机组台数与单机容量的优化选择

水电站总装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。在总装机容量确定的情况下，可以拟定出不同的机组台数方案。当机组台数不同时，则单机容量不同，水轮机的转轮直径、转速也就不同，有时甚至水轮机的型号也会改变，从而影响水电站的工程投资、运行效率、运行条件以及产品供应。因此，在选择机组台数时，应从以下几方面综合考虑。

1.成本因素

机组台数的多少直接影响单机容量，而通常水轮机、发电机、调速器及变压器的单位千瓦成本均随机组的单机容量增加而降低。有的制造厂认为当机型一定时，水轮机的价格C 与单机容量N 的大致关系是

因为制造小型机组其单位千瓦所消耗的材料较多，而且费工时。

除主要机电设备成本外，机组台数增加同时要求增加配套设备的套数，电气接线也变得复杂，厂房总的平面尺寸也需增加。因此，对已给定的电厂总装机容量，其土建工程及动力厂房的成本也直接随机组数增加而增加。

从上述两方面因素考虑，工程设计时，应优先选用较少的机组数，亦即适当地采用较大的单机容量。目前国内外大中型水轮机单机容量分档的发展趋势大致为：1万kW、5万kW、7.5万kW、15万kW、30万kW、50万kW、60万kW、80万kW、100万kW等级。

图8-23是采用不同机组台数与机组相对费用的比较结果。当受到地质条件或厂房尺寸限制要求减小机组数而又不能加大机组尺寸时，有时可通过增加转轮的比转速提高单机容量。

图8-23　机组台数与相对总费用关系

2.运行效率因素

当采用不同的机组数时，水电厂的运行平均效率是不同的。例如较大单机尺寸的机组，由于水轮机中的水力摩擦损失及渗漏损失相对值较小，故其效率比较高。这对于预计经常满负荷运行的水电厂获得的动能效益特别显著。对变动负荷的水电厂，若采用过少的机组台数，虽单机效率高，但在部分负荷时，由于负荷不便于在机组间调节，因而不能避开低效率区。因此电厂的平均效率较低。图8-24表示采用机组台数不同时电厂的效率特性比较。

(www.xing528.com)

图8-24　机组台数不同时电厂效率特性

图中可见，如电厂仅一台50万kW 的机组，满负荷效率为91%，在部分负荷时（25万kW），电厂效率仅为60%，但如果装置2台单机出力25万kW 的机组，则可以一台机停机，而另一台机仍在满负荷下运行，从而保持电厂的运行效率接近91%的水平。这就说明，采用2台机可使电厂在满负荷及半负荷时均能达到最高效率运行。若装置4台单机容量12.5万kW 的机组，则在100%、75%、50%、25%的电厂负荷时均能达到最高效率。

此外，机组类型不同时，台数对电站运行效率的影响不同。对于固定叶片式水轮机，尤其是轴流定桨式水轮机，其效率曲线比较陡峭，当出力变化时，效率变化剧烈。若机组台数多一些，则可通过调整开机台数而避开低负荷运行，从而使电站的运行效率明显提高。但是，对于转桨式水轮机或多喷嘴的水斗式水轮机，由于可以通过改变叶片角度或增减使用喷嘴的数目而使水轮机保持高效率运行，因此，机组台数对电站运行效率的影响较小。

3.运行维护的因素

机组台数较多时，其优点是运行方式灵活，发生事故时对电站及所在系统的影响较小，检修也容易安排。但台数较多时，运行人员增加，运行用的材料、消耗品增加，因而运行费用较高。同时，较多的设备与较频繁的开停机会使整个电站的事故发生率上升。

4.电厂主接线的因素

由于水电厂水轮发电机组常采用扩大单元接线方式，故机组台数多采用偶数。对于装置大型机组的水电厂，由于主变压器的最大容量受到限制，常采用单元接线方式，因此机组台数的选择不必受偶数的限制。

5.电力系统的因素

对于占电力系统容量比重较大的水电厂及大型机组，发生事故时对电力系统的影响较大，考虑到电力系统中备用容量的设置及电力系统的安全性，在确定台数时，单机容量不应大于系统的备用容量，且也不宜超过系统容量的10%～15%。

6.设备制造、运输及安装的因素

机组台数增加时，水轮机和发电机的单机容量减小，则机组的尺寸小，制造、运输及现场安装都较容易。反之，台数减小则机组尺寸增大，机组的制造、运输和安装的难度也相应加大。因此，最大单机容量的选择要考虑制造厂家的加工水平及设备的运输、安装条件。此外，从发电机转子的机械强度方面考虑，发电机转子的直径必须限制在转子最大线速度的允许值之内，机组的最大容量有时也会因此受到限制。

以上与机组台数有关的诸因素，许多是既相互联系又相互矛盾的，在选择时应针对主要因素，进行综合技术经济比较，选择出合理的机组台数。