книги из ГПНТБ / Резниковский, А. Ш. Управление режимами водохранилищ гидроэлектростанций

критерию максимальной величины и зарегулированности отдачи гидроузлов на основе простейших и вполне очевидных эвристических соображений. В качестве исходной информации для сделанных выво­ дов вполне достаточны материалы, приведенные в табл. 5-2.

Схема расположения гидроузлов в каскаде 2 дана на рис. 5-3,

аих основные характеристики приведены в табл. 5-3. Гидроузлы

№12 и 13 не связаны гидравлически с гидроузлами № 15 и 16, но являются их энергетическими компенсаторами (межбассейновое элек-

Рис. 5-3. Схема расположения гидроузлов в каскаде 2.

12—16 — номера гидроузлов каскада; — — приток

в водохранилища; < = — забор стока из водо­ тока.

трическое регулирование). Гидроузлы № 12, 13 являются также элек­ трическими компенсаторами каскада /. в связи с большими регули­ рующими возможностями и более высокой величиной отдачи, чем на ГЭС каскада 1. Гидроузел № 14 может быть отнесен и к компенса­ торам, так как является дополнением гидроузла № 13 по напору. Однако он управляется по собственным диспетчерским правилам и потому в рассмотренном примере распределения регулирующих функций гидроузлов отнесен к компенсируемым. Гидроузлы каска­ да 2 могут регулировать отдачу всех 16 гидроэлектростанций объеди­ нения в соответствии с требованиями единой энергосистемы. Поэтомугидроузлы № 12 и 13 каскада 2 по. сфере своего влияния относятся

110

Т а б л и ц а 5-3

Основные характеристики гидроузлов каскада 2 и его иерархия управления (с учетом регулирования отдачи каскада 1)

к компенсаторам 5-го, высшего, уровня иерархии управления. По отношению к этим гидроузлам весь каскад 1 и гидроузлы на водо­ токе 4 компенсируемые. Режим работы ГЭС № 12 и 13 второго кас­ када зависит не только от требований энергосистемы и притока в их водохранилища, но и от режима отдачи других гидроэлектростанций системы. В данном случае компенсаторы высшего уровня иерархии выполняют свои компенсирующие функции поочередно. Объясняет­ ся это следующим. Подпор в нижнем бьефе ГЭС № 12 от плотины ГЭС № 13 отсутствует. В этом случае первоочередная сработка во­ дохранилища ГЭС № 12 обеспечит максимально возможные напоры на ГЭС № 13 и использование на них боковой приточности с участка между гидроузлами и всего стока, поступающего в нижний бьеф ГЭС № 12. Потери напора на ГЭС № 12 при сработке ее водохра­ нилища также будут меньше, чем на ГЭС № 13, вследствие большей площади зеркала водохранилища и его удельной емкости. Целесо­ образность первоочередной сработки водохранилища ГЭС № 12 обу­ словливает использование этой гидроэлектростанции в качестве ком­ пенсатора первой очереди.

Управление режимом работы гидроэлектростанций на водотоке 4 производится независимо от гидроэлектростанций на водотоке 3 и каскада 1 в соответствии с их собственными правилами управления, обеспечивающими получение максимальной гарантированной мощно­

использования ее в качестве составляющей общей гарантированной отдачи всех ГЭС объединенной энергосистемы.

5-3. Виды диспетчерских графиков эксплуатации гидроузлов и правила назначения по ним режимов работы водохранилищ

Виды диспетчерских графиков. Диспетчерские гра­ фики— это одна из форм правил управления водохра­ нилищами или одна из разновидностей управляющих функций. (В водном хозяйстве они используются еще с прошлого века [Л. 52]. Наиболее распространенная форма диспетчерских графиков — графическая зависи­ мость отдачи гидроузла от резерва воды, аккумулиро­ ванной в водохранилище [Л. 8, 40, 51, 77, 78]. Резерв воды выражается обычно либо в виде объема водохрани­ лища, либо в виде уровней воды в нем.

