設計容量

在建築電氣設計範疇裏，供配電設備容量的選擇是至關重要的一環。建築電氣設計容量是指供配電設計容量，如果選得過大或過小，除了直接或間接地增加工程造價外還可能發生配電線路上的誤動作甚至造成電氣事故。根據國際《JGJ/T16-92 》：“用電設備容量在250KW 或需要變壓器容量在160KVA 以上者應以高壓方式供電”的要求，可知凡是有一定建築規模的工程都將使用電力變壓器，但對於如何選擇變壓器容量的問題上對有些設計者來説還存在誤區。認為變壓器有功負荷能力，容量應按照計算負荷負載或接近滿負載選擇。其實這是一種錯覺，誤認為“滿負荷”可以做到物盡其用，節省投資，殊不知雖然變壓器是一種效率高在 95%以上的電氣設備 （n=p輸出/輸入×100≥95% ）。但只有當變壓器的負荷在 0.5~0.6 時才可能實現，這也是從發揮變壓器最高效率的角度出發來選擇變壓器容量的首要條件和依據。當然最後確定變壓器容量時還要綜合考慮其它一些因素，例如環境温度的影響，降低温度可以提高變壓器的輸出功率和減少變壓器的損耗，又如變壓器台數的合理選擇和技術經濟比較等等都是影響變壓器容量選擇的考慮因素。至於變壓器的過載能力是和起始負荷率、環境温度和通風散熱條件等相關的因素有關且只能是應急性質和短時間的。過負載時首要要求不致損壞變壓器的絕緣和降低使用幫助為原是，一年四季中高峯用電是可能會超負荷，而低谷時又會出現輕載運行。這“超”、“輕”負載兩者之間的量和時間基本等同時會起到互補的作用，但最好不要超負荷15% ^[1]  。

庫容指水庫內某兩個水位間可儲存水量的容積而言，通常以立方米(也稱“公方”或“方)計。隨着所指定水位的特徵不同，庫容可有總庫容、防洪庫容、有效庫容、死庫容等區別。在水利工程中，設計容量，也稱設計庫容，是指不同特徵水位對應下庫容。水庫特徵水位反映水庫工作狀況的水位。也可用庫容表示。體現水庫利用和正常工作的各種特定要求，是規劃設計階段確定主要水工建築物尺寸，如壩高、溢洪道寬度，及估算工程效益，如發電、灌溉水量和利用水頭等的基本依據。特徵水位(庫容)有死水位及死庫容、正常蓄水位及興利庫容、防洪限制水位及結合庫容、防洪高水位及防洪庫容、設計洪水位及攔洪庫容、校核洪水位及調洪庫容等。攔洪庫容是防洪限制水位至設計洪水位之間的庫容。以大壩設計標準相應的設計洪水為根據，從防洪限制水位開始，經水庫調洪後，攔蓄或滯蓄部分洪水需要的水庫容積。防洪庫容是防洪限制水位至防洪高水位之間的庫容。為使下游防護地區能抵禦規定的洪水，水庫應具有相應的防洪庫容，以蓄納洪水或阻滯洪水，減輕下游防護地區的洪水威脅，保證下游防護地區的安全。

水電站水輪發電機組銘牌容量的總和。是水電站最重要的特徵值之一，水電站在運行中處於工作、備用和檢修狀態的容量分別稱為工作容量、備用容量和檢修容量。三者之和稱為必需容量。有時，在必需容量之外，加大水電站裝機容量，其作用為在汛期多發季節性電量，替代火電電量，減少系統的燃料消耗，但不能減少電力系統的裝機容量。這部分容量稱為重複容量。在不同水文年、不同季節中，隨着水電站運行狀態以及電力系統對水電站的要求不同，這些容量是不同的，而且在一定的條件下，它們之間是可以相互轉化的。工作容量即水電站為擔負電力系統負荷機時發出的有功功率，水電站日最大工作容量與日平均出力、系統負荷和能否進行日調節有關。豐水期和負荷大時，工作容量大，相應備用容量可小些;枯水期和系統負荷小時，工作容量較小，備用容量可大些。水電站機組檢修，一般安排在枯水期，故枯水期檢修容量大。在電力系統運行過程中，由於負荷的變化，有時會出現一部分容量未被利用的情況，處於空閒狀態。這部分容量稱為空閒容量。當水電站工作水頭小於機組額定水頭時，裝機容量中有一部分不能承擔必需容量，稱為受阻容量(見水電站額定水頭)。

