大型水电厂在电力系统中的作用

方国成

(福建水口发电集团有限公司,福建福州 350007)

1 绪言

水电厂是实现水力发电的大型工厂,一般的大型水电厂的生产流程是先从其它水源处(如江河湖泊的上游处,或者大型水库等)引来水流,水流在通过水轮机的过程中会引起水轮机发生旋转,在该旋转的过程中水的重力势能和动能会转变为机械能,使水轮机带动发电机工作切割磁力线,这个过程中机械能又转换为电能输出,实现完整的发电方式。图1为大型水电厂的生产流程和主要系统简图。

2 大型水电厂在电力系统中的基本作用

一般大型水电厂在电力系统中所提供的功能大体分为以下几点：第一点是所能提供的最基本的功能,提供电能,这也是水电厂所肩负的最基本的任务,即存在意义。第二点是调峰作用,是指在不同季节气候,不同的水源丰富程度中,有能力的大型水电厂通过调节负担负荷来维持正常发电,既完成基本工作,又做到最大程度上保证不浪费水资源。第三点是调频作用,我国的水电厂频率为50±0.2赫兹,一般水电厂的调频需要大型的、有能力的机组来进行。第四点是调相,完整运行调相的过程需要水电厂机组具备调相运行能力,可根据电网要求参与系统无功功率平衡。第五点是蓄能作用,蓄电功能是在水电厂低谷时期蓄住大量能源电量,并可以做到在用电高峰期时完成正常供电,满足负荷需要。最后一点是将其作为紧急状况下的备用机组,这是因为在水电厂的电力系统中,水轮发电机组有着快速启动,并且迅速投入发电工作的特点,所以当电力系统突然发生事故时,急需补充电量,常把水电厂的机组作为事故备用机组。

图1 大型水电厂的生产流程和主要系统简图

2.1 大型水电厂在电力系统中的提供电能作用

一般大型水电厂的组成结构为水轮发电机组、变压器、断路器、隔离刀闸、励磁系统、电流互感器、电压互感器、G I S组合式电器设备、计算机监控系统设备、发电机及变压器保护设备、管道、水轮机调速器、阀门、泵、计量设备、蓄电池、通讯设备、通风设备、发电机消防设备等。具体是,先从其他水源处引来水流,再通过水轮机,在水流通过水轮机组这一过程中,水流带动水轮机发生旋转,通过旋转,水的重力势能和动能转变为机械能,同时,转子通直流电产生磁场,切割磁力线,在定子上产生感应电动势,定子与系统形成回路,输出负荷,这个过程中机械能又转换为电能输出,最后得以实现完整的发电方式。

水电厂在电力系统中做能提供的作用有很多,其中最基本的就是提供电能,通过大坝,水轮机组,再到发电机组,整个流程实现水力发电,为日渐匮乏的电能源提供补充。

2.2 大型水电厂的调峰、调频、调相作用

调峰填谷功能是大型水电厂比较实用且重要的作用和功能之一,大型水电厂的蓄能抽水电站可以做到在用电高峰时期调峰发电,也可以做到在用电低谷时期通过抽水调峰填谷,以此保证电网的正常运行。一般的大型水电厂都具备相应的调节功能,因为在不同时期,不同季节,水电厂所负担的负荷程度不同,例如如果在丰水时期或者季节,水源或者水库所带来的水流量会更大,此时水电厂需要提高负荷,负担满载工作,负担提升电力系统的基荷,以此避免浪费水资源的情况发生;而在水流较小的季节里,水电厂需要负担的是峰荷,之所以选择水电站负担峰荷的原因同时也就是水电站与火电站的区别所在,简单来说区别就在于水位差,把水从高水位放入低水位,在水流经过当中安装发电机组,水把发电机组叶轮带动发电机,发出来的电通过升压变压器升至电网相同的电压,然后并网,相当于各小支流的水流入大河一样。然后分配到各需要用电的地方,送到目的地。同样的目的火电站需要将发电机组从冷备转为热备,这一过程需要几个小时,成本也过高,而水电站可以完成短时间内快速的做出调节。

在调频方面上,水电站具有调节速度快,操作简便,调整范围大不弃水,成本低廉等优点,尤其是快速跟踪负荷的特点,使得调节性能好的大型水电厂调频效果非常好。

在调相方面上,水电厂也发挥着比较大的作用,例如在水源不充足的枯水期,水电厂的水库存量较少,此时的水电厂还可以在调峰负担峰荷的基础上,提供一些机组作为调相机进行调相。此时水轮发电机作为空载的同步电动机运转,调节其励磁,发出无功功率,以满足系统无功的需要。但是,如果水电站离负荷中心较远,长距离输送无功功率,其损耗很大。另外水轮机必须充气压水,以及调相运转时存在有功损耗等,也就影响其调相的经济效果,需要综合比较后确定采用调相运行方式是否合理。水电站接入系统设计的主要内容,及时合理地选择水电的送电电压、送电线路的回路数和导线截面,以保证将水电站发出的电能经济、可靠、合理地送入系统。

2.3 大型水电厂的紧急事故备用作用

水电厂作为紧急事故备用的条件主要分为两大点,第一点是结合了水轮发电机组的优点,可以做到迅速启动,并且快速投入到并网发电环节中去。在水电厂担任主要调频站的时候,水电厂的调频的容量基本上均为备用的容量,这个时候调频的容量就较为适合作事故备用容量,而且如果一旦发生电源方面,或者电网方面的事故时,可以通过频率自动减少负荷装置来完成切除,较少不必要的负荷,以此来最快保证频率的要求,从而也可以保证水电厂对于需电用户的供电问题,第二点一般水电厂相距于负荷中心不近,存在一定距离,这就意味着水电厂与负荷中心之间的“联络阻抗”相对较高,所以当紧急事故一旦到来,水电厂可以做到用自同期方式快速并入系统,以在最大程度上降低发生的紧急事件对于需电用户以及系统的影响。

3 结语

有关于水电厂的优点总结了许多,也正是因为这些优点,或者是区别于其他电站的固定特点,才使得水电厂多了更多在电力系统中起到的作用,这些作用大多替代不了,也高效并且便利,成本也低。综上所述,本文主要先简述了大型水电厂的生产流程和主要系统,然后阐述了大型水电厂在电力系统中的作用,包括三大点,分别为提供电力、调峰调相调频作用、以及紧急事故备用作用,这些作用无疑是为现阶段全世界的能源规划问题提供了新的思路和想法,也满足了人们对于电力质量的需求。

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