水電廠廠用電經(jīng)濟(jì)性分析及降低廠用電措施

大唐陜西發(fā)電有限公司石泉水力發(fā)電廠 姚 磊

利用電廠綜合用電量指標(biāo)來反映電廠電力消耗的現(xiàn)狀，利用廠用電量的合理性對電廠用電指標(biāo)進(jìn)行分析，可對電廠的用電量進(jìn)行合理的分析，并進(jìn)一步優(yōu)化電廠用電空間，合理使用電力指標(biāo)，提高電力使用效率。

水電廠綜合工廠的電力消耗通常包括水電廠廠內(nèi)設(shè)備的電力消耗及供電線路的損耗[1]。有些電站的專線提供直接外部電源，這些也都被計入廠用電當(dāng)中。在這些負(fù)荷中廠內(nèi)用電負(fù)荷主要包括自用負(fù)荷、公用負(fù)荷和附屬負(fù)荷。線損則與電壓等級和傳輸距離有關(guān)。

自用負(fù)荷。一般指主輔設(shè)備和主變壓器的用電負(fù)荷，包括廠內(nèi)排水泵、調(diào)速系統(tǒng)油壓設(shè)備、勵磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)、主變壓器冷卻風(fēng)扇及循環(huán)油泵、消防泵等主要設(shè)備的用電；公用負(fù)荷。通常指水電廠公共和機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行情況、直流電源和通訊網(wǎng)絡(luò)、廠房橋機(jī)和尾水閘門啟閉機(jī)用電，以及整個裝置的照明、通風(fēng)和空調(diào)、消防和其他裝置的電力等[2]；附屬負(fù)荷。主要包括進(jìn)水口等部位水工機(jī)械設(shè)備用電、壩區(qū)和道路照明、廠內(nèi)為生產(chǎn)服務(wù)的生活用電等。

1 水電站廠用電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

1.1 水電站廠用電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性現(xiàn)狀

發(fā)電廠在發(fā)電過程中要消耗大量的電能以滿足許多設(shè)備的能源需求，高可靠性和高性價比是廠用電力系統(tǒng)的基本要求。所以，當(dāng)廠用電力系統(tǒng)的用電量遠(yuǎn)低于發(fā)電量時，廠用電力系統(tǒng)才具有經(jīng)濟(jì)可行性。但中小型水電站受發(fā)電量低、廠用電電量大等諸多因素的影響，其經(jīng)濟(jì)效率仍然較低[3]。

低發(fā)電和低耗電率。在廠用電電源系統(tǒng)中，由于廠用電電源消耗是效率的最好體現(xiàn)，降低全廠用電是提高全廠供電效率的最好方法。電能消耗率是發(fā)電站的用電量，因此提高發(fā)電效率是最直接有效的方式，但由于我國大部分河流的流量不穩(wěn)定，大部分中小水電站的發(fā)電量都是由當(dāng)年的降雨來支撐的，因此在旱季發(fā)電量明顯減少，廠用電率顯著提高。

輔助設(shè)備功率過大。一般情況下保證水電站的溫濕度是為保證電力設(shè)備的正常運(yùn)行，為此大部分水電站上游、下游重點(diǎn)區(qū)域及中心建筑物都安裝了空調(diào)、排風(fēng)機(jī)等輔助設(shè)備，這些輔助設(shè)備耗電量很大，是能源系統(tǒng)效率受到影響的一個重要因素。在夏天炎熱時，這些輔助設(shè)備的長期運(yùn)行會增加水電廠的電力消耗。

設(shè)備電動機(jī)電能的浪費(fèi)。電動機(jī)既是各種機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的保證，又是設(shè)備高效節(jié)能的基礎(chǔ)，水電站各類輔助設(shè)備消耗的電力約為全電廠的65%～70%，目前一些電機(jī)的自動化程度較低，能源消耗較大，設(shè)計、施工和維護(hù)效果較差，在長時間的工作中工人的工作效率低下，不但造成電力系統(tǒng)的巨大浪費(fèi)，同時也大大縮短了設(shè)備的使用壽命[4]。

照明系統(tǒng)的高耗電量。普通中型水電站照明系統(tǒng)分布很廣，由于電站建筑規(guī)模較大，整個電站內(nèi)外及水庫的照明系統(tǒng)都存在著老化、失光等問題。有些水力發(fā)電廠還采取了人工定點(diǎn)控制的方法，大量的照明設(shè)備在長期使用中會產(chǎn)生巨大的能源損耗，嚴(yán)重地影響了電廠的發(fā)電效率。

