第六章水电站及水库的主要参数选择 第一节水电站装机容量选择第二节以发电为主的水库特征水位的选择 第一节水电站装机容量选择 水电站装机容量是由最大工作容量 备用容量和重复容量所组成 电力系统中所有电站的装机容量的总和 必须大于系统的最大负荷 水电站最大工作容量 指设计水平年电力系统负荷最高 一般出现在冬季枯水季节 时水电站能担负的最大发电容量 在确定水电站的最大工作容量时 须进行电力系统的电力平衡和电量平衡 系统电力平衡 是电站 包括水电站和火电站 的出力 工作容量 须随时满足系统的负荷要求 水 火电站的最大工作量之和 必须等于电力系统的最大负荷 两者必须保持平衡 这是满足电力系统正常工作的第一个基本要求 即N 水 工 N 火 工 P 系 6 1 式中 N 水 工 N 火 工为系统内所有水 火电站的最大工作容量 Kw P 系为系统设计水平年的最大负荷 Kw 对于设计水平年而言 系统中水电站包括拟建的规划中的水电站与已建成的水电站两大部分 规划水电站的最大工作容量为 N 水 规 N 水 工 N 水 建 6 2 根据系统电量平衡的要求 在任何时段内系统所要求保证的供电量为 E系 保 E水 保 E火 保 6 3 式中 E水 保为该时段水电站能保证的出力与相应时段小时数的乘积 E火 保为火电站有燃料保证的工作容量与相应时段小时数的乘积 水电站最大工作容量的确定 与设计水平年电力系统的负荷图 系统内已建成电站在负荷图上的工作位置以及拟建水电站的天然来水情况 水库调节性能 经济指标等有关 一 水电站最大工作容量的确定1 无调节水电站最大工作容量的确定 无调节水电站的水库 几乎没有任何调节能力 水电站任何时刻的出力变化 只决定于河中天然流量的大小 因此 这种电站被称为径流式水电站 一般只能担任电力系统的基荷 在枯水期内 河中天然流量在一昼夜内变化很小 因此无调节水电站在枯水期内各日的引用流量 可以认为等于天然来水的日平均流量 需扣除流量损失和其他综合利用部门引走的流量 在此情况下 水电站上下游水位和水头损失 也可以近似地认为全日变化不大 因此无调节水电站在枯水期内各日的净水头 即认为等于其日平均净水头 无调节水电站由于没有径流调节能力 其最大工作容量N 水 工即等于按历时设计保证率所求出的保证出力 见第五章第一节 如设计枯水日平均流量为Q设 m3 s 相应的日平均净水头为H平均设 m 则无调节水电站的保证出力为N 水 工 N 保 无 9 81 Q设H平均设 Kw 6 4 2 日调节水电站最大工作容量的确定由于日调节水电站的调节库容有限 其调节周期仅为一昼夜 因此水电站的保证流量Q设应为某一设计枯水日的平均流量 水电站的日平均净水头设 应为其上下游平均水位之差减去水头损失 日调节水电站的保证出力为N保 日 9 81 Q设设 Kw 6 5 相应日保证电能量为E保 日 24N保 日 Kw h 6 6 确定日调节水电站的最大工作容量时 可根据电力系统设计水平年冬季典型日最大负荷图 绘出其日电能累积曲线 然后按下述图解法确定水电站最大工作容量 如果水电站应担任日负荷图上的峰荷部分 则在图6 1 P 127 的日电能量累积曲线上的a点向左量取ab 使其值等于E保 日 再由b点向下作垂线交日电能累积曲线于c点 bc所代表的值即为日调节水电站的最大工作容量N 水 工 由c点作水平线与日负荷图相交 即可求出日调节水电站在系统中所担任的峰荷位置 如图6 1阴影部分所示 如果水电站下游河道有航运要求或有供水任务 则水电站必须有一部分工作容量担任系统的基荷 保证在一昼夜内下游河道具有一定的航运水深或供水流量 在此情况下 日调节水电站的最大工作容量的求法如下 如图6 2 P 127 设下游航运或供水要求水电站在一昼夜内泄出均匀流量Q基 m3 s 则水电站必须担任的基荷工作容量为N基 9 81 Q基H平均设 Kw 6 7 这时水电站可在峰荷部分工作的日平均出力为 N平均峰 N保 日 N基 则参加峰荷工作的日电能为E峰 