鄭錫恩　武廣輝　寇吉田

摘 要：近年來(lái)中國(guó)經(jīng)濟(jì)保持了快速發(fā)展，社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)與人們生活模式的變化都導(dǎo)致用電量不斷增加，這既給我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，同時(shí)也給電力行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了寶貴機(jī)遇。水電廠建設(shè)既能夠有效利用水力資源進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)也能夠通過(guò)其它水工等設(shè)施的建設(shè)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及水利工程提供重要幫助，因此水電廠也是實(shí)現(xiàn)資源合理利用及可持續(xù)發(fā)展的重要電力設(shè)施。

關(guān)鍵詞：水電廠；AGC運(yùn)行；影響；控制

中圖分類號(hào)：TV737 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）15-0125-02

Abstract： In recent years， China's economy has maintained a rapid development， and the changes in social industrial production and people's life mode have led to a continuous increase in electricity consumption， which has brought severe challenges to the development of China's electric power industry. At the same time， it also creates golden opportunities for the development of the electric power industry. Hydropower plant construction can not only effectively utilize hydraulic resources to generate electricity， but also provide important help for agricultural production and water conservancy projects through the construction of other hydraulic facilities. Therefore， hydropower plants are also important power facilities to realize rational utilization of resources and sustainable development.

Keywords： hydropower plant； AGC operation； influence； control

引言

水電廠運(yùn)行優(yōu)化對(duì)于減少人員工作負(fù)擔(dān)、提升運(yùn)行整體性、減少事故發(fā)生率、增加運(yùn)行效率及經(jīng)濟(jì)性都具有非常重要的意義，自動(dòng)發(fā)電AGC系統(tǒng)的投入將有助于水電運(yùn)行的進(jìn)一步優(yōu)化，這也是實(shí)現(xiàn)水電廠運(yùn)行與水電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)性和可控性的最重要手段。

1 AGC系統(tǒng)簡(jiǎn)析

AGC系統(tǒng)是Automatic Generation Control的簡(jiǎn)稱，即自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)，它主要是根據(jù)設(shè)定的負(fù)荷曲線及其它自動(dòng)控制系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行的自動(dòng)控制，有效減少了人為操作。AGC的投入是依據(jù)用戶用電需求的變化而展開，它能夠更加精準(zhǔn)地控制水電機(jī)組的發(fā)電情況，同時(shí)也能夠有效控制不同機(jī)組的同步運(yùn)行。隨著水電機(jī)組規(guī)模的不斷擴(kuò)大和機(jī)組數(shù)量的不斷增多，以及用戶對(duì)于用電需求的變化，AGC控制已經(jīng)成為水電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行控制必不可少的基本設(shè)備。在現(xiàn)代社會(huì)中，能源供應(yīng)的方式更加多樣化，煤電、水電、風(fēng)電、核電、光電等等電能都能夠?yàn)橛脩籼峁┠茉垂?yīng)，而用戶的用電情況也在變化，例如在工作時(shí)間的用電需求較大，而在休息時(shí)間和夜晚則會(huì)迅速降低，這時(shí)就要通過(guò)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷加減，這既能夠避免能源浪費(fèi)，又能夠較少電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。AGC系統(tǒng)的投入能夠?qū)崿F(xiàn)快速的機(jī)組控制，它既能夠?qū)崿F(xiàn)某臺(tái)機(jī)組的精準(zhǔn)可控制，更能夠通過(guò)多臺(tái)機(jī)組的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)符合變化，例如筆者工作的兩江水電站共有3臺(tái)20MW機(jī)組，利用AGC控制即可同時(shí)調(diào)整三臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行情況，快速調(diào)整總體負(fù)荷供應(yīng)。AGC自動(dòng)控制可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)水電站機(jī)組的實(shí)時(shí)控制與分級(jí)控制，通過(guò)水電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整最終實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的調(diào)整與變化。AGC系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)精確和高速控制是衡量AGC系統(tǒng)有效性的最重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，如果整個(gè)控制過(guò)程出現(xiàn)各個(gè)設(shè)備之間配合不當(dāng)則很容易導(dǎo)致機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性受到影響，同時(shí)AGC調(diào)整的過(guò)于頻繁或速度過(guò)快也可能導(dǎo)致水電機(jī)組設(shè)備出現(xiàn)磨損老化，影響到設(shè)備的使用壽命，帶來(lái)比較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此水電廠要對(duì)AGC運(yùn)行影響及控制策略展開深入探究，尋找最優(yōu)化的控制策略。

2 水電機(jī)組AGC運(yùn)行影響分析

水電廠機(jī)組投入AGC運(yùn)行能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組負(fù)荷控制及整體協(xié)調(diào)性的全面提升，有效提升電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)型。但是AGC的投入也可能會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生很多影響，最終導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題，影響到整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定。因此我們要圍繞水電機(jī)組投入AGC后可能產(chǎn)生的運(yùn)行影響展開全面分析，為AGC控制策略的調(diào)整提供借鑒與參考。

