CC BY
14
УДК 627.8.04
ОПТИМАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ
ОГРАНИЧЕНИЙ МОЩНОСТИ НИЖНЕКАМСКОЙ ГЭС С УЧЕТОМ ДЕЙСТВУЮЩИХ И ПЛАНИРУЕМЫХ К ИЗМЕНЕНИЮ РЕГЛАМЕНТОВ
ОРЭМ
Мардиханов А.Х., ОАО «Генерирующая компания», инженер, mardihanovah@tatgencom. ги
Предлагается анализ обоснования снижения ограничений мощности Нижнекамской ГЭС без отрицательного воздействия на вибрационное состояние генерирующего оборудования, с разработкой программного комплекса, функционирующего в составе АСУ гидроэлектростанции и позволяющего в оперативном режиме рассчитывать оптимальную располагаемую мощность
Ключевые слова: Нижнекамская ГЭС, снижение ограничений мощности, увеличение располагаемой мощности.
Введение
Одним из аспектов успешного развития любой отрасли является организация экономичной, научно-обоснованной, эффективной работы производственных объектов. Особенно это актуально в одной из ведущих отраслей экономики нашей страны - гидроэнергетике.
На режим работы Нижнекамской ГЭС в условиях неравномерного распределения нагрузки, существенное влияние оказывают особенности технологического процесса производства электроэнергии и ограничения мощности, связанные с временными ограничениями сезонного действия из-за подпора в нижнем бьефе и временными ограничениями длительного действия из-за снижения верхнего бьефа. В этих условиях ОАО «Генерирующая компания», как субъект оптового рынка электроэнергии, стремится наиболее оптимально для себя использовать ограничения для максимизации
прибыли в рамках существующих критериев оптимальности.
Цель работы: обоснование снижения ограничений мощности Нижнекамской ГЭС без отрицательного воздействия на вибрационное состояние генерирующего оборудования. Предполагается разработка программного комплекса, функционирующего в составе АСУ гидроэлектростанции, позволяющего в оперативном режиме рассчитывать оптимальную располагаемую мощность.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
• проведение анализа существующих механизмов ОРЭМ в части снижения ограничений мощности ГЭС;
• определение критерия оптимальности и ограничений на изменение переменных;
• разработка методики расчета оптимальной располагаемой мощности в рамках существующих ограничений;
• обоснование отсутствия зависимости вибрационного состояния генерирующего оборудования от снижения ограничений мощности;
• расчет экономического эффекта от внедрения предлагаемого решения.
1. Анализ текущих и расчет оптимальных величин снижения
ограничений мощности 1.1. Выбор критерия оптимальности
Для оптимального расчета величин снижения ограничений мощности по всем единицам генерирующего оборудования, ГТП генерации ] и гидроэлектростанции ^ в целом, актуальные для каждого часа И суток к месяца т, необходимо выбрать подходящий критерий оптимальности и оптимизирующие параметры. Экономический анализ показал, что наиболее объективным показателем является максимизация прибыли от продажи мощности Р (руб.) в условиях поддержания оборудования в исправном состоянии на основе анализа технического состояния генерирующего оборудования. Таким образом, данный показатель выбран в каче-
стве основного критерия экономической эффективности:
P(N1KOMj.....N!2KOMj) ^ max, (1.1)
где NmKOMj — объем располагаемой мощности, заявленный участником ОРЭМ по j -той ГТП в месяце m в конкурентный отбор мощности в соответствии с Регламентом проведения конкурентных отборов мощности.
При этом, в рамках заявления посуточных значений ограничений:
P(Norp,ij.....Norp,24j) ^ min (1.2)
N1KOMj = NpM,mj (1.3)
где Norp,hJ — величина зарегистрированных ограничений мощности по каждой ГТП j; NpM,mJ — объем располагаемой мощности, определенной СО по итогам месяца.
При оптимизации используются следующие ограничения на изменение переменных:
• ограничения по вибрационному состоянию генерирующего оборудования;
• ограничения суточного торгового графика (не более 8 часов непрерывной максимальной нагрузки).
1.2. Расчет оптимальных объемов располагаемой мощности
В качестве исходных данных были использованы технологические показатели телеметрии Нижнекамской ГЭС за последние 5 лет. База Данных: Microsoft SQL Server Оперативно-Информационного Комплекса (ОИК). Периодичность: 3 сек.
На рисунках 1 и 2 представлены графики среднемесячных значений напора и расхода воды Нижнекамской ГЭС (НКГЭС) с 2010 по 2014 г., а на рис. 3 - график среднемесячного напора воды НКГЭС за последние 5 лет.
-2010г, -2011г. -2012г. -2013г. -2014г.
Рис. 1. График напоров НКГЭС с 2010 по 2014 г.
Рис. 2. График расхода воды через НКГЭС с 2010 по 2014 г.
