臺(tái)蘭河水電站機(jī)組臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量的選擇

【摘要】臺(tái)蘭河水電站工程年內(nèi)徑流變幅較大，電站枯水期運(yùn)行時(shí)間較長，通過選擇合適的機(jī)組臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量方案，以保障機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定和提高電站的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】引水式電站；徑流變幅大；機(jī)組臺(tái)數(shù)；單機(jī)容量

1、工程概述

臺(tái)蘭河水電站位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)溫宿縣境內(nèi)。工程區(qū)距距溫宿縣距離約55km，距阿克蘇60km。電站為徑流式引水電站，電站設(shè)計(jì)流量56m3/s，電站引水渠首不具有調(diào)節(jié)徑流的能力。

臺(tái)蘭河徑流補(bǔ)給主要為冰川積雪融水，徑流的年內(nèi)變化相對(duì)較大。臺(tái)蘭河多年平均徑流量7.5億m3，多年平均流量23.8m3/s，徑流的年內(nèi)分配主要集中在6月～8月，該時(shí)段徑流量占全年徑流量的66.5%， 3月～5月徑流量占全年徑流量的11.1%，9月～11月徑流量占全年徑流量的17.3%，12月～2月徑流量占全年徑流量的5.0%。

2、機(jī)組臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量的選擇

在水電站總裝機(jī)容量確定后，裝機(jī)臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量的選擇應(yīng)考慮以下因素：

（1）單機(jī)容量占電力系統(tǒng)中的比重，比重不能過大以免機(jī)組故障或者檢修時(shí)給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重影響。

（2）機(jī)組的制造水平，單機(jī)容量不能過大以免造成制造或運(yùn)輸方面困難。

（3）裝機(jī)臺(tái)數(shù)增多雖然能帶來電站運(yùn)行的靈活性，但也會(huì)造成工程投資的增加，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選來確定。

（4）水輪機(jī)只能在一定的負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，單機(jī)容量的選擇應(yīng)考慮機(jī)組在小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。

本電站裝機(jī)規(guī)模較小，在系統(tǒng)中擔(dān)任基荷，此水頭段國內(nèi)混流式機(jī)組已有較為成熟的制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，制造難度不大。因此后兩個(gè)因素才是本電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量選擇時(shí)所需考慮的重點(diǎn)問題。

水輪發(fā)電機(jī)組的固有特性是低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的不穩(wěn)定性，即在低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)水輪機(jī)會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)。在《大、中型水輪機(jī)選用導(dǎo)則》中規(guī)定了混流式水輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的范圍為45%-100%，混流式水輪機(jī)會(huì)有一個(gè)較大的不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，在運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡可能地避開在這個(gè)區(qū)域內(nèi)長時(shí)間運(yùn)行。

根據(jù)水文專業(yè)提供的資料，對(duì)臺(tái)蘭河典型年的月平均日流量進(jìn)行排頻統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

由表1可以看出2月份的來水日均流量全年最少，僅為3.58m3/s，且全年有四個(gè)月的時(shí)間來水日均流量不足6m3/s。如采用等裝機(jī)方案，至少需要6臺(tái)機(jī)以上，才能夠保證單臺(tái)機(jī)組在冬季枯水期運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，此種方案大大增加了機(jī)電設(shè)備和土建的投資，而且還將增加電站投產(chǎn)后運(yùn)行維護(hù)及管理的成本。

綜合分析，本電站合理的裝機(jī)方案應(yīng)為大、小機(jī)結(jié)合的方案。電站總裝機(jī)48MW，保證出力2.8MW，小機(jī)組單機(jī)容量暫定為5MW，初擬了2×21.5MW+1×5MW和2×19MW+2×5MW兩個(gè)方案進(jìn)行比較，為了便于分析比較，本階段暫以JF2062和JF1809模型轉(zhuǎn)輪為基礎(chǔ)進(jìn)行水輪發(fā)電機(jī)組等設(shè)備以及廠房尺寸的參數(shù)計(jì)算。

兩種方案中小機(jī)組均可滿足枯水期的運(yùn)行要求，在日平均流量最小的2月份也可發(fā)出60%以上的出力，具有較高的效率。從電站投資角度來說3臺(tái)機(jī)方案工程總投資相比4臺(tái)機(jī)方案工程總投資節(jié)省近八百萬元，同時(shí)機(jī)組臺(tái)數(shù)的減少越少意味著電站投產(chǎn)后每年的維護(hù)檢修工作量及成本費(fèi)用的降低。從電站運(yùn)行角度來說，小機(jī)組每年枯水期需運(yùn)行至少四個(gè)月以上，四臺(tái)機(jī)方案中兩臺(tái)小機(jī)組在枯水期運(yùn)行當(dāng)中可互為備用，提高了電站的發(fā)電保證率，運(yùn)行較三臺(tái)機(jī)方案靈活。同時(shí)考慮到5、10、11三個(gè)月引水流量變大后，方案一僅有一臺(tái)小機(jī)組，滿發(fā)時(shí)額定流量?jī)H為5 m3/s，會(huì)造成電站棄水，浪費(fèi)寶貴的水能資源；如一臺(tái)大機(jī)組運(yùn)行只可發(fā)出19.5%-37.8%的出力，大機(jī)組長期在低負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行，效率低且振動(dòng)磨蝕現(xiàn)象嚴(yán)重。

通過以上分析，考慮到電站運(yùn)行安全穩(wěn)定性越高，機(jī)組的大修間隔越長，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也就越大，因此本電站的裝機(jī)方案確定采用方案二（2×19MW+2×5MW）。

3、結(jié)束語

對(duì)于徑流量季節(jié)變幅較大的引水式電站，冬季枯水期較長，選用大、小機(jī)結(jié)合的方案，選擇合適的機(jī)組臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量，能使發(fā)電引用流量與機(jī)組額定流量之間形成合理的匹配，大、小機(jī)組均可在任意時(shí)期處于一個(gè)較優(yōu)的工況范圍運(yùn)行，提高了電站運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：劉峰，（1981-）， 男，工程師，主要從事水電站水力機(jī)械設(shè)計(jì)。