（1）AGC調(diào)整過(guò)快帶來(lái)的影響。AGC快速調(diào)整是很多水電廠都在進(jìn)行機(jī)組調(diào)整嘗試，根據(jù)理論研究可以發(fā)現(xiàn)，AGC調(diào)整速度的提升將會(huì)更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)組電量控制，在最短時(shí)間內(nèi)將機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整至目標(biāo)值，能夠避免能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組輸出控制的最優(yōu)化。而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，AGC調(diào)整速度的加快就要求其靈敏度必須保持在較高狀態(tài)，調(diào)速器需要在短時(shí)間內(nèi)迅速完成大量調(diào)度工作，而調(diào)速器在快速工作中很容易產(chǎn)生機(jī)械磨損，調(diào)速器的使用壽命及整體穩(wěn)定性都可能會(huì)受到影響，后期出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的幾率也大大增加。而設(shè)備機(jī)械磨損也會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)水器械的間隙逐漸增大，當(dāng)間隙增大后，漏水現(xiàn)象將會(huì)出現(xiàn)且逐漸加劇，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，整個(gè)密封圈甚至?xí)驗(yàn)槟p過(guò)大而損壞，機(jī)組的整體運(yùn)行效率也因此而受到影響。水電機(jī)組的額定負(fù)荷是其設(shè)計(jì)時(shí)所決定的最有負(fù)荷，在這個(gè)負(fù)荷下機(jī)組的總體運(yùn)行效率及設(shè)備情況都處于最佳狀態(tài)，而如果機(jī)組長(zhǎng)期處于較低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，整個(gè)機(jī)組設(shè)備的效率也會(huì)出現(xiàn)下降，這不但會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降，同時(shí)也會(huì)使得所有設(shè)備都無(wú)法處于最優(yōu)的工作狀態(tài)，而且廠用電率也會(huì)快速上升，這些問(wèn)題都嚴(yán)重影響到整個(gè)機(jī)組的正常工作及工作可靠性。

（2）AGC頻繁調(diào)整帶來(lái)的影響。近年來(lái)我國(guó)電力設(shè)施建設(shè)速度不斷加快，各種發(fā)電機(jī)組大量上馬，這也使得局部區(qū)域出現(xiàn)了電力過(guò)剩的現(xiàn)象，為了適應(yīng)不同機(jī)組的供電需求和社會(huì)用電需求，很多水電廠會(huì)頻繁進(jìn)行AGC調(diào)節(jié)，這也導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備經(jīng)常處于工作狀態(tài)變化之中，機(jī)組的故障率增加。水電機(jī)組處于工作狀態(tài)時(shí)，因?yàn)橥獠克那闆r的變化，它的工作壓力也處于頻繁變化之中，整個(gè)機(jī)組的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)及相關(guān)設(shè)備都在通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成運(yùn)行，而當(dāng)AGC發(fā)出調(diào)整指令后，相關(guān)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)頻率和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都會(huì)迅速發(fā)生變化，這時(shí)就會(huì)因?yàn)樵O(shè)備間及水流的作用而出現(xiàn)更加明顯的機(jī)械磨損。例如本廠機(jī)組曾經(jīng)出現(xiàn)水導(dǎo)軸承磨損現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)大，影響機(jī)組的正常運(yùn)行。而長(zhǎng)期較為頻繁的調(diào)整也可能會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)葉筒體的L型法蘭出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，特別是法蘭圈位置的胎體很薄，它在長(zhǎng)期的工作扭動(dòng)過(guò)程中會(huì)因?yàn)槌霈F(xiàn)整體形變甚至破損，影響到設(shè)備的工作效率。另外AGC頻繁調(diào)整也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組壓油裝配的工作量快速上升，AGC的調(diào)整要求導(dǎo)水設(shè)備處于更加頻繁的變化與調(diào)整之中，這也會(huì)導(dǎo)致油量的消耗量增加，油泵工作量和工作壓力大大增加，嚴(yán)重影響到油泵的正常工作壽命，油泵的頻繁啟停導(dǎo)致油泵工作的間歇時(shí)間減少，進(jìn)一步加劇了磨損。另外AGC控制和調(diào)整水輪機(jī)進(jìn)行調(diào)整變化時(shí)，葉片在不同工作狀態(tài)下所承受的應(yīng)力也有所差異，在AGC工作狀態(tài)，這種應(yīng)力的變化也十分明顯，長(zhǎng)時(shí)間的金屬應(yīng)力作用下會(huì)導(dǎo)致葉片的可靠性及壽命受到顯著影響，可能會(huì)到機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

