黄龙滩电厂机组负荷优化调度的探索
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摘 要：本文通过对水电厂水轮发电机组负荷优化调度分析，探索机组负荷合理分配、科学调度达到最佳经济运行调度方案。
关键词：水轮发电机组优化调度；经济运行；最佳方案
中图分类号：TM621 文献标识码：A
一、电厂概述
黄龙滩电厂1974年投产，设计安装了1、2号两台水轮发电机组，单机容量75MW，单机最大引水流量123m3/s，设计平均水耗5.83m3/kWh，总装机容量150MW。1992年将两台机组增容至85MW，总装机容量达到170MW。2005年扩建投产3、4号两台水轮发电机组，单机容量170MW，单机最大引水流量269.5m3/s，平均水耗5.35m3/kWh，全厂总装机容量达到510MW。
二、运行现状
黄龙滩电厂在湖北电网中的主要负责调峰调频任务，因此机组的启停、负荷调整是非常频繁的。加之在长期的运行过程中，运行值班人员习惯将1、2号机组满负荷运行，剩余负荷由3、4号机组承担。因此在给电网电能质量提供保障的同时，也给电厂运行带来四个方面的问题：
（一）3、4号机组长期在低于100MW以下负荷运行，机组振动和转轮气蚀较重。2012年机组秋季检修时检查3、4号机组转轮叶片均存在严重气蚀现象，统计了全年机组在100MW以下低负荷振动区运行时间占总运行时间的33%。经过与调度沟通协调，已将3、4号机组基荷按照设计已由50MW提升至70MW。虽然最低负荷提升了，但机组运行中，仍经常在100MW以下负荷运行，给机组的安全稳定运行带来一定的隐患。
（二）运行经济性下降。以黄龙滩电厂170MW机组为例，在设计水头71米下运行时，当负荷从额定170MW降至70MW，机组发电水耗将增加0.83m3/kWh，我厂有4台机组，如长期均不在额定负荷下运行，带来的经济损失将是巨大的。我厂4台机组平均水耗不同，1、2号机组平均水耗5.83 m3/kWh，3、4号机组平均水耗5.35m3/kWh。但长期的运行习惯却是1、2号机组满负荷运行，3、4号机组承担剩余负荷，这样又会进一步加大发电水耗。
（三）当总负荷偏离并网机组额定总负荷时，各台机组的负荷如何分配，才能保证总水耗最低。长期以来，在多台机组的负荷分配上，通常是凭经验、凭习惯，或者就是多台机组平均分配总负荷，这在大多数情况的都是不科学、不经济的。特别是当全厂总负荷偏离并网机组额定总负荷较远时，各台机组间的负荷分配就更是无依据可言。
（四）是由于水电厂机组启停速度快，部分电力调度用机组启停的方式来调峰调频，造成水电机组频繁启停，或者是让多台机组均并网带基荷旋转备用，从机组安全运行和经济运行上，这种运行方式都是值得商榷的。
同时南水北调工程接近尾声，丹江水库即将蓄水至170m，黄龙滩电厂正好位于丹江水库上游，在丹江蓄水至170m时，该厂的尾水水位抬高近10m，势必对发电效率带来影响。因此，在多台机组并网时，各机组间的负荷调度迫切需要一种科学的计算，给机组负荷调度提供支持，以减少黄龙滩电厂机组参与电网调峰调频及下游尾水上升造成的经济损失。
（一）理论分析
水轮发电机组出力公式为：
由出力公式可以看出决定机组出力的因素就是发电水头，发电流量和机组效率。发电水头主要是由水库上下游水位决定的，在短时间内基本不会发生变化，也无法人为控制，我们能做的是，在调度给出我厂出力任务时，通过多台机组的不同负荷分配，实现用最小的出库流量来完成当前的出力任务，此时机组的综合效率时最高的，从而达到机组经济运行的目的。
（二）优化调度思路
目前由于机组开停机由省调调度，并网机组组合不受我们控制。因此我们只能在并网机组运行方式确定的情况下，通过对“水头―出力―发电流量”的对应关系数据的计算，来合理分配并网机组的负荷，达到经济运行的目的。
以一大一小两台机组并网发电为例，假设调度下令出力为190MW，这时两台机组带负荷就有表1所示的8种分配方案。
表1中的8种负荷方案究竟哪种方案最经济，水耗最低呢？以上游水位245m为例，通过对各机组“水头―出力―发电流量”对应关系数据进行计算可得出表2的结果
通过对表2中发电流量的比较我们不难看出，“方案一”负荷分配方式的发电流量是最小的，即小机带20MW，大机带170MW；而“方案八”负荷分配方式的发电流量时最大的，即小机带90MW，大机带100MW，两者发电流量相差了8.5m3/s，若用“方案一”来发电比用“方案八”发电每小时可节约30600m3发电用水。
可见只要通过计算，将4台机组所有组合模式下，所有负荷点的最低发电流量组合找出来，就能按照计算的结果分配并网机组的负荷，这样就是最优的负荷分配模式，也是机组综合效率最高的运行模式。
四、效益分析
机组负荷优化调度的研究为黄龙滩电厂机组间负荷的调度提供了科学依据，负荷优化调度的应用摒弃了凭经验、凭习惯分配负荷或是平均分配负荷的调度方法，有利于增强运行人员的节能意思，有利于机组的经济运行，有利于电厂的科学管理。通过机组负荷优化调度的研究及应用可有效的提高水能利用率，通过前期的对并网机组负荷分配的初步计算结果看，通过合理的分配并网机组间的负荷可使水能利用率能提高5%左右。
五、效果确认
经过2013年的应用，发现实施机组负荷优化调度后，3、4号机组的低负荷运行时间明显下降，低负荷运行时间明占总运行时间的比重从2012年的33%，下降到20%以内，效果明显。通过应用机组负荷优化调度，有效减少了机组在低负荷运行时振动、气蚀、机械磨损给机组安全运行带来的影响。在2013年年底，3、4号机组冬季检修时，对机组转轮的汽蚀情况进行了检查，检查结果为未发现汽蚀、裂纹，这个结果在很大程度上减轻了检修人员的检修难度，同时缩短了检修工期、节省了人工成本及经济成本。
实施机组负荷优化调度后，对2012年和2013年的机组发电数据进行了统计对比，结果显示在发电水头基本相等的情况下，2013年的发电水耗较2012年的发电水耗降低了6.2%，也就是水能利用率提高了6.2%，和理论计算的结果基本一致，全年为厂节能创效的价值达几百万人民币。
结语
黄龙滩电厂机组负荷优化调度的研究与应用，在早期的研究计算是非常辛苦的，都是运行员工在业余时间手工对上万个数据进行整理计算，付出了辛勤的汗水，但结果是可喜的，不仅为单位创造了可观的经济效益，更重要的是通过参与机组负荷优化调度的研究和应用，使每个员工都感受到个人小小的一点参与、一点关注、一点改变、一点努力都会给整体带来很大的影响。目前，黄龙滩电厂正大力推行职工创新创效，全体职工立足岗位、创新实践，争做高素质职工，共同推进企业发展。
参考文献
[1]康松，张向东，孙兴平.火电厂多台机组间负荷优化调度的研究[J].中国电力，1997（03）.
[2]张春莉，邹淑英（原著：A.Arce等）.依泰普水电站发电机组的优化调度[J].国外大电机，2003（02）.