探討新形勢(shì)下白石窯水電廠運(yùn)行調(diào)度方案

林昌照

【摘要】新形勢(shì)下水電廠如何兼顧運(yùn)行與檢修，并且合理充分利用水能，實(shí)現(xiàn)利益最大化，應(yīng)做出行之有效的運(yùn)行調(diào)度方案。文章針對(duì)該調(diào)度方案進(jìn)行分析研究，供大家參考。

【關(guān)鍵詞】新形勢(shì)下；水電廠；運(yùn)行；調(diào)度方案

1、前言：

廣東省英德市白石窯水電廠位于北江干流中段，下距英德市區(qū)25公里，電廠裝有四臺(tái)單機(jī)容量為18MW（額定流量為263m3/s），和一臺(tái)單機(jī)容量為20MW的國產(chǎn)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為92MW，設(shè)計(jì)水頭7.8m，多年平均發(fā)電量3.15億kw·h。

2、問題的分析

水電廠是利用水能發(fā)電產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的，由水輪機(jī)出力公式：

N=9.81η（?上―?下―Δh）Q

式中：N：機(jī)組出力（KW）；

η：機(jī)組效率η=85%～95%；

Q：機(jī)組過流量（m 3/s）；

?上、?下、Δh ：分別為上游水位、下游水位及水頭損失（m）。

從上式可看出：

2.1 在機(jī)組過流量一定時(shí)，機(jī)組出力與工作水頭成正比；

2.2 機(jī)組在額定出力運(yùn)行時(shí)，機(jī)組過流量與工作水頭成反比。

為了最大限度利用流入水庫的水，追求利益最大化，在保證水工建筑的安全前提下盡量提高上游水位，減少機(jī)組發(fā)電單位耗水量，這在非汛期或機(jī)組有足夠調(diào)節(jié)裕量時(shí)是合理的。

但在汛期，由于上游來水較多，且流量多變，機(jī)組全都是運(yùn)行的，調(diào)節(jié)裕量很小。如果上游水位定得過高，當(dāng)入庫流量大于發(fā)電流量或機(jī)組因故停機(jī)檢修時(shí)，對(duì)于庫容調(diào)節(jié)能力很小的徑流式電廠，必然會(huì)出現(xiàn)棄水現(xiàn)象，這樣就會(huì)損失寶貴的水利資源。因此，為了更加合理地利用水能，必須降低上游水位，增加水庫調(diào)節(jié)能力。但是，如果上游水位降得過低，當(dāng)入庫流量與發(fā)電流量相差不大且機(jī)組安全可靠時(shí)，機(jī)組發(fā)電單位耗水量必然增加，從而減少了水能利用率，達(dá)不到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

另一方面，由于徑流式電廠庫容調(diào)節(jié)能力很小，一般情況下，上游來多少水，就有多少水用來發(fā)電，而上游來水是多變的，機(jī)組額定過流量是固定的。當(dāng)入庫流量與機(jī)組額定過流量不是倍數(shù)關(guān)系時(shí)，這就涉及機(jī)組開啟臺(tái)數(shù)與所帶負(fù)荷的問題

可見，合理確定上游水位與機(jī)組開啟臺(tái)數(shù)及所帶負(fù)荷是電廠優(yōu)化調(diào)度的核心問題。

3、運(yùn)行調(diào)度方案計(jì)算

現(xiàn)以白石窯水電廠為例，進(jìn)行運(yùn)行調(diào)度方案計(jì)算。

當(dāng)入庫流量大于機(jī)組發(fā)電流量，可將上游水位設(shè)為設(shè)計(jì)水位，機(jī)組在保證安全前提，盡可能多滿發(fā)多發(fā)。

當(dāng)入庫流量不大于機(jī)組發(fā)電流量時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)組可調(diào)裕量及水庫庫容確定上游水位。在分析機(jī)組可調(diào)裕量，必須考慮機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，因故停機(jī)及處理事故檢修所用的時(shí)間，如表1所示：