（3）AGC調(diào)節(jié)幅度過(guò)大帶來(lái)的影響。AGC對(duì)于水電機(jī)組負(fù)荷變化幅度調(diào)整過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)隱患。例如水電機(jī)組未處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，機(jī)械尾部就會(huì)出現(xiàn)旋渦，而旋渦快速增大則會(huì)導(dǎo)致裝置在沖擊下出現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)過(guò)大。另外滿負(fù)荷下的水力壓頭與其它負(fù)荷也存在較為明顯的差異性，當(dāng)AGC快速調(diào)整機(jī)組負(fù)荷時(shí)，水力壓頭也會(huì)快速增加或減少，進(jìn)而對(duì)機(jī)組產(chǎn)生非常明顯的影響。AGC對(duì)于負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整時(shí)的最直接影響因素是裝置的機(jī)械葉片，葉片的開關(guān)狀態(tài)在短時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)生變化，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)大大增加葉片破損或脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

3 AGC控制優(yōu)化策略分析

當(dāng)前電網(wǎng)在負(fù)荷調(diào)度方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完全市場(chǎng)化運(yùn)行，水電機(jī)組的機(jī)組負(fù)荷相對(duì)較小，負(fù)荷變化與調(diào)整能力較強(qiáng)，在新的市場(chǎng)形勢(shì)下，水電機(jī)組應(yīng)該充分揮發(fā)自身優(yōu)勢(shì)，有效滿足用戶用電需求變化和電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)整要求。AGC控制有助于降低電廠的運(yùn)行成本，確保機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)AGC控制中可能存在的問(wèn)題，我們要采取有效措施進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，避免運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題和隱患。

（1）根據(jù)負(fù)荷對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)及再分配。傳統(tǒng)的AGC控制是通過(guò)電網(wǎng)的AGC控制室對(duì)各個(gè)機(jī)組的裝置進(jìn)行控制，而采用現(xiàn)代化智能AGC控制則可以進(jìn)一步細(xì)化整個(gè)調(diào)整過(guò)程，機(jī)組設(shè)備可以將各種訊息自動(dòng)反饋給只能控制中心，整個(gè)控制過(guò)程將得到進(jìn)一步細(xì)化，智能AGC控制可以根據(jù)系統(tǒng)反饋信號(hào)對(duì)某一個(gè)控制點(diǎn)展開更有針對(duì)性的控制，根據(jù)負(fù)荷變化的需要來(lái)改變控制點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)，特別要對(duì)峰值變化保持重視。另外水電廠要根據(jù)自身情況安排一臺(tái)備用機(jī)組，以便能夠適應(yīng)AGC控制變化帶來(lái)的運(yùn)行狀況變化。

（2）及時(shí)替換或更新老舊設(shè)備。AGC控制過(guò)程中，機(jī)組的各項(xiàng)配套設(shè)備將會(huì)處于處于頻繁啟停及運(yùn)行狀態(tài)變化之中，這也會(huì)加大設(shè)備的工作壓力，降低設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。因此水電機(jī)組要根據(jù)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況及時(shí)更換老舊設(shè)備，特別是一些無(wú)法適應(yīng)AGC控制的精度較差設(shè)備。例如本廠機(jī)組整體壽命已經(jīng)超過(guò)二十年，其中很多設(shè)備已經(jīng)經(jīng)過(guò)多次更新，但是在全新的AGC控制需求之下仍然無(wú)法有效滿足使用需要。例如發(fā)電機(jī)的閥門在AGC調(diào)整下就會(huì)非常頻繁的投入或切出，閥門的精確性無(wú)法得到有效保證，使用壽命也在持續(xù)下降。因此我們要根據(jù)機(jī)組原設(shè)計(jì)需求及AGC調(diào)整需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行更新與調(diào)整，更換為現(xiàn)代化設(shè)備，這也有效的提升了整個(gè)水電機(jī)組的工作效率。

（3）改善并加強(qiáng)受力部件。隨著社會(huì)用電需求的變化，水電機(jī)組的負(fù)荷調(diào)整頻率也在不斷加大，設(shè)備在調(diào)整過(guò)程中的過(guò)快和過(guò)頻繁現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，針對(duì)這種情況我們一方面要合理控制AGC系統(tǒng)，確保負(fù)荷變化速度能夠控制在機(jī)組設(shè)計(jì)條件之內(nèi)，盡量減少AGC調(diào)整對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性的影響。另一方面，AGC調(diào)整會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的工作機(jī)械因?yàn)樗骱屯饬ψ饔枚惺茌^大的工作壓力，負(fù)荷變化過(guò)程中出現(xiàn)的磨損幾率大大增加，因此我們可以及時(shí)對(duì)整個(gè)設(shè)備的關(guān)鍵部位進(jìn)行材料更換，例如工作密封、空氣圍帶和軸套等部件，有效改善和加強(qiáng)受力部件，避免設(shè)備在工作過(guò)程中出現(xiàn)破損。

4 結(jié)束語(yǔ)

在電力行業(yè)高速發(fā)展和變革的背景下，水電廠的運(yùn)行同樣也要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，全面提高水電廠的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益，實(shí)現(xiàn)水電資源的合理分配與利用。AGC運(yùn)行能夠有效優(yōu)化水電廠的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)社會(huì)用電負(fù)荷的變化及電網(wǎng)調(diào)度要求及時(shí)增減負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)電廠運(yùn)行效益的最大化和資源利用的合理化。

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