论文部分内容阅读
所谓径流式水电站是对天然径流过程不作任何人为改变，发电量仅依天然来水决定的。又称无调节水电站。此种水电站按照河道多年平均流量及所可能获得的水头进行装机容量选择。全年不能满负荷运行，保证率为80%，一般仅达到180天左右的正常运行；枯水期发电量急剧下降，小于50%，有时甚至发不出电。即受河道天然流量的制约，而丰水期又有大量的弃水。这种水电站虽建有水库，但库容很小，不能起到有效的調节库水作用，常常是丰水季满足发电后仍弃水很多，枯水季又无足够的水可供发电。径流式水电站所以不能具有相当规模的调节库容，主要是受到天然地形的限制。也有些地方若建高坝后可以得到大的有效调节库容，但由于迁移人口过多，淹没土地面积很大，需要花过高的代价才能换取，从经济上看很不合理，最后不得不放弃大库容方案而建设径流式水电站。径流式水电站有保证的出力很小，只能季节性发电，运行很不灵活，需要有调节性能好的大库容水电站或者依靠电力系统中的电能作补偿调节，弥补其枯水季少发电或不发电的缺额，以提高它的电能质量。
其运行特点为：
①24h内出力基本不变，适宜担负电力系统的基底负荷。
②年内月电量变化大，枯水期电量明显少于汛期，为此使系统内火电站或其他电站要在汛期少发电，枯水期多发电，降低系统电源装机容量利用率。
③弃水多，径流式水电站的水量利用系数一般较低，当上游有调节水库时，弃水会不同程度地减少。
④坝式低水头径流式水电站的机组在汛期常因下游水位升高而发不足额定出力，甚至不能发电。
因此，针对径流式水电站的运行特点结合实际经验。我发现可从水库调度；机组协联运行控制；拦污栅效能控制；发电机组缺陷控制；辅助设备效能提升几方面进行优化，使得径流式水电站发电量，耗水率，设备利用率都有所提高从而发挥出更大的经济效益。
一、优化水库调度；
径流式水电站水轮机水头范围一般在3米到25米内，因此，这种机组主要靠大流量发电。但又因为径流式水电站的水库库容量较小，一般只有日调节能力。电站发电量在很大程度上由河水的上流来水流量决定的。如何使来水发挥最高效益，这就要求我们对水库进行优化调度。特别是枯水季节，应当尽可能做到使用有限的来水发挥最大效益，也就是发最多的电。
1、洪水期的水库调度。这是指河流来水量在一定时期内超过电站全部机组发电水流量。这样势必造成水库泄洪。如果不能合理调度，上游来多少洪水就得泄多少水，大量的洪水白白流失。如何利用洪水过程合理调度水库安排发电，将产生很大的经济效益。
一般的方法是：应对局部强降雨过程，天气预报能比较准确的做到提前3—5天预报。利用预报时间和洪水产生至库区的时间之和，加大机组出力，尽量降低水库水位，一般都可以至死水位。等洪水上涨至汛限水位时逐步加大泄水流量，可适当降低水库水位。当最大洪水流量过程结束时，调整水库下泄流量使水库水位逐步提高。整个洪水流量过程结束时，水库水位控制在最高汛限水位。洪水过程中利用消落水库水位来增加发电效益是相当可观的。三峡电站去年8月6日一次洪水过程消落水库水位增加发电量0.5998亿度，按其上网电价，相当于增加发电效益1500万元。
2、平水期的水库调度。平水期是指水库来水与电站所有机组额定流量总和相近，这就需要机组在电网中担任基荷出力，尽量避免弃水或少弃水。主要是控制水位在次汛限水位，保证发电机在高水头高效率区运行。
3、枯水期有水库调度。枯水期由于水库来水量满足不了全部机组的全天运行，因此增加其效益的主要途径是尽量蓄高水库水位，并安排一台或少数几台机组运行，这样可以尽量使尾水位维护在较低位。因为多台机组同时运行，尾水位相应增高，也就降低了机组运行的净水头。而机组的出力会因为机组的水头减小而明显降低。再者就是枯水期的发电计划安排也很关键，一般是按来水安排发电计划，保护水库在最高水位运行，以提高发电水头利用率。