0 10
■г,
1
- Б
л
3=
г 6
£ 4
г:
(I
и
У 2
V/* * */////
Рис. 3. График среднемесячного напора воды НКГЭС за последние 5 лет
В тоже время стоит учитывать тот факт, что с середины 2013 г. НКГЭС эксплуатируется в диапазоне отметок уровня верхнего бьефа (УВБ) 63,0 - 63,3 м. В 2015г. были утверждены «Правила использования водных ресурсов Нижнекамского водохранилища на р. Каме при НПУ 63,3 м», разработанные в соответствии с Водным кодексом Российской Федерации. Согласно ПИВР, нормальный подпорный уровень (НПУ) утвержден на уровне 63,3 м.; минимальный допустимый уровень (УМО) - 62,70 м.; принудительной предполоводной сработки (УПС) нет. До 2013 г. НКГЭС эксплуатировалась в диапазоне УВБ 62,0 - 62.5 м. с периодическим форсированием при пропуске максимальных объемов воды до 63,3 м. Таким образом, при расчете среднемесячных напоров воды за последние 5 лет необходимо учитывать УВБ в соответствии с утвержденным НПУ (63,3 м.).
Следовательно, учитывая вышеописанные расчётные величины допустимый суммарный объем среднемесячной располагаемой мощности составит (рис. 4 и 5):
Рис. 4. Расчетный суммарный объем среднемесячной располагаемой мощности
.Фактическая расп мощность ^—Расчетная расл. мощность
Рис. 5. Сравнение фактической располагаемой мощности с расчетной
2. Влияние снижения ограничений мощности на вибрационное состояние генерирующего оборудования НКГЭС
Снижение ограничений мощности в целом по электростанции s может привести к повышению колебательных процессов, распространяющихся по конструкции силовой машины, что в свою очередь может отрицательно сказаться на вибрационном состоянии гидроагрегата. Согласно рисунку 6 среднемесячная располагаемая мощность всех гидроагрегатов ГЭС будет находиться в диапазоне 31,25-39,11 МВт.
45 ш 40 га 35 2 30
<ч
& 25
га
х
Рис. 6. Среднемесячная располагаемая мощность гидроагрегатов НКГЭС
Таким образом, необходимо провести анализ текущего вибрационного состояния генерирующего оборудования НКГЭС и при необходимости добавить ограничение в вышеописанный критерий оптимальности.
Для этого были оцифрованы результаты вибрационных испытаний всех гидроагрегатов электростанции за последние 10 лет.
Технические отчеты компаний ОДО «ЭнергИС», ООО «Ампер» и ОАО «Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей ОРГРЭС» были объединены по нагрузкам и частотным составляющим и разделены по гидроагрегатам. На рисунке 7 представлен табличный графический интерфейс отчета по вибрационному состоянию Г-15, сформированного на основе технических отчетов компании ООО «Ампер». Общее количество отчетов по всем гидроагрегатам ГЭС составляет 61 шт.
Рис. 7. Графический интерфейс отчета по вибрационному состоянию Г -15
Итоговый сформированный документ «оценки вибрационного состояния по величине двойной амплитуды полигармонической вибрации» полностью отвечает стандартам методики оценки технического состояния основного оборудования гидроэлектростанций СТО 17330282.27.140.001 -2006.
К тому же по каждому гидроагрегату были сформированы графические формы представления данных по вибрационному состоянию конкретных опорных узлов (количество форм: 128 шт.): бой вала генераторного подшипника, радиальная вибрация опорной конструкции генераторного подшипника, радиальная вибрация опорной конструкции турбинного подшипника, бой вала турбинного подшипника, вертикальная вибрация на корпусе подпятника, радиальная вибрация на корпусе крышки турбины, вибрация стальной конструкции статора и др. (рисунки 8 и 9).
Рис. 8. Графическая форма представления данных по вибрации на корпусе крышки
турбины Г-2
1 | «о.
:
—<—
1 I 1С9 1
j «
Л М 4
у //УЛИЛ'/
/Ууу ................. .....
Рис. 9. Графическая форма представления данных по бою вала турбинного подшипника Г-2
В итоге, проанализировав вибрационное состояние по частотным характеристикам опорных узлов каждого гидроагрегата за последние 10 лет, можно сделать вывод о том, что снижение ограничений мощности по ГТП НКГЭС (рисунок 8) не повлияет на вибрационное состояние опорных узлов гидроагрегатов.
Выводы
Расчет оптимальной располагаемой мощности в рамках критерия оптимальности и допустимых ограничений выявил возможность увеличения среднемесячных значений располагаемой мощности ГЭС в среднем на 73 МВт. При этом согласно анализу, представленному в главе 3 пояснительной записки, данное снижение ограниче-
ний не повлияет на вибрационное состояние опорных узлов гидроагрегатов, а также не приведет к дополнительным затратам.
Экономический эффект от снижения ограничений в условиях действующей редакции постановления о проведении конкурентного отбора мощности составляет 111,242 млн рублей в год. Для практической реализации предлагаемого решения разрабатывается программный комплекс по ежедневному расчету оптимальных ограничений мощности. Данный программный комплекс будет интегрирован в Оперативно-Информационный Комплекс системы верхнего уровня Нижнекамской ГЭС.
Mardikhanov A.Kh.
OPTIMAL PLANNING OF POWER LIMITATIONS ON NIZHNEKAMSKAYA HPP TAKING INTO ACCOUNT EXISTING AND PLANNED CHANGES REGULATION ON THE WHOLESALE ELECTICITY MARKET
Reduction of power limitations on Nizhnekamskaya HPP without affecting to the vibrational state of the generating equipment, with the development of software that operates as part of automatized system, allowing calculation of the optimal capacity. Keywords: HPP, lowering power limitations, increasing the optimal capacity.
