鄭錫恩　武廣輝　寇吉田

摘 要：近年來中國經(jīng)濟(jì)保持了快速發(fā)展，社會工業(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，這既給我國電力行業(yè)發(fā)展帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，同時也給電力行業(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，同時也能夠通過其它水工等設(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運行；影響；控制

中圖分類號：TV737 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：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

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

1 AGC系統(tǒng)簡析

AGC系統(tǒng)是Automatic Generation Control的簡稱，即自動發(fā)電控制技術(shù)，它主要是根據(jù)設(shè)定的負(fù)荷曲線及其它自動控制系統(tǒng)共同實現(xiàn)機(jī)組運行的自動控制，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，同時也能夠有效控制不同機(jī)組的同步運行。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，以及用戶對于用電需求的變化，AGC控制已經(jīng)成為水電網(wǎng)絡(luò)運行控制必不可少的基本設(shè)備。在現(xiàn)代社會中，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為用戶提供能源供應(yīng)，而用戶的用電情況也在變化，例如在工作時間的用電需求較大，而在休息時間和夜晚則會迅速降低，這時就要通過調(diào)整機(jī)組運行來實現(xiàn)負(fù)荷加減，這既能夠避免能源浪費，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)某臺機(jī)組的精準(zhǔn)可控制，更能夠通過多臺機(jī)組的協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)符合變化，例如筆者工作的兩江水電站共有3臺20MW機(jī)組，利用AGC控制即可同時調(diào)整三臺機(jī)組的運行情況，快速調(diào)整總體負(fù)荷供應(yīng)。AGC自動控制可以實現(xiàn)整個水電站機(jī)組的實時控制與分級控制，通過水電設(shè)備運行狀態(tài)的調(diào)整最終實現(xiàn)負(fù)荷的調(diào)整與變化。AGC系統(tǒng)能否實現(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)，如果整個控制過程出現(xiàn)各個設(shè)備之間配合不當(dāng)則很容易導(dǎo)致機(jī)組的運行穩(wěn)定性與安全性受到影響，同時AGC調(diào)整的過于頻繁或速度過快也可能導(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，帶來比較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此水電廠要對AGC運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運行影響分析

水電廠機(jī)組投入AGC運行能夠?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，有效提升電廠運行的經(jīng)濟(jì)型。但是AGC的投入也可能會對整個機(jī)組的運行產(chǎn)生很多影響，最終導(dǎo)致設(shè)備運行出現(xiàn)問題，影響到整個機(jī)組運行的穩(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)整過快帶來的影響。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)整速度的提升將會更好地實現(xiàn)機(jī)組電量控制，在最短時間內(nèi)將機(jī)組的運行狀態(tài)調(diào)整至目標(biāo)值，能夠避免能源浪費，實現(xiàn)機(jī)組輸出控制的最優(yōu)化。而在實際運行過程中我們發(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)定性都可能會受到影響，后期出現(xiàn)風(fēng)險的幾率也大大增加。而設(shè)備機(jī)械磨損也會導(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)象將會出現(xiàn)且逐漸加劇，在經(jīng)過一段時間的運行后，整個密封圈甚至?xí)驗槟p過大而損壞，機(jī)組的整體運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)計時所決定的最有負(fù)荷，在這個負(fù)荷下機(jī)組的總體運行效率及設(shè)備情況都處于最佳狀態(tài)，而如果機(jī)組長期處于較低負(fù)荷狀態(tài)時，整個機(jī)組設(shè)備的效率也會出現(xiàn)下降，這不但會導(dǎo)致機(jī)組運行經(jīng)濟(jì)性下降，同時也會使得所有設(shè)備都無法處于最優(yōu)的工作狀態(tài)，而且廠用電率也會快速上升，這些問題都嚴(yán)重影響到整個機(jī)組的正常工作及工作可靠性。