4、加强上游梯级水库的来水测报。在流量的变化不是很大的情况下，上游梯级水库的来水至电站库区的时间基本不变，总结这个规律，及时了解上游梯级水库的出库水量或发电量，大体可以预测本站库区的来水流量，以此安排发电计划提高水能利用效率增加发电效益。
二、机组协联运行控制
径流式水电站水轮机组一般采用水轮机的导叶和桨叶同时参与调节的双重调节方式。这样可以保证机组始终运行在高效率区内，使机组能在更宽水头范围内高效率运行。
η=f（H， α， β）
其中：η为水轮机的效率、H为水轮机工作的有效水头、α为水轮机的导叶开度、β为水轮机的轮叶开度。水轮机在出厂前，厂家根据模型绘制了相应的各水头模式下的协联关系曲线，作为水轮机调速器协联调节的依据。但在实际运行中，由于制造、加工、安装等诸多因素的影响，使得这一理想关系曲线与实际工况有一定的差别。通过某电厂机组协联关系试验发现，在某一水头，原设计协联关系曲线时的负荷为17MW，在不改变导叶开度的情况下，手动调节桨叶开度，改变协联关系时，最大负荷可增加至21MW。误差高达20%，可见，在机组投产后，应该及时做协联关系曲线的试验，绘制新的协联关系曲线，及时更改调速器的协联关系，曲线以求机组运行在高效率的协联关系上。当然在求最高运行效率的情况下也需要考虑机组运行时的振动因素，即要保证机组的高效运行也要使机组运行得安全稳定。如无法更改调速器的协联关系，曲线或协联关系曲线关系已在最优状态时，应使机组运行在高效率区远离振动区。从而减少机组损耗延长寿命提高经济效益。
三、引水栏污栅和拦污排，下游河道的运行与发电效益
径流式水电站机组一般建在河流的主河道上。丰水期，河流的来水量一般较大，特别是洪水来的时候，巨大水流夹带着上游各种漂浮物聚集在机组进水口附近或大坝闸门附近。这种漂浮物达到一定量时将严重影响机组的出力。使得机组进水口拦污栅前后水位差达几米，致使机组的出力大大降低，甚至使得机组的运行振动加剧，从而影响机组的安全运行。因此，一般电站在引流道或引水河床上设置一道或两道漂浮拦污排，能有效拦截较大的漂浮物。在引流道或引水河床的底部设置拦沙坎，能有效阻止随水流冲击而来的泥沙石等。为了漂浮拦污排能有效拦污，最好将其设置与引水横截面呈一定角度，这样一是可以增大拦污过流面积，减小水流因拦污的水力损失，二是可以利用泄洪或清污将拦截的污物顺利排至下游。 水轮发电机的进水口一般都会设置一个拦污栅，这个拦污栅能有效拦截污物进入水轮机破坏机组设备。在拦污栅前后设置差压变送器，监视拦污栅前后的压差，当压差值大于一定的值后发信号报警。曾经在一个电站的汛期，其机组的负荷由原来的18MW逐渐降为12MW，后经检查系拦污栅前后的水位差达到了2M以上。在停机清污后机组恢复正常。拦污栅能有效拦截污物，但在污物囤积过多时将严重影响机组的出力，影响机组的运行稳定和安全。所以在实际运行中应监视拦污栅前后压差，一般在压差大于30CM以上时就应及时清理污物，保证机组在高效率工况下运行，提高经济效益。
其次就是下游河道要定时疏通，及时清理消力池内淤积的泥沙。这样可以有效降低水位提高发电水头增加发电机效率。
四、发电机组和设备的缺陷管理
水电厂的发电机组与火力发电厂机组最大的区别是：水轮发电机的启动速度非常快，一般能在3-5分鐘内从备用状态到带满负荷运行。而这是火电机组望尘莫及的。其实，这就要求机组及其辅助设备的可靠性非常高。加强机组及其辅助设备的缺陷管理就显得非常重要。保证设备经常处于良好的状态是实现电厂经济效益的重要环节之一。为了全面掌握设备的健康状况，应在发现设备缺陷时，尽快加以消除，努力做到防患于未然。同时，也为安排设备的检修及试验等工作计划提供依据。我们可以从以下几个方面加强管理：
