（國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司黃龍灘水力發(fā)電廠，湖北 十堰 442000）

黃龍灘電廠機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度的探索

劉 波

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司黃龍灘水力發(fā)電廠，湖北 十堰 442000）

本文通過對(duì)水電廠水輪發(fā)電機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度分析，探索機(jī)組負(fù)荷合理分配、科學(xué)調(diào)度達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度方案。

水輪發(fā)電機(jī)組優(yōu)化調(diào)度；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；最佳方案

一﹑電廠概述

黃龍灘電廠1974年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)安裝了1﹑2號(hào)兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量75MW，單機(jī)最大引水流量123m3/ s，設(shè)計(jì)平均水耗5.83m3/kWh，總裝機(jī)容量150MW。1992年將兩臺(tái)機(jī)組增容至85MW，總裝機(jī)容量達(dá)到170MW。2005年擴(kuò)建投產(chǎn)3﹑4號(hào)兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量170MW，單機(jī)最大引水流量269.5m3/s，平均水耗5.35m3/kWh，全廠總裝機(jī)容量達(dá)到510MW。

二﹑運(yùn)行現(xiàn)狀

黃龍灘電廠在湖北電網(wǎng)中的主要負(fù)責(zé)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，因此機(jī)組的啟停﹑負(fù)荷調(diào)整是非常頻繁的。加之在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，運(yùn)行值班人員習(xí)慣將1﹑2號(hào)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，剩余負(fù)荷由3﹑4號(hào)機(jī)組承擔(dān)。因此在給電網(wǎng)電能質(zhì)量提供保障的同時(shí)，也給電廠運(yùn)行帶來四個(gè)方面的問題：

（一）3﹑4號(hào)機(jī)組長(zhǎng)期在低于100MW以下負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)組振動(dòng)和轉(zhuǎn)輪氣蝕較重。2012年機(jī)組秋季檢修時(shí)檢查3﹑4號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪葉片均存在嚴(yán)重氣蝕現(xiàn)象，統(tǒng)計(jì)了全年機(jī)組在100MW以下低負(fù)荷振動(dòng)區(qū)運(yùn)行時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的33%。經(jīng)過與調(diào)度溝通協(xié)調(diào)，已將3﹑4號(hào)機(jī)組基荷按照設(shè)計(jì)已由50MW提升至70MW。雖然最低負(fù)荷提升了，但機(jī)組運(yùn)行中，仍經(jīng)常在100MW以下負(fù)荷運(yùn)行，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一定的隱患。

（二）運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降。以黃龍灘電廠170MW機(jī)組為例，在設(shè)計(jì)水頭71米下運(yùn)行時(shí)，當(dāng)負(fù)荷從額定170MW降至70MW，機(jī)組發(fā)電水耗將增加0.83m3/ kWh，我廠有4臺(tái)機(jī)組，如長(zhǎng)期均不在額定負(fù)荷下運(yùn)行，帶來的經(jīng)濟(jì)損失將是巨大的。我廠4臺(tái)機(jī)組平均水耗不同，1﹑2號(hào)機(jī)組平均水耗5.83 m3/kWh，3﹑4號(hào)機(jī)組平均水耗5.35m3/kWh。但長(zhǎng)期的運(yùn)行習(xí)慣卻是1﹑2號(hào)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，3﹑4號(hào)機(jī)組承擔(dān)剩余負(fù)荷，這樣又會(huì)進(jìn)一步加大發(fā)電水耗。

（三）當(dāng)總負(fù)荷偏離并網(wǎng)機(jī)組額定總負(fù)荷時(shí)，各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷如何分配，才能保證總水耗最低。長(zhǎng)期以來，在多臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷分配上，通常是憑經(jīng)驗(yàn)﹑憑習(xí)慣，或者就是多臺(tái)機(jī)組平均分配總負(fù)荷，這在大多數(shù)情況的都是不科學(xué)﹑不經(jīng)濟(jì)的。特別是當(dāng)全廠總負(fù)荷偏離并網(wǎng)機(jī)組額定總負(fù)荷較遠(yuǎn)時(shí)，各臺(tái)機(jī)組間的負(fù)荷分配就更是無依據(jù)可言。

（四）是由于水電廠機(jī)組啟停速度快，部分電力調(diào)度用機(jī)組啟停的方式來調(diào)峰調(diào)頻，造成水電機(jī)組頻繁啟停，或者是讓多臺(tái)機(jī)組均并網(wǎng)帶基荷旋轉(zhuǎn)備用，從機(jī)組安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行上，這種運(yùn)行方式都是值得商榷的。

同時(shí)南水北調(diào)工程接近尾聲，丹江水庫(kù)即將蓄水至170m，黃龍灘電廠正好位于丹江水庫(kù)上游，在丹江蓄水至170m時(shí)，該廠的尾水水位抬高近10m，勢(shì)必對(duì)發(fā)電效率帶來影響。因此，在多臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，各機(jī)組間的負(fù)荷調(diào)度迫切需要一種科學(xué)的計(jì)算，給機(jī)組負(fù)荷調(diào)度提供支持，以減少黃龍灘電廠機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻及下游尾水上升造成的經(jīng)濟(jì)損失。

三﹑機(jī)組優(yōu)化調(diào)度思路

（一）理論分析

水輪發(fā)電機(jī)組出力公式為：

由出力公式可以看出決定機(jī)組出力的因素就是發(fā)電水頭，發(fā)電流量和機(jī)組效率。發(fā)電水頭主要是由水庫(kù)上下游水位決定的，在短時(shí)間內(nèi)基本不會(huì)發(fā)生變化，也無法人為控制，我們能做的是，在調(diào)度給出我廠出力任務(wù)時(shí)，通過多臺(tái)機(jī)組的不同負(fù)荷分配，實(shí)現(xiàn)用最小的出庫(kù)流量來完成當(dāng)前的出力任務(wù)，此時(shí)機(jī)組的綜合效率時(shí)最高的，從而達(dá)到機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

