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从水电机组的调峰、调频浅议节能管理 |
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从水电机组的调峰、调频浅议节能管理 |
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作者:佚名 文章来源:不详 点击数: 更新时间:2008-9-24 10:24:55 |
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虎勇 宝珠寺水力发电厂,四川广元628003
1概述
一个结构合理的电网,应该是水火电厂各占相当比例。有调节能力的水电厂在水电厂中应占有相当的比例,这样才能满足系统安全稳定运行的需要。九五期间,四川电网随着二滩电站、宝珠寺电站和广安电厂等大型电厂的相继投产,四川缺电的历史已成为过去,甚至有了低水平的富裕电量。但从负荷特性方面看,整个系统的峰谷差进一步增大,2000年系统峰谷差最大达314万 kW,与1999年同比增大6.4%。在这种情况下,系统特别需要容量大,调节性能好的电厂为系统的安全稳定运行发挥作用。
至2000年底,全省总装机容量1 710万 kW,其中水电装机容量1 100万 kW,但水电装机中具有季及以上调节能力的水电站主要有二滩电站、宝珠寺电站和大桥电站,总容量仅为410万kW,比重约为36.4%,其他大部分都是径流式电站,调节性能差。这种情况造成系统在丰水期电量过剩(电站大量弃水),枯水期又电量不足,不得不拉闸限电。而与大电网并网运行的小水电、小火电厂(站)、自备电厂多达1 526家,并网容量397万 kW,小火电均为高耗能,小水电多为径流式电站,有水则发,无水停机,枯水期无电可发,丰水期则发电冲网,迫使大、中型电站大量弃水,水能资源浪费严重。
2节能措施及存在的问题
宝珠寺水力发电厂是国家大型Ⅰ类企业,总装机容量70万 kW,设计年发电量23.5亿 kW·h,电站水库总库容25.5亿 m3,调节库容13.4亿 m3,具有不完全年调节能力,是四川电网中调节能力最强的电站之一,承担着四川电网调峰、调频、调压和事故备用的重任,对于确保四川电网的安全稳定经济运行有着举足轻重的作用。
由于电网结构的原因以及消化二滩电量造成的系统所属电厂电量的降低,宝珠寺电站机组的利用小时数逐年下降,丰水期也因此大量弃水。以2001年的情况看,宝珠寺水电厂弃水近13亿 m3,但发电量却比去年同期减少1.17亿 kW·h。
宝珠寺水电厂各级领导深刻认识到这个严峻的问题,从节能工作入手,通过三级节能监督网,在全厂范围内开展节能活动,同时狠抓设备缺陷管理,使机组时刻处于最佳状态,做到了随调随开,顶得上压得下。再结合水情自动测报系统和水库优化调度,合理安排机组运行方式,使之处于最优工况。在充分满足系统需要的前提下,深入挖潜,尽可能的减少弃水和降低机组空载时间,提高经济效益。
虽然采取了很多措施,做了不少工作,但由于种种原因,仍有一些避免不了的问题:
2.1调压所耗费的水资源
宝珠寺电站的调压主要包括枯水期夜间的进相运行调压(电压调下限)和丰水期白天负荷高峰时段的调压(电压调上限)。
因白龙江流域的来水较少,近几年的来水量都不能达到设计值,且主要集中在8、9、10几个月,因此,每一滴水对宝珠寺电站来说都是宝贵的。电站在年初主要利用库内蓄水发电,加之为系统调压,一般到5月上旬左右就将水库拉空。随之而来的问题为:(1)每年的枯水期,系统水电少,电站担负着系统的调峰、调频,发电任务重,而这个时期夜间线路的充电功率高,系统的电压越上限,就需要宝珠寺电站机组夜间进相运行,从系统吸收多余无功(而有功一般为零),维持系统电压稳定,参与调压的机组长期保持1台,有时甚至多台机组空载进相运行;(2)5月到8月的丰水期间,系统的运行方式是多发水电,火电机组大部分或停机、或检修,并网备用的机组也是以最小出力方式运行;川西北地区的大电厂仅有江油火电厂和宝珠寺水电厂两家,而在5~8月期间,江油火力发电厂两台330 MW的大机组全停,几台小机组运行,川西北地区的系统电压仅由宝珠寺水电厂一家支撑。为了保证系统的稳定运行和电能质量,系统要求高峰时期宝珠寺水电厂母线电压必须保证在235 kV以上,机组运行方式也按一、二、三模式安排:即低谷1台机、平段2台机、高峰时段3台机。无论有无负荷,都必须保持上述开机数。