1、运行人员是设备的直接操作和控制者，可以直接了解设备的运行状况，分析设备的异常。例如某电厂的发电机在带负荷运行时，总有一些与以往不一样的振动声，但很难发现，减小负荷时，声音就相对减小。在空载时就完全没有，为了避免导致事故的扩大，对机组进行吊发电机转子检修，及时发现是定子的压齿松动导致的振动声。如果不及时处理，最后导致压齿在大负荷电流的磁场吸引下脱落，其后果将非常严重。因此运行能及时发现设备缺陷消除事故隐患是提高发电效益的最大前提。所以，对于运行来说，很多缺陷是有前兆的，问题是怎么才能及时发现这些异常的前兆。平时需要多观察设备运行的电流、电压、压力、声音、温度、频度、运行时间等等，作好比较性分析。一旦有异常就可及时发现，及时处理。
2、以人为本，做好“安人”工作。任何人都是有情绪的，为了使工作提高效能，对运行人员的关怀也是必不可少的。当人感觉温暖时其工作效率会大大提高。这在西方发达国家早就有研究，而且也得到了充分的应用。台湾著名学者曾仕强在谈到中、日、美三国企业文化时说：中国企业文化就是“安人”，如果把人安顿好，他自觉了，工作就好了。“安人”不是“管人”，我们不少企业的人力资源管理传统理念难改，总是想着法子琢磨人、治人、卡人、缺乏人性化管理。事实上，人对企业的忠诚，是企业管理者用“心”换来的，只有管理者用“心”，人才才会安“心”，才会最大限度地发挥其才智。
3、检修维护人员不仅仅要对设备进行检修维护，还应该在设备正常运行时对设备进行定期巡视检查，及时发现设备异常。同时对全厂设备建立数据库，按规定时限对设备进行定期保养及大小修。根据设备状态来分析设备的运行状况，为领导决策提供参考。
五、机组辅助设备效率的提升
水轮发电机组的辅助设备较多，而且其辅助设备的使用率很高，有些设备的使用率超过发电机的使用率。例如：压油装置油泵和检修，渗漏排水泵以及主变冷却风机，中低压空压机等长期运转。另外一些如技术供水泵只要机组启动，设备就一直运转，为机组服务。在设备维修改造时应重点考察这些设备的工作效率。如果每台辅助设备的效率提高一个千瓦，粗略估算一台机组10台辅助设备再乘以发电机的年利用小时3000-5000h，就可以每年减少3-5万厂用电的消耗。因此选用高效的辅助设备将在很大程度上降低生产消耗。据市场调查，在输出同样流量的水泵，效率高的产品要比效率低的产品少消耗8KW以上的功率。
以上这些只是本人的粗浅认识，希望能抛砖引玉，为电站的经济运行提供有效的参考。
其运行特点为：
①24h内出力基本不变，适宜担负电力系统的基底负荷。
②年内月电量变化大，枯水期电量明显少于汛期，为此使系统内火电站或其他电站要在汛期少发电，枯水期多发电，降低系统电源装机容量利用率。
③弃水多，径流式水电站的水量利用系数一般较低，当上游有调节水库时，弃水会不同程度地减少。
④坝式低水头径流式水电站的机组在汛期常因下游水位升高而发不足额定出力，甚至不能发电。
因此，针对径流式水电站的运行特点结合实际经验。我发现可从水库调度；机组协联运行控制；拦污栅效能控制；发电机组缺陷控制；辅助设备效能提升几方面进行优化，使得径流式水电站发电量，耗水率，设备利用率都有所提高从而发挥出更大的经济效益。
一、优化水库调度；
径流式水电站水轮机水头范围一般在3米到25米内，因此，这种机组主要靠大流量发电。但又因为径流式水电站的水库库容量较小，一般只有日调节能力。电站发电量在很大程度上由河水的上流来水流量决定的。如何使来水发挥最高效益，这就要求我们对水库进行优化调度。特别是枯水季节，应当尽可能做到使用有限的来水发挥最大效益，也就是发最多的电。
1、洪水期的水库调度。这是指河流来水量在一定时期内超过电站全部机组发电水流量。这样势必造成水库泄洪。如果不能合理调度，上游来多少洪水就得泄多少水，大量的洪水白白流失。如何利用洪水过程合理调度水库安排发电，将产生很大的经济效益。
