5-4. Способы построения обязательных правил управления работой гидроузлов
Зона безопасности сооружений.
Работа в этой зоне каждого водохранилища в соответствии с -проектным режимом является обязательной для оперирующей стороны, ибо в противном случае увеличивается вероятность разрушения гидроузла со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Построение зоны безопасности сооружений гидроузла на диспетчерском графике его работы подробно описано в |Л. 40, 51] и здесь не приводится. Этот метод применим как для компенсируемых гидроузлов, так и для гидроузлов-компенсаторов. В последнем случае в расчеты пропуска половодий вводятся соответствующие ограничения. Сказанное относится и к элементам диспетчерского графика, обеспечивающим максимально возможное использование стока (см. зону IVна рис. 5-4,г-д).
Для периода начального наполнения водохранилища (см. рис. 5-5) построение зоны безопасности аналогично обычному. Так, линия 13 является нижней огибающей уровней воды в водохранилище при использовании полной пропускной способности всех водосбросных сооружений строящегося гидроузла, линия 12 — то же при максимальном расходе через введенные агрегаты.
Зона гарантированной отдачи гидроузла.
Объемом воды, аккумулированной в этой зоне водохранилища, обеспечивается поступление в систему некоторого гарантированного или сниженного расхода воды или некоторого количества энергии с заданной надежностью. Режимы работы в этой зоне также обязательны для оперирующей стороны в нормальных условиях эксплуатации. Построение зоны гарантированной отдачи на диспетчерских графиках отдельно работающих гидроузлов, независимо управляемых, изложено в [Л. 40, 51]. Ниже приводится прием построения зоны гарантированной и сниженной отдачи диспетчерского графика гидроузлов-компенсаторов для некоторого уровня и периода развития системы (т. е. для статического и динамического диспетчерского графика). При этом здесь не будут рассматриваться вопросы распределения гарантированной отдачи гидроузлов между отдельными участниками водохозяйственного комплекса. Эти сложные технико-экономические вопросы уже частично затрагивались (см. § 4-4). Их решение еще далеко от широкого практического внедрения на единой основе. Обычно в проектной практике раньше использовались упрощенные методы решения задачи распределения гарантированной отдачи между участниками комплекса. Они сводятся к удовлетворению в первую очередь гарантированных требований неэнергетических участников комплекса с заданной обеспеченностью (как неимеющих альтернативных решений при эксплуатации систем), а остальная часть гарантированной отдачи гидроузлов предназначается гидроэнергетике. При всей очевидной неточности указанного решения оно в настоящее время еще широко используется в проектной практике и будет применяться в примерах, приведенных ниже.
Схемы построения границ зоны гарантированной отдачи на диспетчерском графике гидроузла-компенсатора с водохранилищем многолетнего регулирования стока даны на рис. 5-7—5-9. Дополнительные пояснения к ним будут даны ниже.
Построению зоны гарантированной (и сниженной) отдачи на диспетчерском графике работы гидроузла предшествует определение величины гарантированной (и сниженной) отдачи. Как уже указывалось, при заданном значении обеспеченности и некотором соотношении между гарантированной и сниженной отдачей их величины определяются однозначно. Задача решается в следующем порядке:
- Отбираются маловодные периоды в пределах обеспеченности от 99,9 % до принятой в качестве расчетной для гарантированной отдачи (приложение II).
Рис. 5-7. Хронологические графики уровней воды в водохранилище в критический маловодный период регулирования.
а—г — уровни воды в водохранилище в гидрологических условиях расчетных маловодных n-леток.
2. Задается значение нормальной и сниженной общей гарантированной отдачи ГЭС системы и выполняется расчет отдачи гидроэлектростанций по всему периоду регулирования (до заполнения водохранилища-компенсатора). Если полезная емкость водохранилища не используется или оказывается недостаточной, то принятые величины нормальной и сниженной отдачи соответственyо изменяются. В процессе расчета выдерживаются все правила совместной работы гидроузлов системы. Подбор считается законченным, когда в одном из рассматриваемых маловодных периодов полезная емкость водохранилища используется полностью, а продолжительность работы со сниженной отдачей равна требуемой.
- Получаемые в процессе расчета гарантированной отдачи уровни воды в водохранилище являются основой для построения диспетчерского графика.
Ветви сработки.
Линии а—г на рис. 5-7 — это хронологические графики уровней воды в водохранилищах гидроузлов-компенсаторов при работе ГЭС системы с общей гарантированной и сниженной отдачей в гидрологических условиях расчетных маловодных n-леток. На рис. 5-7 точками отмечены месяцы работы со сниженной отдачей.