（2）AGC頻繁調(diào)整帶來的影響。近年來我國電力設(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)了電力過剩的現(xiàn)象，為了適應(yīng)不同機(jī)組的供電需求和社會用電需求，很多水電廠會頻繁進(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，因為外部水文情況的變化，它的工作壓力也處于頻繁變化之中，整個機(jī)組的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)及相關(guān)設(shè)備都在通過往復(fù)運動完成運行，而當(dāng)AGC發(fā)出調(diào)整指令后，相關(guān)設(shè)備的運動頻率和運動狀態(tài)都會迅速發(fā)生變化，這時就會因為設(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)組振動大，影響機(jī)組的正常運行。而長期較為頻繁的調(diào)整也可能會導(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，它在長期的工作扭動過程中會因為出現(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，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，長時間的金屬應(yīng)力作用下會導(dǎo)致葉片的可靠性及壽命受到顯著影響，可能會到機(jī)組運行穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

（3）AGC調(diào)節(jié)幅度過大帶來的影響。AGC對于水電機(jī)組負(fù)荷變化幅度調(diào)整過大也會導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)隱患。例如水電機(jī)組未處于滿負(fù)荷運行狀態(tài)時，機(jī)械尾部就會出現(xiàn)旋渦，而旋渦快速增大則會導(dǎo)致裝置在沖擊下出現(xiàn)機(jī)組振動過大。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，水力壓頭也會快速增加或減少，進(jìn)而對機(jī)組產(chǎn)生非常明顯的影響。AGC對于負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整時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)在短時間內(nèi)迅速發(fā)生變化，在這個過程中會大大增加葉片破損或脫落的風(fēng)險。

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)實現(xiàn)了完全市場化運行，水電機(jī)組的機(jī)組負(fù)荷相對較小，負(fù)荷變化與調(diào)整能力較強(qiáng)，在新的市場形勢下，水電機(jī)組應(yīng)該充分揮發(fā)自身優(yōu)勢，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行成本，確保機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。針對AGC控制中可能存在的問題，我們要采取有效措施進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，避免運行過程中出現(xiàn)問題和隱患。

（1）根據(jù)負(fù)荷對設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)及再分配。傳統(tǒng)的AGC控制是通過電網(wǎng)的AGC控制室對各個機(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)化整個調(diào)整過程，機(jī)組設(shè)備可以將各種訊息自動反饋給只能控制中心，整個控制過程將得到進(jìn)一步細(xì)化，智能AGC控制可以根據(jù)系統(tǒng)反饋信號對某一個控制點展開更有針對性的控制，根據(jù)負(fù)荷變化的需要來改變控制點運行狀態(tài)，特別要對峰值變化保持重視。另外水電廠要根據(jù)自身情況安排一臺備用機(jī)組，以便能夠適應(yīng)AGC控制變化帶來的運行狀況變化。

（2）及時替換或更新老舊設(shè)備。AGC控制過程中，機(jī)組的各項配套設(shè)備將會處于處于頻繁啟停及運行狀態(tài)變化之中，這也會加大設(shè)備的工作壓力，降低設(shè)備運行穩(wěn)定性。因此水電機(jī)組要根據(jù)機(jī)組的實際運行情況及時更換老舊設(shè)備，特別是一些無法適應(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)超過二十年，其中很多設(shè)備已經(jīng)經(jīng)過多次更新，但是在全新的AGC控制需求之下仍然無法有效滿足使用需要。例如發(fā)電機(jī)的閥門在AGC調(diào)整下就會非常頻繁的投入或切出，閥門的精確性無法得到有效保證，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)計需求及AGC調(diào)整需要對設(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)整過程中的過快和過頻繁現(xiàn)象時有發(fā)生，針對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)計條件之內(nèi)，盡量減少AGC調(diào)整對機(jī)組穩(wěn)定性的影響。另一方面，AGC調(diào)整會導(dǎo)致機(jī)組的工作機(jī)械因為水流和外力作用而承受較大的工作壓力，負(fù)荷變化過程中出現(xiàn)的磨損幾率大大增加，因此我們可以及時對整個設(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)備在工作過程中出現(xiàn)破損。

4 結(jié)束語

在電力行業(yè)高速發(fā)展和變革的背景下，水電廠的運行同樣也要進(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，實現(xiàn)水電資源的合理分配與利用。AGC運行能夠有效優(yōu)化水電廠的運行狀態(tài)，根據(jù)社會用電負(fù)荷的變化及電網(wǎng)調(diào)度要求及時增減負(fù)荷，實現(xiàn)電廠運行效益的最大化和資源利用的合理化。

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