一般的方法是：应对局部强降雨过程，天气预报能比较准确的做到提前3—5天预报。利用预报时间和洪水产生至库区的时间之和，加大机组出力，尽量降低水库水位，一般都可以至死水位。等洪水上涨至汛限水位时逐步加大泄水流量，可适当降低水库水位。当最大洪水流量过程结束时，调整水库下泄流量使水库水位逐步提高。整个洪水流量过程结束时，水库水位控制在最高汛限水位。洪水过程中利用消落水库水位来增加发电效益是相当可观的。三峡电站去年8月6日一次洪水过程消落水库水位增加发电量0.5998亿度，按其上网电价，相当于增加发电效益1500万元。
2、平水期的水库调度。平水期是指水库来水与电站所有机组额定流量总和相近，这就需要机组在电网中担任基荷出力，尽量避免弃水或少弃水。主要是控制水位在次汛限水位，保证发电机在高水头高效率区运行。
3、枯水期有水库调度。枯水期由于水库来水量满足不了全部机组的全天运行，因此增加其效益的主要途径是尽量蓄高水库水位，并安排一台或少数几台机组运行，这样可以尽量使尾水位维护在较低位。因为多台机组同时运行，尾水位相应增高，也就降低了机组运行的净水头。而机组的出力会因为机组的水头减小而明显降低。再者就是枯水期的发电计划安排也很关键，一般是按来水安排发电计划，保护水库在最高水位运行，以提高发电水头利用率。
4、加强上游梯级水库的来水测报。在流量的变化不是很大的情况下，上游梯级水库的来水至电站库区的时间基本不变，总结这个规律，及时了解上游梯级水库的出库水量或发电量，大体可以预测本站库区的来水流量，以此安排发电计划提高水能利用效率增加发电效益。
二、机组协联运行控制
径流式水电站水轮机组一般采用水轮机的导叶和桨叶同时参与调节的双重调节方式。这样可以保证机组始终运行在高效率区内，使机组能在更宽水头范围内高效率运行。
η=f（H， α， β）
其中：η为水轮机的效率、H为水轮机工作的有效水头、α为水轮机的导叶开度、β为水轮机的轮叶开度。水轮机在出厂前，厂家根据模型绘制了相应的各水头模式下的协联关系曲线，作为水轮机调速器协联调节的依据。但在实际运行中，由于制造、加工、安装等诸多因素的影响，使得这一理想关系曲线与实际工况有一定的差别。通过某电厂机组协联关系试验发现，在某一水头，原设计协联关系曲线时的负荷为17MW，在不改变导叶开度的情况下，手动调节桨叶开度，改变协联关系时，最大负荷可增加至21MW。误差高达20%，可见，在机组投产后，应该及时做协联关系曲线的试验，绘制新的协联关系曲线，及时更改调速器的协联关系，曲线以求机组运行在高效率的协联关系上。当然在求最高运行效率的情况下也需要考虑机组运行时的振动因素，即要保证机组的高效运行也要使机组运行得安全稳定。如无法更改调速器的协联关系，曲线或协联关系曲线关系已在最优状态时，应使机组运行在高效率区远离振动区。从而减少机组损耗延长寿命提高经济效益。
三、引水栏污栅和拦污排，下游河道的运行与发电效益
径流式水电站机组一般建在河流的主河道上。丰水期，河流的来水量一般较大，特别是洪水来的时候，巨大水流夹带着上游各种漂浮物聚集在机组进水口附近或大坝闸门附近。这种漂浮物达到一定量时将严重影响机组的出力。使得机组进水口拦污栅前后水位差达几米，致使机组的出力大大降低，甚至使得机组的运行振动加剧，从而影响机组的安全运行。因此，一般电站在引流道或引水河床上设置一道或两道漂浮拦污排，能有效拦截较大的漂浮物。在引流道或引水河床的底部设置拦沙坎，能有效阻止随水流冲击而来的泥沙石等。为了漂浮拦污排能有效拦污，最好将其设置与引水横截面呈一定角度，这样一是可以增大拦污过流面积，减小水流因拦污的水力损失，二是可以利用泄洪或清污将拦截的污物顺利排至下游。 