Диспетчерский график представляет собой совокуп­ ность: а) правил сохранения резервов воды для обеспе­ чения той или иной гарантированной отдачи; б) правил своевременного опорожнения емкости водохранилища для аккумуляции наволочного стока и в) правил пере­ распределения во времени воды или энергии, превышаю­ щей гарантированную. На характер сочетания этих пра­ вил влияет главньш образом наз шчение гидроузла в на­

112

родном хозяйстве, его регулирующие возможности И функции в управлении системой, а также особенности ее развития. По рис. 5-4 можно проследить влияние ука­ занных выше факторов на вид диспетчерских графиков.

Влияние назначения гидроузла. 1-й случай. Гидро­ узел предназначен для обеспечения постоянной во вре­ мени отдачи для нужд коммунального или промышлен­ ного водоснабжения. В этом случае потребитель не ис­ пользует избыточную отдачу и не требует регулирования избытков стока. Диспетчерские правила (рис. 5-4,а) сво­ дятся к следующему: гидроузел работает с гарантиро­ ванной отдачей до установления в водохранилище нор­ мального подпорного уровня, а затем отдача соответст­ вует притоку до тех пор, пока он не станет меньше га­ рантированной отдачи. Пропускная способность гидро­ узла должна быть достаточна для пропуска паводка при заполненном водохранилище до нормального подпорного уровня.

2- й случай . Помимо водоснабжения, гидроузел предназначен для уменьшения наводнений, и при эксплу­ атации требуется своевременное опорожнение емкости, необходимой для аккумуляции половодий. В этом слу­ чае заполнение водохранилища регламентируется во времени, т. е. в период, когда обычно проходят поло­ водья, гидроузел должен переводиться на работу с по­ вышенной отдачей ранее заполнения водохранилища до НПУ. Если в первом случае (рис. 5-4,а) все поле гра­ фика до НПУ занимает одна зона — гарантированной отдачи, то во втором случае (рис. 5-4,6) появляется зо­ на повышенной отдачи или зона работы с максималь­ ным расходом воды через гидроузел. Эта зона распола­ гается как выше, так и ниже НПУ.

3- й случай. В составе водопользователей гидроузла имеется водный транспорт, для которого желательно по­ вышение расхода воды сверх гарантированного. На рис. 5-4,в в этом случае должна появиться зона посте­ пенного увеличения расхода воды через гидроузел от гарантированного минимума до максимально возможной величины, определяемой пропускной способностью гид­ роузла.

4- й с л у ч а й . В составе гидроузла комплексного на­ значения имеется гидроэлектростанция. Диспетчерский график в этом случае имеет вид рис. 5-4,а. Для исполь­ зования установленной мощности ГЭС в энергосистеме

требуется обеспечение некоторой гарантированной от­ дачи; для реализации проектного значения годовой вы­ работки энергии необходимо оптимальное распределение во времени избыточной (по сравнению с гарантирован­ ной) отдачи, а также своевременный переход при насту­ плении паводка на работу с использованием всей уста-

1ПУ

м

УМ0

хм т \и ш W 7 шш шж

а)

новленной мощности. Удовлетворение требований неэнергетических потребителей достигается путем соответ­ ствующего внутригодового распределения гарантирован­ ной отдачи гидроузла, или на диспетчерском графике выделяется специальная зона — зона гарантированного

114

\

расхода воды. Последнее делается в том случае, когда требования неэнергетического потребителя должны удо­ влетворяться с более высокой надежностью, чем энерго- ■отдача.

Таким образом, а зависимости от назначения гидро­ узла, от состава потребителей, которых он обслуживает, вид диспетчерского графика может быть неодинаковым. Количество зон па диспетчерском графике возрастает с увеличением комплексности гидроузла и сложности за­ дач регулирования 'речного, стока водохранилищем. О диспетчерских графиках работы отдельных водохрани­

лищ см. также в '{Л. 8, 40, 54, 78] и др.

Влияние регулирующих возможностей водохранили­ ща на вид диспетчерского графика рассмотрим при том же составе водохозяйственного комплекса потребителей и тех же задачах регулирования, что и выше. На рис. 5-4,г и д представлены диспетчерские графики работы во­ дохранилищ сезонного и многолетнего регулирования стока. При наличии сезонного регулирования стока (рис. 5-4,г) зона гарантированной отдачи гидроузла ограничивается линиями, пересекающимися на отметке НПУ. При многолетнем регулировании стока зона га­ рантированной .отдачи гидроузла шире, чем при сезон­ ном, ее нижняя граница проходит ниже НПУ.