宝珠寺电站的转子电流最大不能超过1 430 A(保护装置),最大无功限制在93 MVar以内,加上测量回路的原因和设备性能的不同,有的机组无功只能带到80 MVar左右;在5、6、7几个月的很多时间,两台机带150~160 MVar的无功都无法满足系统要求。为了保证系统的安全,宝珠寺电站以少发有功来多带无功,甚至机组空载只发无功以满足系统需要,使得水资源大量消耗。
2001年宝珠寺水电厂库区在5~8月期间一直未降雨,整整3个月时间,水位一直徘徊在560 m高程左右,机组最大出力只有130 MW。根据13 F的效率试验,在72 m和97 m水头下,机组带负荷的耗水量情况见表1、表2。
从表1、2中可以看出:在不同水头下,机组带相同负荷时,低水头下的耗水量较高水头下多25%左右,造成在完成相同电量的条件下,却耗费了更多的水资源,这对于来水本来就少的宝珠寺电厂来说,更是一个难以承受的负担。
2.2对设备运行的影响
为了给系统调压,宝珠寺水电厂机组经常是空载调压,最多时可达3台机组空载调压(1天的无功电量达150~200万 MVar·h之多),严重影响机组的安全经济运行。
(1)机组长时间空载运行使4台机组的转轮上冠与每一块叶片背面的焊接部位均气蚀严重,气蚀深度最大达到20 mm,气蚀面积最大达到840 mm×139 mm;11 F尾水管4根补气短管根部气蚀严重,管壁都被蚀穿。叶片与下环连接部位及泄水锥也有轻微气蚀现象;座环的蝶型边及尾水锥管的防腐层有少量脱落。由于白龙江上游碧口电站的拦蓄作用,宝珠寺电站水库水质好,泥沙含量轻,对机组过流部件造成影响很小,可见造成气蚀的主要原因是机组运行的工况:空载运行;振动区运行;低水头运行。东方电机厂水轮机的技术条件也要求机组一年内空载时间不超过100 h;
(2)丰水期的主变分接头调整,一般是由四档调三档,2001年却是直接由四档调到二档(主变高压侧电压由235 kV调到248 kV),使宝珠寺电厂机组并网时,无功高达80~90 MVar,瞬间将宝珠寺水电厂母线电压抬高,对主变造成冲击。若多次这样运行,势必对主变的绝缘寿命带来影响;
(3)机组1999~2001年主要运行指标见表3。
从表3可以看出:几年来,发电量和机组利用小时数逐年降低,利用小时仅占运行小时的45%左右,而空载小时在运行小时中所占的比例却逐年增加,水资源的耗费也因而随之增加。
3结语
机组空载运行对经济效益有以下影响。
(1)电量损失。空载运行时耗水量较大。低水头运行时耗水量达到43 m3/s;高水头运行时耗水量也有38 m3/s。若将1年的空载耗水量折算电量,2000年和2001年损失的电量都在1.8亿 kW·h以上;
(2)不合格电量增加。机组空载时的发电量被考核为不合格电量,而将机组有功控制到零在技术上很难实现,无法避免不合格电量的产生;
(3)机组长时间空载运行造成过流部件气蚀、机组振动,使设备损坏,增加了设备检修维护费用,增大了发电成本。
随着电力市场不断发展和完善,发电企业经济效益与电力市场紧密联系在一起。按照市场原则,发电企业必须充分节约能源,利用能源,创造最大经济效益,才能维持企业长期持续性发展。但由于系统网架原因和水电机组在系统中担任的调峰、调频和调压的任务,又避免不了资源的浪费。如何解决这一对矛盾的问题,还需要我们做进一步深入的研究。
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