水轮发电机的进水口一般都会设置一个拦污栅，这个拦污栅能有效拦截污物进入水轮机破坏机组设备。在拦污栅前后设置差压变送器，监视拦污栅前后的压差，当压差值大于一定的值后发信号报警。曾经在一个电站的汛期，其机组的负荷由原来的18MW逐渐降为12MW，后经检查系拦污栅前后的水位差达到了2M以上。在停机清污后机组恢复正常。拦污栅能有效拦截污物，但在污物囤积过多时将严重影响机组的出力，影响机组的运行稳定和安全。所以在实际运行中应监视拦污栅前后压差，一般在压差大于30CM以上时就应及时清理污物，保证机组在高效率工况下运行，提高经济效益。
其次就是下游河道要定时疏通，及时清理消力池内淤积的泥沙。这样可以有效降低水位提高发电水头增加发电机效率。
四、发电机组和设备的缺陷管理
水电厂的发电机组与火力发电厂机组最大的区别是：水轮发电机的启动速度非常快，一般能在3-5分鐘内从备用状态到带满负荷运行。而这是火电机组望尘莫及的。其实，这就要求机组及其辅助设备的可靠性非常高。加强机组及其辅助设备的缺陷管理就显得非常重要。保证设备经常处于良好的状态是实现电厂经济效益的重要环节之一。为了全面掌握设备的健康状况，应在发现设备缺陷时，尽快加以消除，努力做到防患于未然。同时，也为安排设备的检修及试验等工作计划提供依据。我们可以从以下几个方面加强管理：
1、运行人员是设备的直接操作和控制者，可以直接了解设备的运行状况，分析设备的异常。例如某电厂的发电机在带负荷运行时，总有一些与以往不一样的振动声，但很难发现，减小负荷时，声音就相对减小。在空载时就完全没有，为了避免导致事故的扩大，对机组进行吊发电机转子检修，及时发现是定子的压齿松动导致的振动声。如果不及时处理，最后导致压齿在大负荷电流的磁场吸引下脱落，其后果将非常严重。因此运行能及时发现设备缺陷消除事故隐患是提高发电效益的最大前提。所以，对于运行来说，很多缺陷是有前兆的，问题是怎么才能及时发现这些异常的前兆。平时需要多观察设备运行的电流、电压、压力、声音、温度、频度、运行时间等等，作好比较性分析。一旦有异常就可及时发现，及时处理。
2、以人为本，做好“安人”工作。任何人都是有情绪的，为了使工作提高效能，对运行人员的关怀也是必不可少的。当人感觉温暖时其工作效率会大大提高。这在西方发达国家早就有研究，而且也得到了充分的应用。台湾著名学者曾仕强在谈到中、日、美三国企业文化时说：中国企业文化就是“安人”，如果把人安顿好，他自觉了，工作就好了。“安人”不是“管人”，我们不少企业的人力资源管理传统理念难改，总是想着法子琢磨人、治人、卡人、缺乏人性化管理。事实上，人对企业的忠诚，是企业管理者用“心”换来的，只有管理者用“心”，人才才会安“心”，才会最大限度地发挥其才智。
3、检修维护人员不仅仅要对设备进行检修维护，还应该在设备正常运行时对设备进行定期巡视检查，及时发现设备异常。同时对全厂设备建立数据库，按规定时限对设备进行定期保养及大小修。根据设备状态来分析设备的运行状况，为领导决策提供参考。
五、机组辅助设备效率的提升
水轮发电机组的辅助设备较多，而且其辅助设备的使用率很高，有些设备的使用率超过发电机的使用率。例如：压油装置油泵和检修，渗漏排水泵以及主变冷却风机，中低压空压机等长期运转。另外一些如技术供水泵只要机组启动，设备就一直运转，为机组服务。在设备维修改造时应重点考察这些设备的工作效率。如果每台辅助设备的效率提高一个千瓦，粗略估算一台机组10台辅助设备再乘以发电机的年利用小时3000-5000h，就可以每年减少3-5万厂用电的消耗。因此选用高效的辅助设备将在很大程度上降低生产消耗。据市场调查，在输出同样流量的水泵，效率高的产品要比效率低的产品少消耗8KW以上的功率。
以上这些只是本人的粗浅认识，希望能抛砖引玉，为电站的经济运行提供有效的参考。