淺析貫流式機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施

劉 剛，廖書(shū)杰

（華能甘肅水電開(kāi)發(fā)有限公司，甘肅 蘭州730060）

水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，目的是選擇電站的最佳運(yùn)行方式，在保證電力系統(tǒng)安全的前提下，增加發(fā)電效益。不同類(lèi)型的水電站，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行策略要結(jié)合機(jī)組的規(guī)模、布置形式、運(yùn)行方式、庫(kù)容等因素綜合考慮，采取針對(duì)性地運(yùn)行措施。下面我們通過(guò)所管理的小型水電站貫流式機(jī)組的運(yùn)行實(shí)踐，定性分析采取經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的措施。

1 電站基本情況

橫丹水電站為低水頭徑流式小型水電站，安裝2臺(tái)單機(jī)容量12.5MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組的運(yùn)行水頭在14.5～19m間。引水系統(tǒng)由引水隧洞、引水箱涵、明渠、前池和壓力管道等組成。電站2012年投產(chǎn)后正常運(yùn)行，流域來(lái)水穩(wěn)定，年發(fā)電量和利用小時(shí)數(shù)基本維持在設(shè)計(jì)水平。2017年后，電站通過(guò)采取針對(duì)性的運(yùn)行措施，在機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和增加發(fā)電量管理上取得一定的經(jīng)驗(yàn)。表1是電站2016～2019年發(fā)電量情況，表中可見(jiàn)除了發(fā)電量逐年穩(wěn)步提高外，2016年與2019年運(yùn)行情況對(duì)比，在設(shè)備運(yùn)行小時(shí)提高11.2%的條件下，發(fā)電量同比增加19.9%，說(shuō)明經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施取得一定的成效。

2 貫流式機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的思路和特點(diǎn)

2.1 機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的思路

電站設(shè)備設(shè)施的安全生產(chǎn)是機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)，設(shè)備的檢修、運(yùn)維工作質(zhì)量和設(shè)備的健康水平是機(jī)組安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提。因此只有在保證安全生產(chǎn)基礎(chǔ)上追求機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式和措施才有實(shí)際意義。

小型水電站因?yàn)槭軒?kù)容調(diào)節(jié)能力等條件限制，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施主要考慮提高有效利用水頭、減少耗水率、機(jī)組間負(fù)荷優(yōu)化分配等內(nèi)容。

2.2 貫流式機(jī)組的特點(diǎn)

（1）貫流式機(jī)組一般采用臥軸水平布置，不設(shè)置蝸殼，使水流直貫轉(zhuǎn)輪，機(jī)組布置的主要特點(diǎn)是：①?gòu)倪M(jìn)水到出水方向基本上是軸向貫通，流道平直，過(guò)流通道的水力損失少。②具有較高的過(guò)流能力和較高的比轉(zhuǎn)速。③機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸較小，水力效率較高。

（2）貫流式機(jī)組水電站一般庫(kù)容較小，通常只有日調(diào)節(jié)能力。機(jī)組主要靠大流量來(lái)水發(fā)電，適用水頭范圍一般在3～25m內(nèi)。貫流式機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)有：①貫流式機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，效率高，但是運(yùn)行輔助設(shè)備多。②貫流式機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，動(dòng)態(tài)負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)穩(wěn)定性差，水力振動(dòng)和機(jī)組振動(dòng)較大。③機(jī)組的導(dǎo)葉與漿葉協(xié)聯(lián)關(guān)系對(duì)機(jī)組運(yùn)行影響較大，應(yīng)注意及時(shí)修正協(xié)聯(lián)曲線，減少非工況協(xié)聯(lián)運(yùn)行時(shí)間。④機(jī)組在低水頭運(yùn)行時(shí)，過(guò)機(jī)流量大、流態(tài)惡劣，汽蝕、壓力脈動(dòng)等因素引起機(jī)組凈水頭變化大，造成機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，振動(dòng)大、噪聲大。⑤水庫(kù)泄水和回蓄過(guò)程中，應(yīng)減少機(jī)組在臨近空化區(qū)運(yùn)行，保證機(jī)組振動(dòng)擺度符合要求。這些都是貫流式機(jī)組特點(diǎn)，在安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中需要充分考慮的因素。

3 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響因素及具體措施

根據(jù)電站近年來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)影響電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素采取的應(yīng)對(duì)措施，主要考慮有：降低單位電能的水耗率、機(jī)組工況優(yōu)化、機(jī)組間負(fù)荷合理分配以及設(shè)備運(yùn)行措施優(yōu)化等方面。

3.1 做好水情預(yù)測(cè)

小型電站因調(diào)節(jié)庫(kù)容小，自身調(diào)節(jié)能力差。因此要準(zhǔn)確獲取實(shí)時(shí)有效的水情信息，掌握上游電站設(shè)備運(yùn)行出力狀況、出庫(kù)流量、泄洪和水位變化情況等；積極開(kāi)展水情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，提高了泄洪流量計(jì)算的準(zhǔn)確率、減少閘門(mén)啟閉時(shí)間，有效利用來(lái)水量。汛期，在保證安全度汛的前提下，采用短時(shí)錯(cuò)峰的方法，合理調(diào)整庫(kù)區(qū)水位，力爭(zhēng)做到不棄水少棄水。