Рис. 5-8. Границы зон гарантированной и сниженной отдачи гидроузла в меженный период года (ветви сработки).
II — зона гарантированной отдачи гидроузла; II' — зона сниженной отдачи гидроузла; линии 2—4 — границы режимных зон; Z1-6 — точки на границах режимных зон в начале и конце межени.
Линии 2, 3 и 4 на рис. 5-8 — это геометрические места точек максимальных и минимальных уровней воды в водохранилище, отобранных для каждого месяца с графика, представленного на рис. 5-7, т. е. границы зоны работы гидроэлектростанции (гидроузла) с гарантированной и сниженной отдачей в меженный период года (ветви сработки).
Ветви наполнения.
От отметок Z1, Z2 и Z3 (рис. 5-8, 5-9) выполняется расчет наполнения водохранилища при работе гидроэлектростанции (гидроузла) с гарантированной и сниженной отдачей, в гидрологических условиях половодий, по объему достаточных для заполнения водохранилища до Z4 (НПУ), Z5 и Z6 (рассматриваются все характерные формы гидрографов половодий).
Рис. 5-9. Границы зоны гарантированной и сниженной отдачи гидроузла в весенне-летний период года (ветви наполнения).
II и II' — зона гарантированной и сниженной отдачи гидроузла; линии 2—4 — границы режимных зон; Z1-6 — точки на границах режимных зон в начале и конце весенне-летнего периода года; знаком о помечены расчетные уровни воды в водохранилище при работе гидроузла со сниженной гарантированной отдачей.
Линии а—г на рис. 5-9 — хронологические графики уровней воды в водохранилище в период его наполнения от отметки Z1 до Z4 при гарантированной отдаче. Линия 4 — верхняя огибающая, указанных уровней — верхняя граница зоны гарантированной отдачи гидроэлектростанции (или гидроузла) в период наполнения водохранилища (ветвь наполнения). Линии 2 и 3 являются верхней и нижней огибающей уровней, полученных в расчетах наполнения водохранилища при отдаче гидроэлектростанции, равной сниженной гарантированной. Линия 3 может быть построена и как нижняя огибающая уровней, полученных в расчетах наполнения водохранилища при гарантированной отдаче гидроэлектростанций.
После переноса линий 2, 3 и 4 с рис. 5-9 на рис. 5-8 получается схема диспетчерского графика, представленная на рис. 5-4,д. Следует указать, что построение ветви наполнения диспетчерского графика работы ГЭС сезонного регулирования (см. рис. 5-4,а) производится практически так же, как и в только что описанном приеме построения ветви наполнения диспетчерского графика работы ГЭС с водохранилищем многолетнего регулирования.
Построение зоны гарантированной и сниженной отдачи на динамическом диспетчерском графике (рис. 5-10) может быть выполнено на основании расчетов регулирования речного стока водохранилищем- компенсатором на суммарную изменяющуюся во времени отдачу. Изменение гарантированной и сниженной отдачи во времени обычно принимается по расчетам оптимизации структуры системы. Верхние и нижние огибающие уровней воды, полученные в процессе расчетов регулирования стока в указанных выше условиях, являются границами зон гарантированной и сниженной отдач. Таким образом, построение зоны гарантированной отдачи на динамическом диспетчерском графике гидроузла- компенсатора, по существу, не отличается от построения, в статической задаче. Однако оно является более трудоемким и, как правило, требует использования ЦВМ. Схема расчета для построения границ зоны гарантированной отдачи на динамическом диспетчерском графике гидроузла-компенсатора показана на рис. 5-11.
По приведенной схеме расчеты проводятся для всех отобранных расчетных гидрологических периодов. Общая отдача ГЭС системы во всех периодах одинакова и равна проектному значению гарантированной отдачи. В результате расчетов для каждого интервала времени получаем совокупность отметок воды в водохранилище: Z1, Z2, ..., Zm, где 1, 2, ..., т — номера расчетных гидрологических периодов. Максимальный уровень воды в водохранилище (из совокупности полученных) для каждого интервала времени периода развития системы является координатой верхней границы зоны общей гарантированной отдачи ГЭС системы (линия 4 на рис. 5-10).
Рис. 5-10. Схема построения зон гарантированной и сниженной отдачи на диспетчерском графике работы гидроузла-компенсатора в развивающейся системе.
а—е — уровни воды в водохранилище в различные расчетные маловодные периоды; знаком о — помечены уровни при сниженной гарантированной отдаче; 1—5 — границы режимных зон, аналогичных указанным на рис. 5-5.