Влияние регулирующих функций гидроузла. У гидро­ узлов-компенсаторов часть полезной емкости резервиру­ ется для регулирования общей гарантированной отдачи гидроузлов. Эта часть емкости называется зоной общей гарантированной отдачи. В зоне избытков также может иметь место компенсирующий режим. Тогда зона ком­ пенсирующего режима распространяется до зоны работы ГЭС с установленной мощностью. Схематическое изобра­ жение диспетчерских графиков работы гидроузлов-ком­ пенсаторов будет таким же, как на рис. 5-4, но наимено­ вание зон приобретает иной смысл: зона II становится зоной общей гарантированной мощности гидроузлов системы или гарантированного расхода воды в нижнем бьефе нижележащего компенсируемого гидроузла. При этом общая гарантированная отдача гидроэлектростан­ ций может обеспечиваться путем электрического регу­ лирования выработки энергии, в том числе и межбас­ сейнового регулирования, а гарантированный расход воды — путем гидравлической компенсации.

Все рассмотренные виды диспетчерских трафиков бы­ ли составлены для работы гидроузлов в статических условиях эксплуатации системы.

Динамические диспетчерские графики. Если условия работы .гидроузла с течением времени быстро изменяют­ ся, т. е. имеет место динамичность системы, то вид дис­ петчерского графика может существенно изменяться по сравнению с проектными условиями работы. Для .при­ мера на рис. 5-5 показан диспетчерский график работы гидроузла-компенсатора в наиболее сложном случае экс­ плуатации для некоторого периода развития системы. В течение этого периода осуществляется ввод в работу данного гидроузла, а на 6-й год от начала периода раз­ вития системы начинает вводиться в эксплуатацию ниже­ лежащий гидроузел. В первые 1—3 года рассматривае­ мого периода развития системы в зависмимости от гид­ рологических условий происходит ввод в эксплуатацию гидроузла-компенсатора. Диспетчерский график для пе­ риода начального наполнения водохранилища является неотъемлемой частью общего диспетчерского графика гидроузла. На диспетчерском графике начального напол­ нения имеются все те же линии и зоны, которые есть на графике, построенном для нормальной работы водохрани­ лищ (левая часть рис. 5-5). 'Верхняя линия графика от­ ражает проектируемый ход строительных работ по воз­ ведению сооружений гидроузла, их подготовку к началь­ ному заполнению водохранилища. Иногда эту линию называют ли н и е й у л о ж е н н о г о б е т о н а в плотину и здание ГЭС. Повышение уровней воды в водохранили­ ще выше этой линии недопустимо. Для предотвращения переполнения водохранилища на диспетчерском графике выделена специальная зона работы с максимальной про­ пускной способностью гидроузла (зона И).

Справа от этой зоны все поле диспетчерского графи­ ка разделено на две части, определяемые уровнем воды в водохранилище, при котором на гидроэлектростанции достигается пусковой напор, т. е. напор, при котором становится возможной выработка электрической энер­ гии.

На поле графика выше отметки пускового напора, на­ чиная с момента времени, когда на ГЭС закончен мон­ таж первых агрегатов, располагаются зоны минимально допустимых' /, сниженных II', гарантированных II, из­ быточных III, максимальных (по установленной мощно­

116

сти) отдач 'гидроэлектростанции IV и максимального расхода через гидроузел V. Указанные зоны работы ГЭС при начальном заполнении водохранилища переходят в соответствующие зоны графика нормальной работы ГЭС после завершения начального заполнения.