（二）優(yōu)化調(diào)度思路

目前由于機(jī)組開停機(jī)由省調(diào)調(diào)度，并網(wǎng)機(jī)組組合不受我們控制。因此我們只能在并網(wǎng)機(jī)組運(yùn)行方式確定的情況下，通過對(duì)“水頭—出力—發(fā)電流量”的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)的計(jì)算，來合理分配并網(wǎng)機(jī)組的負(fù)荷，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

以一大一小兩臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電為例，假設(shè)調(diào)度下令出力為190MW，這時(shí)兩臺(tái)機(jī)組帶負(fù)荷就有表1所示的8種分配方案。

表1中的8種負(fù)荷方案究竟哪種方案最經(jīng)濟(jì)，水耗最低呢？以上游水位245m為例，通過對(duì)各機(jī)組“水頭—出力—發(fā)電流量”對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算可得出表2的結(jié)果

通過對(duì)表2中發(fā)電流量的比較我們不難看出，“方案一”負(fù)荷分配方式的發(fā)電流量是最小的，即小機(jī)帶20MW，大機(jī)帶170MW；而“方案八”負(fù)荷分配方式的發(fā)電流量時(shí)最大的，即小機(jī)帶90MW，大機(jī)帶100MW，兩者發(fā)電流量相差了8.5m3/s，若用“方案一”來發(fā)電比用“方案八”發(fā)電每小時(shí)可節(jié)約30600m3發(fā)電用水。

可見只要通過計(jì)算，將4臺(tái)機(jī)組所有組合模式下，所有負(fù)荷點(diǎn)的最低發(fā)電流量組合找出來，就能按照計(jì)算的結(jié)果分配并網(wǎng)機(jī)組的負(fù)荷，這樣就是最優(yōu)的負(fù)荷分配模式，也是機(jī)組綜合效率最高的運(yùn)行模式。

四﹑效益分析

機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度的研究為黃龍灘電廠機(jī)組間負(fù)荷的調(diào)度提供了科學(xué)依據(jù)，負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用摒棄了憑經(jīng)驗(yàn)﹑憑習(xí)慣分配負(fù)荷或是平均分配負(fù)荷的調(diào)度方法，有利于增強(qiáng)運(yùn)行人員的節(jié)能意思，有利于機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有利于電廠的科學(xué)管理。通過機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度的研究及應(yīng)用可有效的提高水能利用率，通過前期的對(duì)并網(wǎng)機(jī)組負(fù)荷分配的初步計(jì)算結(jié)果看，通過合理的分配并網(wǎng)機(jī)組間的負(fù)荷可使水能利用率能提高5%左右。

五﹑效果確認(rèn)

經(jīng)過2013年的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)實(shí)施機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度后，3﹑4號(hào)機(jī)組的低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間明顯下降，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間明占總運(yùn)行時(shí)間的比重從2012年的33%，下降到20%以內(nèi)，效果明顯。通過應(yīng)用機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度，有效減少了機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)振動(dòng)﹑氣蝕﹑機(jī)械磨損給機(jī)組安全運(yùn)行帶來的影響。在2013年年底，3﹑4號(hào)機(jī)組冬季檢修時(shí)，對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)輪的汽蝕情況進(jìn)行了檢查，檢查結(jié)果為未發(fā)現(xiàn)汽蝕﹑裂紋，這個(gè)結(jié)果在很大程度上減輕了檢修人員的檢修難度，同時(shí)縮短了檢修工期﹑節(jié)省了人工成本及經(jīng)濟(jì)成本。

表1 負(fù)荷分配組合

表2 各負(fù)荷分配組合下的發(fā)電流量

實(shí)施機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度后，對(duì)2012年和2013年的機(jī)組發(fā)電數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)對(duì)比，結(jié)果顯示在發(fā)電水頭基本相等的情況下，2013年的發(fā)電水耗較2012年的發(fā)電水耗降低了6.2%，也就是水能利用率提高了6.2%，和理論計(jì)算的結(jié)果基本一致，全年為廠節(jié)能創(chuàng)效的價(jià)值達(dá)幾百萬(wàn)人民幣。

結(jié)語(yǔ)

黃龍灘電廠機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度的研究與應(yīng)用，在早期的研究計(jì)算是非常辛苦的，都是運(yùn)行員工在業(yè)余時(shí)間手工對(duì)上萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，付出了辛勤的汗水，但結(jié)果是可喜的，不僅為單位創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是通過參與機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度的研究和應(yīng)用，使每個(gè)員工都感受到個(gè)人小小的一點(diǎn)參與﹑一點(diǎn)關(guān)注﹑一點(diǎn)改變﹑一點(diǎn)努力都會(huì)給整體帶來很大的影響。目前，黃龍灘電廠正大力推行職工創(chuàng)新創(chuàng)效，全體職工立足崗位﹑創(chuàng)新實(shí)踐，爭(zhēng)做高素質(zhì)職工，共同推進(jìn)企業(yè)發(fā)展。

[1]康松，張向東，孫興平.火電廠多臺(tái)機(jī)組間負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度的研究[J].中國(guó)電力，1997（03）.

[2]張春莉，鄒淑英（原著：A.Arce等）.依泰普水電站發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化調(diào)度[J].國(guó)外大電機(jī)，2003（02）.

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