Минимальный уровень из совокупности найденных для каждого интервала времени является координатой нижней границы зоны общей гарантированной отдачи ГЭС системы (линия 3 на рис. 5-10). Следует указать, что отбор максимальных и минимальных уровней воды выполняется для всех интервалов времени от начала расчета до момента, когда уровень воды в водохранилище-компенсаторе становится равным УМО в последний раз перед началом заполнения водохранилища (до отметки НОУ). Для периода наполнения водохранилища до отметки НПУ построение границ зоны гарантированной отдачи выполняется по той же схеме, но для других гидрологических периодов. Их водность должна быть достаточной для заполнения водохранилища-компенсатора до НПУ без превышения общей гарантированной отдачи ГЭС системы.
Рассмотрим, как строится на диспетчере ко м графике зона минимально допустимых отдач гидроузла (зона II на рис. 5-12). Как указывалось выше, появление такой зоны возможно в избыточных системах (по мощности и энергии). В этом случае, который бывает сразу после пуска в эксплуатацию крупного гидроузла, в течение некоторого периода времени обеспечения проектной величины гарантированной отдачи системе не требуется. Минимально допустимая отдача — эта такая энергоотдача гидроэлектростанций, которая необходима при максимально допустимой (по числу часов использования) загрузке тепловых электростанций системы. Построение зоны минимально допустимых отдач ГЭС производится в следующем порядке:
- выбираются расчетные маловодные периоды с различным распределением стока по годам (см. приложение II);
- от минимально допустимой отметки воды в водохранилище (от УМО или несколько превышающей его отметки, т. е. принятой с некоторым запасом) в конце критического периода выполняется расчет регулирования стока в направлении, обратном течению времени, (обратным ходом) при минимально допустимой отдаче ГЭС системы. В результате расчета находятся уровни воды за весь период, в том числе отметка, до которой должно быть наполнено водохранилище ГЭС-компенсатора в начале маловодья;
- верхняя огибающая уровней, полученная в результате расчетов по всем отобранным маловодным периодам, принимается в качестве верхней границы зоны работы ГЭС с минимально допустимой в системе отдачей. Зона минимально допустимой отдачи на диспетчерском графике (рис. 5-12) соответствует объему воды в водохранилище, резервируемому для бесперебойной работы энергосистемы в случае наступления крайне маловодных периодов.
Рис. 5-12. Построение зоны минимально допустимой отдачи на диспетчерском графике работы гидроузла-компенсатора в развивающейся системе.
Линии 1, 2 — границы зоны; а—г — уровни воды в водохранилище в различные расчетные маловодные периоды.
Линии а—г на рис. 5-12 — хронологические графики уровней воды в водохранилище, получаемые из условия работы ГЭС с минимально допустимой отдачей, -путем расчета от УМО обратным ходом; линия 2 — верхняя огибающая полученных уровней. Ветвь наполнения линии 2 построена на основании расчетов наполнения водохранилища при минимальной допустимой отдаче ГЭС от наинизшей точки линии 2 в условиях маловодных половодий, достаточных для заполнения водохранилища, до наивысшей точки линии 2 к началу следующего маловодного периода.
Для периода начального наполнения водохранилищ (рис. 5-5) зона гарантированной отдачи диспетчерского графика строится путем обобщения результатов расчетов регулирования речного стока на заданные величины отдач в условиях расчетной водности. Линии 10 и 11 строятся как верхняя и нижняя огибающие уровней воды в наполняемом водохранилище при гарантированной отдаче. Линия 9 — верхняя огибающая уровней воды при минимальном расходе воды через водопропускные сооружения и турбины вводимой ГЭС. После пуска ГЭС зона VII— минимального расхода через гидроузел смыкается с зоной минимальной допустимой мощности I, зона гарантированного расхода VIII — с зоной гарантированной мощности II.
За окончание начального наполнения водохранилища принимается момент пересечения фактическими уровнями воды в водохранилище верхней границы зоны гарантированной отдачи или, если период маловодный, момент пересечения фактическими уровнями воды хронологического графика уровней в тот же год расчетного периода в нормальных условиях эксплуатации.
В период начального наполнения водохранилищ принципиальные отличия диспетчерских графиков гидроузлов-компенсаторов проявляются лишь после того, как накапливается объем воды в водохранилище, достаточный для выполнения компенсирующих функций.
В период нормальной эксплуатации гидроузла-компенсатора начальное наполнение водохранилища компенсируемого гидроузла отражается на размере режимных зон диспетчерского графика компенсирующего водохранилища, на конфигурации их границ, на величине суммарной отдачи ГЭС системы.