В связи с развитием 'Мощности на ГЭС и изменения­ ми в энергосистеме положение режимных зон на диспет­ черском графике в разные годы не является одинаковым. При заполнении водохранилища от естественного уров­ ня воды в реке до отметки пускового напора в нижний бьеф гидроузла обычно дается санитарный попуск воды или специальный попуск для удовлетворения нужд неэнергетичееких потребителей (зоны VII и VIII). Величи­ на этого попуска гарантируется с заданной обеспеченно­ стью, за пределами которой при переходе через нижнюю линию диспетчерского графика (соединяющую урез во­ ды в реке с отметкой УМО) через гидроузел пропуска­ ются бытовые расходы реки, когда они меньше мини­ мальных допустимых (зона VI).

Таким образом, ниже отметки пускового напора на графике имеются зоны 'минимальных (VII), гарантиро­ ванных (VIII) и повышенных попусков через гидроузел (IX) для обеспечения 'неэнергетических участников во­ дохозяйственного комплекса в его нижнем бьефе, а так­ же зона перебойного режима (VI).

Для обеспечения минимально допустимой отдачи, определяемой максимально возможной загрузкой тепло­ вых станций, требуется только небольшая часть полез­ ной емкости водохранилища. Поэтому иаивысшая точка верхней границы зоны / — минимально допустимой отда­ чи— находится значительно ближе к УМО, чем к НПУ. Режим работы в зонах /, II, II', IV ц V может быть пе­ ременным во времени, но в каждый данный момент яв­ ляется однозначным; в зон е///—зоне избытков — режим работы гидроэлектростанций, как следует из изложенно­ го выше, в значительной мере зависит также и от метода его назначения >(см. выше, § 5-1).

6 первые годы периода развития системы зона из­ бытков III занимает значительную часть поля диспетчер­ ского графика, а в последние годы, к моменту ввода ни­ жележащего гидроузла, ее полностью вытесняет зона гарантированной отдачи II. Таким образом, на диспет­ черском графике отражается изменение обстановки в си­ стеме, происходящее по мере ее развития. В первые го-

117

емкость (зона II'). Обеспеченность гарантированных на­ вигационных попусков в нижний бьеф и энергоотдачи в данном случае принимается одинаковой. Поэтому для удовлетворения требований судоходства специальная зона не выделяется, а при сработке водохранилища в це­ лях обеспечения энергоотдачи вводится дополнительное правило о том, чтобы в период навигации расход воды в нижнем бьефе гидроузла был не менее гарантирован­ ного навигационного.

Зона I предназначена для обеспечения в крайне мало­ водных условиях минимально допустимой отдачи, опре­ деляемой максимальной возможной загрузкой тепловых электростанций системы, или для удовлетворения требо­ ваний потребителя, находящегося в энергетическом рай­ оне, прилегающем к месту расположения гидроузла-ком­ пенсатора. Так как рассматриваемый гидроузел является компенсатором отдачи гидроэлектростанций энергосисте­ мы, то в период нахождения уровней его водохранилища в зонах II и III он должен дополнять энергоотдачу остальных гидроэлектростанций до величин, соответству­ ющих общей совокупной отдаче ГЭС. Ее значения указы­ ваются на диспетчерском графике гидроузла-компенсато­ ра. Совокупная энергоотдача ГЭС в зоне II является проектной величиной — общей совокупной гарантирован­ ной отдачей гидроэлектростанций энергосистемы, а в зо­ не III — общей избыточной отдачей.

Нижележащий гидроузел является компенсируемым. Он работает на стоке, зарегулированном гидроузломкомпенсатором. Для периода начального наполнения компенсируемого гидроузла диспетчерский график пред­ ставлен также на 'рис. '5-6. Он не отличается по сущест­ ву от диспетчерского прафика гидроузла-компенсатора. Для периода нормальной эксплуатации на диспетчер­

фике гидроузла-компенсатора. Зона II — резерв, необхо­ димый для обеспечения транспортного попуска. В зоне II гидроузел работает кратковременно, в условиях крайне маловодных лет. Ежегодная сработка и наполне­ ние осуществляются по нижней границе зоны IV.

Пример назначения режима работы гидроузла по диспетчерско­ му графику. Мощность ГЭС задается равной величине, указанной в той зоне диспетчерского графика, которой соответствует уровень воды в водохранилище. Исходя из этого положения, в проектной задаче энергоотдача ГЭС в предстоящий расчетный интервал вре­

120