水电机组运行优化分析

2014-04-16林繁

机电信息 2014年24期

林繁

（四川省紫坪铺开发有限责任公司，四川成都610091）

0 引言

随着我国西电东送、全国联网以及南北互供等工程的实施，我国水电机组自身的运行方式也在不断发生变化。优化水电机组的运行方式，提高水电机组运行的稳定性与安全性，成为了现阶段我国相关工作人员的重要研究课题。就目前情况而言，我国水电机组自动化技术有了一定程度的发展，但还有待改善。

1 水电机组优化运行的相关概念

水电机组优化运行指的是在保证水电站稳定运行的基础上，利用机组优化运行手段与优化运行状态等，全面提升水电能源的利用效率，提高水电机组安全运行的水平。因为水电机组运行属于一个非线性、高维数的问题，特别是在水电站中机组数偏多且机组动力特性并不相同的情况下，水电机组优化运行显得尤为复杂。通常情况下，以最少的发电耗水量作为优化准则，然而只是关注发电耗水量并不能完全降低水电机组的运行成本。长此以往，在考虑电网运行安全的基础上，忽视了水电机组运行的稳定性与经济性，在低谷时段往往会出现低负荷运行问题，使水电机组摆度增大，水轮机转轮汽蚀更加严重，水导轴承发生严重磨损［1］。

2 限制水电机组运行方式的因素

为进一步提升水电机组的安全运行水平与水能利用效率，分析限制水电机组运行方式的因素如下：（1）水电机组动力来源是水能，然而水资源并不是取之不尽、用之不竭的资源。如何使有限的水资源产生更多的电能，是我国电网经济运行的主要课题。（2）水电厂水库的主要作用是蓄水发电，同时也起到供水、灌溉、航运以及防洪等作用，所以，水电厂的水库调节是一个系统、复杂的问题。（3）水电机组运行方式需要按照电网中事故备用、调峰以及调频这3个方面的具体要求来安排。（4）和火电机组相比较，水电机组调节的灵活性较强，然而还是存在着振动区、汽蚀区等限制性条件［2］。

3 水电机组自动化技术的实际发展情况

水电站机组的自动化系统能够满足社会对高质量电能的市场需求，提高了发电效率与电能质量，也实现了水电机组的自动化管理。我国水电机组自动化技术的发展历程如下：1955年，官厅水电站建立，这是我国水电机组自动化技术的起步；20世纪80年代后，出现了葛洲坝以及富春江等主要试点；花了20年的时间建立了大中型水电站，并对传统水电站进行了改造。在我国，以计算机监控为基础的自动化系统是整个水电机组自动化、智能化技术的主要发展目标之一。此外，水电机组的维修技术对水电机组的稳定运行也产生了一定程度的影响。因此在实际的工作过程中，需要不断优化水电机组的运行方式，同时也需要改进机组的维修技术。下文针对水电机组的优化运行措施进行重点分析。

4 水电机组优化运行措施

4．1 AGC机组的优化运行

水电厂运行方式主要由水库的实际调节容量决定，可以分为长期调节水库的水电厂与短期调节水库的水电厂。（1）长期调节水库的水电机组运行方式主要针对能够长期对水库进行调节的水电厂，其目的在于防止或减少废水，同时还能够保障水电厂的正常发电、灌溉与航运等。其主要任务是在对全年来水量进行预测的基础上，合理安排全年发电量，按照每个月的实际来水情况，根据水库其他功能要求合理安排月度发电量和运行方式等。（2）短期进行调节的水电厂，机组优化运行主要依据的是：预测具备短期调节性能的水电厂的具体来水量；估算每日负荷；水电机组以及火电机组的检修；在长期运行方式下，对短期运行耗水量或是发电量进行合理分配［3］。

4．2 水电厂机组的负荷分配

（1）优化水电机组的组合。在按照水耗微增率对机组功率进行分配的过程中，整个发电厂耗水量最少。在水电机组型号与容量相同的情况下，水耗微增率的特点相同。因此，水电机组功率可以按照相同的比例进行分配，以此提高发电厂的经济效益。假设水电机组的水耗微增率并不相同，首选高效率机组。假设同时将多台水电机组投入工作，就需要根据等微增率的原则，对这些正在工作的水电机组平均分配负荷，以此提高水电机组的经济运行效率，建立最优化数据模型，全面控制水电机组的发电成本，减少水电机组的运行损失［3］。

（2）水电机组开机与停机。在实际工作过程中，机组间经常出现停机或是开机的情况，这对水电机组的安全运行产生了不利影响，同时也违反了相关的操作规程。频繁停机或开机将会增加水电机组开关的跳合频率，也会缩短机组开关的实际使用寿命。因此，在优化组合水电机组过程中，需要充分考虑到水电机组的停机与开机频率。如果发生了系统负荷增加等问题，就需要及时转换至发电状态，以实现系统负荷的相对平衡［4］。

（3）加强水电厂调节性能的主要方式：1）准确预测电力系统每日的负荷量，在峰负荷前，合理让出发电容量，以保障电能在负荷快速升高状态下的频率质量。2）从耗水量角度分析，水电机组的功率需要按照等微增率进行分配。在机组型号相同的情况下，水耗微增率相同［5］。

（4）按照电厂的工作任务将水电机组的运行方式分为3种：发电、调频与调峰；调相；旋转备用。

1）发电、调频与调峰：针对发电、调频以及调峰的运行方式，可以利用动态规划方法，设计动态规划推算模型，计算出水电机组的出力，分析水电机组的负荷动态最优分配方式和最优的机组组合方式。

2）调相运行：在对水电机组进行调相的过程中，需要将导叶关闭，依靠电网的反送有功功率来驱动本机组的旋转，同时转轮在水中调相吸收的电网有功为10 MW左右，转成压水调相后，吸收电网有功为2 MW左右。在水中进行调相的过程中，机组的振动与摆度均比较大，容易出现水力自激振动的问题，对水电机组的稳定、安全运行产生严重影响，因此需要快速完成过渡过程［6］。

3）旋转备用：水电机组在低负荷运行状态下，其摆动幅度与振动均比较大，且随着系统潮流的不断调整，水电机组在短期内会出现大幅度的调整，且调整次数较多，这种运行方式使得水电机组的工作效率不断下降，对机组的稳定运行产生了严重影响，同时增加了设备的维修成本，因此旋转备用机组需要采取以下运行方式：把带负荷旋转的备用机组中的负荷集中安排给负荷最小的机组，并对其他机组进行调相［7］。