臺蘭河水電站機組臺數及單機容量的選擇

【摘要】臺蘭河水電站工程年內徑流變幅較大，電站枯水期運行時間較長，通過選擇合適的機組臺數及單機容量方案，以保障機組的運行穩定和提高電站的經濟效益。

【關鍵詞】引水式電站；徑流變幅大；機組臺數；單機容量

1、工程概述

臺蘭河水電站位于新疆維吾爾自治區阿克蘇地區溫宿縣境內。工程區距距溫宿縣距離約55km，距阿克蘇60km。電站為徑流式引水電站，電站設計流量56m3/s，電站引水渠首不具有調節徑流的能力。

臺蘭河徑流補給主要為冰川積雪融水，徑流的年內變化相對較大。臺蘭河多年平均徑流量7.5億m3，多年平均流量23.8m3/s，徑流的年內分配主要集中在6月～8月，該時段徑流量占全年徑流量的66.5%， 3月～5月徑流量占全年徑流量的11.1%，9月～11月徑流量占全年徑流量的17.3%，12月～2月徑流量占全年徑流量的5.0%。

2、機組臺數及單機容量的選擇

在水電站總裝機容量確定后，裝機臺數及單機容量的選擇應考慮以下因素：

（1）單機容量占電力系統中的比重，比重不能過大以免機組故障或者檢修時給電力系統帶來嚴重影響。

（2）機組的制造水平，單機容量不能過大以免造成制造或運輸方面困難。

（3）裝機臺數增多雖然能帶來電站運行的靈活性，但也會造成工程投資的增加，應通過技術經濟比選來確定。

（4）水輪機只能在一定的負荷范圍內穩定運行，單機容量的選擇應考慮機組在小負荷運行時的穩定性。

本電站裝機規模較小，在系統中擔任基荷，此水頭段國內混流式機組已有較為成熟的制造和運行經驗，制造難度不大。因此后兩個因素才是本電站裝機臺數和單機容量選擇時所需考慮的重點問題。

水輪發電機組的固有特性是低負荷運行時的不穩定性，即在低負荷下運行時水輪機會產生較大振動。在《大、中型水輪機選用導則》中規定了混流式水輪機穩定運行的范圍為45%-100%，混流式水輪機會有一個較大的不穩定運行區域，在運行時應盡可能地避開在這個區域內長時間運行。

根據水文專業提供的資料，對臺蘭河典型年的月平均日流量進行排頻統計，統計結果見表1。

由表1可以看出2月份的來水日均流量全年最少，僅為3.58m3/s，且全年有四個月的時間來水日均流量不足6m3/s。如采用等裝機方案，至少需要6臺機以上，才能夠保證單臺機組在冬季枯水期運行時的穩定性，此種方案大大增加了機電設備和土建的投資，而且還將增加電站投產后運行維護及管理的成本。

綜合分析，本電站合理的裝機方案應為大、小機結合的方案。電站總裝機48MW，保證出力2.8MW，小機組單機容量暫定為5MW，初擬了2×21.5MW+1×5MW和2×19MW+2×5MW兩個方案進行比較，為了便于分析比較，本階段暫以JF2062和JF1809模型轉輪為基礎進行水輪發電機組等設備以及廠房尺寸的參數計算。

兩種方案中小機組均可滿足枯水期的運行要求，在日平均流量最小的2月份也可發出60%以上的出力，具有較高的效率。從電站投資角度來說3臺機方案工程總投資相比4臺機方案工程總投資節省近八百萬元，同時機組臺數的減少越少意味著電站投產后每年的維護檢修工作量及成本費用的降低。從電站運行角度來說，小機組每年枯水期需運行至少四個月以上，四臺機方案中兩臺小機組在枯水期運行當中可互為備用，提高了電站的發電保證率，運行較三臺機方案靈活。同時考慮到5、10、11三個月引水流量變大后，方案一僅有一臺小機組，滿發時額定流量僅為5 m3/s，會造成電站棄水，浪費寶貴的水能資源；如一臺大機組運行只可發出19.5%-37.8%的出力，大機組長期在低負荷區域運行，效率低且振動磨蝕現象嚴重。

通過以上分析，考慮到電站運行安全穩定性越高，機組的大修間隔越長，產生的經濟效益也就越大，因此本電站的裝機方案確定采用方案二（2×19MW+2×5MW）。

3、結束語

對于徑流量季節變幅較大的引水式電站，冬季枯水期較長，選用大、小機結合的方案，選擇合適的機組臺數及單機容量，能使發電引用流量與機組額定流量之間形成合理的匹配，大、小機組均可在任意時期處于一個較優的工況范圍運行，提高了電站運行的安全穩定性，帶來更高的經濟效益。

參考文獻：

[1]李明桂. 水電站保證出力與機組臺數的選擇[J].貴州水利發電，2007（2）：56-59.

[2]邱新元. 金溝河二級水電站的機型選擇[J].水電站設計，2007（3）：22-23.

作者簡介：劉峰，（1981-）， 男，工程師，主要從事水電站水力機械設計。