1.2 廠用電經(jīng)濟(jì)性改造方法

提高發(fā)電量。提高水力發(fā)電廠發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、減少電力消耗量，是保證電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最好方法，在很長一段時間內(nèi)電廠都處在“滿發(fā)”狀態(tài)，以增加發(fā)電能力。在低水頭運(yùn)行中要盡量減少運(yùn)行的機(jī)組數(shù)目，盡量增加發(fā)電量、降低電廠電力系統(tǒng)的能耗。同時，為了保證水電廠、廠用電的高可靠性，必須在電廠調(diào)度中心應(yīng)用先進(jìn)的衛(wèi)星云圖系統(tǒng)來進(jìn)行水庫的調(diào)度。

輔助設(shè)備的改造。為降低能源消耗，一方面對現(xiàn)有的溫度、濕度控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，以改善其冷卻和冷卻性能[5]。通過這種方式可減少諸如空調(diào)、排氣扇等附屬裝置的使用量，從而降低副裝置的功耗。同時在空調(diào)系統(tǒng)中，要采用高智能的空調(diào)系統(tǒng)對室內(nèi)的溫度、濕度進(jìn)行控制。這樣如內(nèi)部溫度和濕度符合標(biāo)準(zhǔn)制冷設(shè)備就可自動停止，以減少系統(tǒng)長期運(yùn)行造成的能量損失。

加強(qiáng)設(shè)備改造。為降低能耗，水力發(fā)電廠的檢修人員要做好各類電機(jī)設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)、改造，并按實際操作條件選用相應(yīng)的電機(jī)型號，以保證機(jī)組的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。另外要經(jīng)常檢查和保養(yǎng)設(shè)備，淘汰舊電機(jī)?？傊?，對電機(jī)進(jìn)行改造可有效地提高電廠用電系統(tǒng)的效率，降低不必要的電力損失。

2 水電廠用電的使用分析及用電節(jié)能措施

2.1 廠用電量影響因素分析

水電廠廠用電是影響總用電量最直接的因素。用電管理的實踐可從以下方面初步分析：不同環(huán)境、不同規(guī)模、不同類型的水電站廠用電，與主、輔設(shè)備數(shù)量、性能設(shè)計程度密切相關(guān)，輔助設(shè)備、裝置多，廠用電高；廠用電一般情況下用電強(qiáng)度高；電廠自身和公共負(fù)荷的用電情況是與電廠自身設(shè)計密切相關(guān)的。發(fā)電廠的安全性要求很高，耗電通常會超過輔助電源的80%。輔助性負(fù)荷主要為短時或間歇性用電；主變壓器損耗、排水動力、冬季取暖和電加熱等特殊因素，都會對發(fā)電廠的額外耗電量產(chǎn)生重大影響，需要特別注意；某些電廠的特殊供電方式是耗電異常的主要原因[6]。

2.2 廠用電量多少影響因素分析

水電廠廠用電消耗水平受多種因素的影響，包括設(shè)備設(shè)施的配置、發(fā)電機(jī)的起動與停機(jī)、運(yùn)行頻率、電廠電力的合理管理等。影響因素包括主變壓器損失、電廠電動機(jī)的耗電量及員工對經(jīng)濟(jì)耗電量的認(rèn)識不足。輔助功率消耗可通過優(yōu)化設(shè)備操作、技術(shù)改造和充分控制功耗來降低。

2.3 用電設(shè)備的優(yōu)化運(yùn)行

減少運(yùn)行設(shè)備通風(fēng)、散熱系統(tǒng)的耗電量。通風(fēng)、散熱系統(tǒng)一般在夏季高溫時段以及機(jī)組長期連續(xù)運(yùn)行時投入運(yùn)行，以確保發(fā)電機(jī)各部的溫升滿足要求，因此通風(fēng)、散熱設(shè)備、設(shè)施的運(yùn)行時間可根據(jù)環(huán)境溫度合理安排，以減少運(yùn)行時間。同時在機(jī)組檢修期間，還應(yīng)對通風(fēng)、散熱設(shè)備、設(shè)施及時進(jìn)行檢查清理，疏通管道和散熱器以保證散熱效果；選用節(jié)能型變壓器。通過選擇變壓器，可有效地減少負(fù)荷損失和負(fù)荷損失。同時降低了備用變壓器的無負(fù)荷工作時間，也將節(jié)省能源和減低消耗。

