,根据运行工况与蓄水位的对应数据,自动计算补水量。通过不同上游水位情况下闸门开度与流量关系表,根据补水流量及要求补水速度确定需开启的闸门数量和闸门开度。

(3)实施原则

向家坝电站出现负荷大幅波动下,中央控制室操作员站会自动弹出紧急补水闸门联控画面,在画面上显示当前运行方式、上下游水位、总流量、补水流量及闸门开启补水方案(包括拟开启的闸门组合及开度等信息),并通过语音提示运行人员确认下发命令,保证了实施措施的实时性和安全性。