3.2 降低單位電能的水耗

3.2.1 提高運(yùn)行水頭

汛期運(yùn)行，上游水位能保持較高水位，主要是控制因泄洪上升頂托尾水位，影響有效水頭，合理安排泄洪沖砂方式，有條件時(shí)進(jìn)行尾水河道疏浚，降低尾水位。其他時(shí)段運(yùn)行，通過(guò)機(jī)組出力調(diào)節(jié)，保持上游水位或前池水位在高水位，提高有效運(yùn)行水頭。

3.2.2 減少水頭損失和流量損失

汛期要充分考慮進(jìn)水口、前池因雜物、垃圾造成堵塞，影響機(jī)組進(jìn)水流量不足，有效水頭損失較大，同時(shí)河道來(lái)水流量大，流速快形成的水力不平衡還會(huì)引起機(jī)組水力振動(dòng)，需要通過(guò)進(jìn)水口、前池部位的攔污設(shè)施減少進(jìn)入引水系統(tǒng)雜物，調(diào)整負(fù)荷保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，起到減少水頭損失和流量損失的效果。

3.3 優(yōu)化機(jī)組工況

對(duì)于水輪機(jī)而言，提高機(jī)組效率，應(yīng)在不同水頭和不同負(fù)荷下都能使機(jī)組在高效率區(qū)運(yùn)行，要求根據(jù)來(lái)水及時(shí)調(diào)整負(fù)荷，使機(jī)組在高效率區(qū)及最優(yōu)工況下運(yùn)行，提高發(fā)電量。

3.3.1 優(yōu)化協(xié)聯(lián)關(guān)系

貫流式機(jī)組一般采用水輪機(jī)導(dǎo)葉、槳葉雙重調(diào)節(jié)方式，運(yùn)行時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)組的擺度和振動(dòng)值滿(mǎn)足規(guī)范要求，通過(guò)及時(shí)調(diào)節(jié)導(dǎo)葉槳葉開(kāi)度，取得最佳協(xié)聯(lián)配合，保證機(jī)組在最優(yōu)工況下運(yùn)行。

3.3.2 合理控制水位

設(shè)備運(yùn)行時(shí)要做到根據(jù)來(lái)水及時(shí)調(diào)整負(fù)荷，維持上游運(yùn)行水位或前池水位在設(shè)計(jì)工況水位，加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視，保持水位變化幅度控制在20cm內(nèi)。

3.3.3 靈活調(diào)度，節(jié)能降耗

優(yōu)先運(yùn)行水耗小，機(jī)組效率高的設(shè)備；合理調(diào)整機(jī)組間的運(yùn)行模式，減少輔機(jī)設(shè)備啟停次數(shù)。

3.3.4 及時(shí)清污

貫流式機(jī)組一般建在河流的主干上，上游河道垃圾多，水流夾帶各種漂浮物聚集在進(jìn)水口、前池等部位，造成攔污柵前后壓差增大，進(jìn)水不暢，不僅減低機(jī)組的有效出力，同時(shí)雜物進(jìn)入轉(zhuǎn)輪室加劇設(shè)備振動(dòng)。電站在樞紐進(jìn)水口設(shè)置清污機(jī)，隨時(shí)進(jìn)行清污，避免較大的垃圾進(jìn)入隧洞或渠道；在前池進(jìn)水口加強(qiáng)攔污柵壓差監(jiān)視，利用主副柵交替安排清污。

3.4 設(shè)備運(yùn)行措施優(yōu)化

（1）減少設(shè)備組空載時(shí)間，提前做好并網(wǎng)準(zhǔn)備工作，降低機(jī)組空載耗水量。

（2）設(shè)備運(yùn)行要充分考慮水情和網(wǎng)上負(fù)荷實(shí)際，合理分配來(lái)水資源，做到及時(shí)開(kāi)停機(jī)。考慮避開(kāi)機(jī)組振動(dòng)區(qū)和空化區(qū)的因素，盡可能安排機(jī)組高負(fù)荷、較優(yōu)工況下運(yùn)行，減少耗水率。在多臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行時(shí)，按照等微增率原則安排機(jī)組組合方式，合理分配各機(jī)組的負(fù)荷容量。

4 結(jié)語(yǔ)

提高水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平是一個(gè)系統(tǒng)工程，包括因素多，主要有安全生產(chǎn)、技術(shù)管理保證和運(yùn)行人員素質(zhì)、責(zé)任心等。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行既有通用措施，也有不同機(jī)組類(lèi)型的特殊措施。只有不斷提高電站運(yùn)行管理水平和技術(shù)實(shí)力，不斷探索創(chuàng)新，才能有效地提升水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，增加發(fā)電效益。