24N平均峰 相应峰荷工作量N峰可采用前述相同方法求得 如图6 2 此时N 水 工 N基 N峰 如果系统的尖峰负荷已由建成的某水电站担任 则拟建的日调节水电站只能担任系统的腰荷 这时可采用上述相似方法在图6 2上求出日调节水电站在系统中所担任的腰荷位置 3 年调节水电站最大工作容量的确定年调节水电站调节库容V年调较大 设多年平均年来水量为年 则年库容调节系数 V年调 年 0 1 0 3 能够把设计枯水年供水期T供内的天然来水量W供根据发电要求进行水量调节 其平均调节流量Q调为Q调 W供 年调 T供 m3 s 6 9 相应水电站在设计供水期内的保证出力为N保 年 9 81 Q调供 Kw 6 10 式中 供为年调节水电站在设计供水期内的平均水头 m 水电站在设计供水期内的保证电能为E保 供 N保 年T供 Kw h 6 11 用电力 电量平衡法确定水电站最大工作容量的步骤 为推求水电站最大工作容量N 水 工与其供水期保证电能E保 供之间的关系 可假设若干个水电站最大工作容量方案 至少3个方案 如图6 3 P 128 中的 并将其工作位置相应绘在各月的典型日负荷图上 如图6 4 P 128 示出12月份的典型日负荷图 1 在水库供水期内 应尽量使拟建水电站担任系统的峰荷或腰荷 水电站最大工作容量的增加 将导致设计水平年火电站工作容量的减少 从而节省系统对电站的总投资 由图6 4日电能累积曲线上可定出相应于水电站三个最大工作容量方案N 水工 1 N 水工 2 N 水工 3的日电能量E1 E2 E3 各个方案的其他月份水电站的峰荷工作量也均可从图6 3上分别定出 从而求出各方案其他月份相应的日电能量 2 对每个方案供水期各个月份水电站的日电能量Ei除以h 24小时 即得各月水电站的日平均出力值 可在设计水平年电力系统日平均负荷年变化图上示出 如图6 5 P 129 图6 5上斜影线部分 为第 方案供水期各月水电站的平均出力 其总面积代表第 方案所要求的供水期保证电能E保 供1 即E保 供1 730 i 1 2 3 4 9 10 11 12月 6 12 式中 为第方案第月的平均出力 730为月平均小时数 同理可定出第 等方案所要求的供水期保证电能E保 供2 E保 供3等 3 作出水电站各个最大工作容量N 水 工方案与其相应的供水期保证电能E保 供的关系曲线 如图6 6 P 129 中 三点所连成的曲线 然后据式 6 11 所定出的水电站设计枯水年供水期内的保证电能E保 供 即可从图6 6上的关系曲线求出年调节水电站的最大工作容量N 水 工 4 最后 在电力系统日最大负荷年变化 图6 7 P 130 上定出水 火电站的工作位置 为了使水 火电站最大工作容量之得最小 且等于系统的最大负荷 两者之间的交界线应是一根水平线 由此作出系统出力平衡图 在该图上示出水 火电站各月的工作容量 在电力系统日平均负荷年变化图 图6 8 P 130 上 按照前述方法亦可定出水 火电站的工作位置 图上示出了水 火电站各月的供电量 由于水电站最大工作容量 出力 N 水 工与供电量之间闭幕式非线性关系 所以该图上水 火电站之间的分界线并非一根直线 图6 8一般称为系统电能平衡图 其中竖影线部分称为年调节水电站在供水期的保证出力图 参见第八章 至于供水期以外的其他月份 尤其在汛期弃水期间 水电站应尽量担任系统的基荷 以求多发电量减少无益弃水 此时火电站除一部分机组进行计划检修外 应尽量担任系统的峰荷或腰荷 满足电力系统的出力平衡和电能平衡 如图6 7和图6 8 4 多年调节水电站最大工作容量的确定 确定多年调节水电站最大工作容量的原则和方法 基本上与年调节水电站的情况同 不同之处为 年调节水电站只计算设计枯水年供水期的平均出力 保证出力 及其保证电能 在此期内它担任峰荷以求出所需的最大工作容量 多年调节水电站则需计算设计枯水系列年的平均出力 保证出力 及其年保证电能 然后按水电站在枯水年全年担任峰荷的要求 