水電站裝機容量的大小決定於電力系統的負荷及其特性、水電站的能量指標、水庫調節性能、水電站在系統中的地位和作用及其技術經濟特性。

水電站的能量指標 能量指標包括保證出力和多年平均年發電量，是決定其裝機容量的基礎。水電站以其能量參加電力系統電力電量平衡，以核定其容量和電量的效益。水電站在系統中的地位和作用 其地位和作用決定於水電站能量在年內的分配、負荷特性、電源組成、水電站在系統日負荷圖上的工作位置及擔負系統備用容量的大小。當能量一定時，水電站分配在系統負荷大月份(容量平衡控制月份)的能量愈多，其裝機容量愈大;水電站在日負荷圖上的工作位置愈靠近尖峯，即水電站在一天內的工作小時數愈少，擔負調峯任務愈多，其裝機容量愈大，但水電站在一天內的工作小時數，決定於電力系統尖峯的歷時;水電站擔負系統的備用容量愈多，其裝機容量愈大。所以水電站的裝機容量遠大於保證出力，裝機容量與保證出力的比值往往達到2～5，甚至更大。

水電站在系統中的地位和作用，受其調節能力的制約。具有季(年)調節能力以上的水電站，才有可能將其能量較多地分配到負荷大的月份，並能擔負事故備用。具有日調節以上調節能力的水電站，才能擔負系統日負荷的尖峯負荷和負荷備用。具有不完全日調節能力、無調節或下游有航運基荷要求的水電站，只能分別擔負系統日負荷的腰荷或基荷，裝機容量相應受限制。

水電站技術經濟特性 與火電廠相比，水電站起停快、運行靈活，適宜於調峯和擔負系統備用容量的技術特性;且當壩高已定時，增加容量的費用低於火電廠(約為火電廠的1/2)，增加容量可相應增加發電量，從而節約火電燃料。故在一定的條件下，增加水電站的容量比火電廠經濟。故水電站的裝機容量年利用小時數(即多年平均年發電量與裝機容量的比值)或電站年負荷因數(裝機容量年利用小時數除以8760)，一般比火電廠小。調節性能較好的水電站，且系統水電比重又不大時，其裝機容量年利用小時數可至2000或更小。調節性能較差，且電力系統水電比重較大時，水電站的年利用小時數可在5000以上。

裝機容量選擇 常規方法是擬定水電站不同的裝機容量和裝機程序方案，進行技術經濟比較，選擇中應包括與裝機容量有關的輸電線路及輸電損失。當規劃期內將有若干個電站投產時，可進行水電站羣的裝機容量選擇。常規方法是，先進行水電站羣的綜合裝機容量的選擇，然後再進行水電站間裝機容量的分配。影響水電站羣裝機容量分配的技術經濟因素為：①輸電距離長的電站裝機容量宜小些。②長引水道的電站調峯性能較差，且增加容量費用較大，裝機容量不宜過大。③有綜合利用限制(如航運基荷要求)的電站，裝機容量將受限制。④增加容量所增加的發電量大的電站，裝機容量宜適當大些。⑤地面廠房電站增加容量比地下廠房增加容量有利。⑥梯級電站的裝機容量分配，要照顧到容量的協調及運行的需要。⑦為了補償調節的需要，某些電站的裝機容量宜適當加大。

優化方法是應用優化模型，進行規劃期水火電站裝機容量優化，含裝機容量及逐年的裝機程序。模型可用動態規劃或(和)線性規劃構造。由於電力系統負荷不斷加大，電力系統聯網，一些調節性能好的水電站，在電力系統中的作用和地位發生變化，由原建設以發電量為主，到以容量效益為主，系統內火電大機組和核電機組不斷增多，以及水電站的能量指標隨着梯級調節和跨流域補償調節的實現可能有較大改善等原因，水電站合理裝機容量應隨時間推移而加大。世界上有不少水電站都採用分期建設的方案，或在完建若干年後進行擴建以擴大裝機容量。中國也有一些調節性能較好的水電站，在建成若干年之後，進行擴機或正在研究擴大裝機的可行性。