因此，為了保證不棄水，水庫最小調(diào)節(jié)庫容=機(jī)組額定流量×14440（m3）。

3.1 上游水位的選擇

3.1.1 電廠最大出力時(shí)，最小入庫流量Q0的確定

根據(jù)機(jī)組出力公式N=9.81η（?上―?下―Δh）Q

式中N：電廠額定容量N=92MW；

η：機(jī)組綜合效率，假設(shè)η=0.93；

Δh：水頭損失Δh=0.5米

?上：上游水位?上=36.5米

?下：下游水位?下，由流量與下游水位表查得。

經(jīng)試算，當(dāng)Q=1240m3/s， ?下=27.43米可滿足上式，查此時(shí)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)曲線，水輪機(jī)效率η水=0.945，取發(fā)電機(jī)η發(fā)=0.985，則機(jī)組綜合效率η=0.945×0.985=0.931，接近假設(shè)值，合理。

所以電廠最大出力時(shí)，最小入庫流量Q0=1240m3/s。

3.1.2 上游水位的選擇

當(dāng)入庫流量等于1240m3/s時(shí)，可按36.5米運(yùn)行，但不推薦，因?yàn)樗畮鞜o調(diào)節(jié)庫容。

假設(shè)一臺(tái)機(jī)因故障退出運(yùn)行，需要4小時(shí)才能搶修完成。由上游水位與庫容表查得36.5米對(duì)應(yīng)的庫容為11180萬m3，經(jīng)簡化計(jì)算11180-0.0263×3600×4=10801萬m3。從水位與庫容表查得對(duì)應(yīng)的上游水位為36.42米。

當(dāng)入庫流量小于或等于977m3/s時(shí)，而機(jī)組可調(diào)負(fù)荷為92MW時(shí)，上游水位可按36.5米運(yùn)行。

當(dāng)入庫流量977?上=36.42+6.3×10-4×（1240-Q）。

3.2 根據(jù)入庫流量選擇機(jī)組運(yùn)行方式

當(dāng)入庫流量大于或等于1240m3/s時(shí)，所有機(jī)組都在最大負(fù)荷下運(yùn)行。

當(dāng)入庫流量小于1240m3/s時(shí)，為了維持上游水位不變，可令機(jī)組過流量等于入庫流量，機(jī)組按成組調(diào)節(jié)方式運(yùn)行。先做出幾個(gè)特征點(diǎn)，如表2所示。

由水輪機(jī)綜合運(yùn)轉(zhuǎn)曲線可知，當(dāng)凈水頭大于8.54米，且水輪機(jī)出力大于12.2MW（即發(fā)電機(jī)有功為12MW）時(shí)，水輪機(jī)的效率均大于93%。為了保證水輪機(jī)在安全高效區(qū)域運(yùn)行，水輪機(jī)出力范圍為12.2～20.413 MW，對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)有功為12～20 MW。

根據(jù)水輪機(jī)綜合運(yùn)轉(zhuǎn)曲線，繪出入庫流量與機(jī)組運(yùn)行方式關(guān)系表，見表3。

3.3 上游水位的超前調(diào)度

3.3.1 根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，上游庫區(qū)有強(qiáng)降雨時(shí)，電廠應(yīng)在一天前開啟所有機(jī)組，且在額定出力下運(yùn)行，盡量騰空庫容，按電廠調(diào)度小組指示，迎接洪峰的到來。

3.3.2 當(dāng)上游電廠出庫流量超過為800m3/s，且1小時(shí)內(nèi)流量明顯較大增加跡象或濛里電廠出庫流量超過1000m3/s時(shí)，應(yīng)引起足夠重視。立即與上游電廠聯(lián)系，了解上游電廠運(yùn)行情況，同時(shí)開啟所有備用機(jī)組，所有機(jī)組均在額定出力下運(yùn)行，盡量騰空庫容，避免棄水。

4、結(jié)論：

提高上游水位雖能最大限度利用水資源，也存在著因機(jī)組因故檢修導(dǎo)致棄水的風(fēng)險(xiǎn)。這就要求我們及時(shí)掌握上游天氣預(yù)報(bào)及降雨情況；與上游電廠溝通聯(lián)系，掌握第一手水文資料。同時(shí)，加強(qiáng)機(jī)組日常維護(hù)，提高機(jī)組可調(diào)時(shí)間；了解機(jī)組狀態(tài)，利用非汛期科學(xué)合理安排檢修，搞高機(jī)組可靠性，迎接第二年的安全生產(chǎn)。只有通過對(duì)機(jī)組的科學(xué)管理和調(diào)度，才能在有限的水資源中獲取最大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。