将年保证电能量在全年内加以合理分配 使设计水平年系统内拟建水电站的最大工作容量N 水 工尽可能大 而火电站工作容量尽可能小 尽量节省系统对电站的总投资 当缺乏设计水平年或远景负荷资料时 则不能采用系统电力电量平衡法确定水电站的最大工作容量 这时只能用经验公式或其他简略法估算 二 电力系统各种备用容量的确定1 负荷备用容量 电力系统日负荷一般有两个高峰和两个低谷 无论日负荷在上升或下降阶段 都有锯齿状的负荷波动 这是由于系统中总有一些用电户的负荷变化是十分猛烈而急促的 电力系统必须随时准备一部分备用电量 当突荷出现时 不致因系统容量不足而使周波降低到小于规定值 从而影响供电质量 这部分备用容量称负荷备用容量N负备 周波是电能质量的重要指标之一 它偏离正常规定值会降低许多用电部门的产品质量 根据水利动能设计规范的规定 调整周波所需的负荷备用容量 可采用系统最大负荷的5 左右 大型电力系统可采用较小值 担任电力系统负荷备用容量的电站 通常被称为调频电站 调频电站的选择 应能保证电力系统周波稳定 运行性能经济为原则 所以靠近负荷中心 具有大水库 大机组的坝后式水电站 应优先选作调频电站 对于引水式水电站 应选择引水道较短的电站作为调频电站 对于电站下游有通航等综合利用要求的水电站 在选作调频水电站时 应考虑由于下游流量和水位发生剧烈变化对航运等引起的不利影响 当系统负荷波动的变幅不大时 可由某一电站担任调频任务 而当负荷波动的变幅较大时 尤其电力系统范围较广 输电距离较远时 应由分布在不同地区的若干电站分别担任该地区的调频任务 2 事故备用容量 在电力系统中需另装设一部分容量作为备用容量 当有机组发生事故时它们能立刻投入系统代替事故机组工作 这种备用容量常称事故备用容量 事故备用容量大小 与机组容量 机组台数及其事故率有关 设电力系统发电机组的总台数为n 折算为标准容量的台数 一台机组的平均事故率为p 可由统计资料求出 则n台机组中m有台同时发生事故的机率为pm 即 6 23 如规定pm 0 01 则可由式 6 13 求出所需事故备用容量的机组台数 据水利动能设计规范 电力系统的事故备用容量可采用系统最大负荷的10 左右 且不得小于系统中最大一台机组的容量 电力系统中的事故备用容量 应分布在各座主要电站上 尽可能安排在正在运转的机组上 如何在水电站与火电站之间合理分配 可作下列技术经济分析 见P 131 132的 3 检修备用容量 系统中的各种机组设备 都要进行有计划的检修 对短期检修 主要利用负荷低落的时间内进行养护性检查和预防性小修理 对长期停机进行有计划的大修理 则须安排在系统年负荷比较低落的时期 以便进行系统的检查和更换 整修机组的大部件 图6 10 P 132 表示系统日最大负荷年变化曲线 图中N 系水平线与负荷曲线之间的面积 用斜影线表示 表示在此时期内未被利用的空间容量 可以用来安排机组进行大修理 因而图6 10中的部分面积称为检修面积F检 在规划设计阶段 编制系统电力 电量平衡和容量平衡时 常按每台机组检修所需要的平均时间进行安排 据有关规程规定 水电站每台机组的平均年计划检修所需时间为10 15天 火电站每台机组为15 30天 在上述时间中已包括中修停机时间 图6 10 P 132 上的F检应足够大 使系统内所有机组在规定时间内都可以得到一次计划检修 否则须另设N检备 如图6 10 三 水电站重复容量的选定1 概述汛期水大 光靠选定的最大工作容量发电 可能会发生大量弃水 为了减少无益弃水 提高水量利用系数 可考虑额外加大水电站的容量 使它在丰水期多发电 平时来水少 无用 故叫重复容量 季电 节燃 在水电站上设重复容量 就要额外加大K水和U水 随着N重增大 弃水减少 但不成正比 N重大到一定程度后 再继续加大就不经济了 所以要进行动能经济分析 2 选定重复容量的动能经济计算设 E季 N重h经济可节省火电站燃料年费用 N重h经济f设 N重的年费用为 C N重k水 A P i。