水电站极低水位运行方式研究

1375
110
60
50
0
0
4.38 134
...
...
...
...
...
...
...
...
1380
290
90
80
60
60
4.03 325
（2）采用机组组合模型确定开机顺序和机组组合方式
首先统计机组组合方式，单机发电：1#机组、2#机组、3#
机组、4#机组共4种；2台机组发电：1#2#机组，1#3#机组、1#4#
机组、2#3#机组、2#4#机组、3#4#机组共6种；3台机组发电：
1#2#3#机组、1#2#4#机组、1#3#4#机组、2#3#4#机组共4种；4台
机组发电：1#2#3#4#机组共1种，合计15种机组组合方式。由于
吉林台一级电站发电引水系统采用二机一洞模式，#1、#2机组共
用一号发电洞，#3、4#机组共用二号发电洞。实践中发现，同一
吉林台一级电站为坝后式电站，装有4台型号相同、单机 容量125MW的混流式水轮发电机组，发电引水系统采用二机一 洞布置，由两条压力钢管引水至水轮机蜗壳，单机设计最大引 用流量125m3/s。下游受其下泄流量影响的电站依次为吉林台二 级电站（日调节水库）、尼勒克电站（渠道引水式电站）。
2 确定出力区间 2.1 根据安全经济运行要求确定出力下限 吉林台一级电站《水轮机说明书》规定，机组低负荷区
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终停止。逻辑门限控制技术控制方式较成熟，控制简单且可靠 性较好，但由于门槛值及压力控制时间等参数通过反复实验而 得出，缺乏必要的理论依据，对于复杂度大的路况往往无法获 得好的制动效能及稳定性，故为了克服上述缺点，研究人员提 出基于模糊控制技术的车辆防抱死制动系统控制技术，从而达 到更加高效的制动效能及稳定性。
2.2 根据水头和最大引用流量确定出力上限 水位在1372-1380m之间时，因水头低于额定水头，水耗增 大，受发电引用流量限制，单机最大出力无法达到额定出力。 单机最大出力可根据公式P=9.81ηQH计算，其中Q取最大引用 流量125m3/s，H取不同水位对应的水头，计算结果作为相应水 位下的单机出力上限。
1 电站基本情况 吉林1420m，担负着流域中下游水量调节的重任，同时吉 林台一级电站作为新疆最大的水电站，还承担新疆电网调峰、 调频的任务。按照水库设计要求，特殊情况下，水库运行水位 允许偏低于设计死水位1380m，最低运行水位可到极限死水位 1372m。
发电洞的两台机组之间互相影响，当只有2台机运行时，采用不
同发电洞的两台机组发电水耗略低于同一发电洞两台机组组合。
因此，取消1#2#机组、3#4#机组2种组合方式。
通过查询机组试验报告，机组性能略有差异，由优到劣排
序为1#机组-3#机组-4#机组-2#机组。结合对剩余13种组合方式
发电运行历史数据进行统计对比，得出机组最优组合表（见表
通过对比计算成果，水位差在1m以内、总出力差在10MW 以内时，最优运行方式没有变化，为便于运行人员在生产过程 中使用计算成果，水位以1m间隔、总出力以10MW为间隔绘制 最优运行方式表，计算成果见表1。
表1 1372~1380m出力最优分配表（节选部分）
水位负荷 总出力 机组1 机组2 机组3 机组4 水耗 流量 开机方式 (MW) (MW) (MW) (MW) (MW) (m3/kWh) (m3/s)
2）。正常情况下，按此组合方式运行；特殊情况下，根据母线
电压情况、电网潮流分布情况和调度调令执行开、停机。
表2 机组最优组合表
出力范围
(MW) 机组组合
0~125 1#或3#
125~250 1#、3#
250~375
375~500
1#、3#、4# 1#、2#、3#、4#
两个模型——负荷分配模型和机组组合模型结合的办法确定站 内经济运行方式。
3 经济运行方式 3.1 站内经济运行 因吉林台一级电站无死水位以下运行的经历，本方案采用
理论计算方法进行制定。依据经济运行的最优准则，在一定负
∑ 荷下总的耗水量为最小，即目标函数 Q = m q j = min ，采用 j =1
出力，按照不同的开机台数、不同的负荷分配进行组合（剔除 单机负荷超出上述单机出力上下限范围的组合），计算出所有 可能的组合方式对应的耗水率，选取综合耗水率最小的组合方 式作为对应水位、对应总出力的最优负荷分配方式。根据上述 原理，可计算出不同水位不同总出力下的最优负荷分配方式。
为P＜50MW，机组不宜在低负荷区长期运行。实际运行中也 发现，单机出力低于50MW时，机组振动、摆度较大，水轮机 转轮汽蚀损坏严重，长期在此工况下运行，势必危及机组的安 全，降低机组的使用寿命。此外，从机组流量特性关系曲线可 以看出，P＜50MW为非经济运行区。试验和实际运行数据也 表明，在低负荷区运行时，水轮机效率低于85％，发电耗水率 高，经济运行水平偏低。鉴于上述情况，将单机出力下限确定 为50MW。
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水电站极低水位运行方式研究
王奕1 程永庆2 1. 国家能源集团新疆吉林台水电开发有限公司 北京 100101； 2. 国电电力发展股份有限公司 辽宁 大连 116600
摘 要 水电站在生产运行过程中，发生特殊情况（如水库清底检修、战备、地震、大坝重大缺陷等）或来水极枯 的年份时，为保证大坝安全，提供下游生态、灌溉和居民用水，允许库水位降至死水位以下运行，此举必然导致水 轮发电机组在水头极低的工况下运行。本文以吉林台一级电站为例，通过理论计算的方法对极低水位下站内经济运 行方式进行了阐述，又结合下游电站实际情况，提出了流域经济运行的原则，并对此种特殊工况下保证机组安全运 行的措施进行了说明。 关键词 水电站；低水位；经济运行；开机方式；负荷分配
（1）采用负荷分配模型确定开机台数和负荷分配方式 先假定所有机组效率、性能完全相同，对同一水位同一总
将上述两种模型的原理和计算结果相结合，即可得出不同 水位、不同出力下耗水率最小的开机顺序、机组组合方式和负 荷分配方式，即最优运行方式。
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科学与信息化2020年12月下 103
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