在安裝期間加強(qiáng)對設(shè)備和管道的監(jiān)測和維護(hù)。加強(qiáng)設(shè)備、管道、設(shè)備的巡檢與保養(yǎng)，及時處理設(shè)備故障，減少輔助設(shè)備的起停次數(shù)，減少設(shè)備的能耗；合理控制技術(shù)供水運(yùn)行時間和啟動時間。制訂設(shè)備定期輪換和試驗管理制度，減少電動機(jī)的運(yùn)行時間，經(jīng)常調(diào)整設(shè)備運(yùn)行方式，降低空壓機(jī)、油泵、水泵起動頻率和時間，及時清洗過濾器，確保工作壓力；定期對設(shè)備管路進(jìn)行檢查和維護(hù)，以減少泄漏。

2.4 輔助設(shè)備的技術(shù)改造

在確保安全的條件下安裝變頻器，電動機(jī)設(shè)備應(yīng)在不同工況下從工頻切換到變頻器模式，以節(jié)省能源；機(jī)組冷卻系統(tǒng)考慮在各配電柜密集區(qū)域加裝自動空調(diào)，加強(qiáng)空氣循環(huán)，改善散熱效果。對于消防水系統(tǒng)可直接由壩前取水供給，有效減少消防泵啟停次數(shù)，節(jié)約能源。

2.5 廠內(nèi)照明、電能計量的合理管理

在安裝照明時要充分利用自然光，并充分計劃和區(qū)分不同區(qū)域的照明需求。高效率節(jié)能燈及裝置，節(jié)能燈具比普通燈節(jié)省70%的電能，區(qū)分正常模式和夜間工作模式，選擇區(qū)域照明和間隔照明。針對非重要工作區(qū)的不同管理及其他措施。計費(fèi)誤差包括電壓變換器、功率變換器、電表等設(shè)備誤差，二次電壓降低導(dǎo)致的錯誤，主要原因是二次電壓的降低。定期對PT 的二次電流進(jìn)行測試，并對二次回路的接線、開關(guān)、接線端子進(jìn)行檢修，減少測量誤差，并采取相應(yīng)的措施，降低PT 二次電流、阻抗等，增加補(bǔ)償裝置及更換高精度瓦特計，是電能測量的改進(jìn)。

2.6 減少廠用變壓器用電量

電力負(fù)荷以電動機(jī)、直流系統(tǒng)、自動控制、照明系統(tǒng)等各類風(fēng)機(jī)、油泵、水泵等機(jī)械輔助設(shè)備為主，以保證水電站正常運(yùn)行。減少廠用變壓器耗電的主要措施有：選用高效電氣設(shè)備，提高電機(jī)的傳動效率，可有效地減少功率消耗；對電廠電網(wǎng)進(jìn)行改造，主要是對電廠電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化改造，從而降低了電廠變壓器和供電線路的損耗，從而提高了電廠的電力利用率；強(qiáng)化節(jié)能管理，及時解決漏氣、漏油、漏水的三漏問題，既可確保電廠的安全運(yùn)行，又可使生產(chǎn)場地保持干凈，又可減少電機(jī)的啟動和停機(jī)，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。

2.7 減少勵磁系統(tǒng)用電量

發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的功能是產(chǎn)生一個正常的磁場，通過改變勵磁幅度來調(diào)整發(fā)電機(jī)的無功，從而使其參與電網(wǎng)的電壓控制。在電力系統(tǒng)，一般都是采用自并勵的方法，由發(fā)電機(jī)的勵源供電，經(jīng)過整流變壓器的引導(dǎo)，再由可控硅輸入到轉(zhuǎn)子中，從而產(chǎn)生一個磁場。在發(fā)電機(jī)工作過程中，無功是主要的消耗因素。

隨著電網(wǎng)用戶對電力品質(zhì)的不斷提高，電網(wǎng)有功調(diào)節(jié)的頻率也在不斷提高，電廠降低勵磁系統(tǒng)能耗的空間十分有限，因此降低電力消耗的主要途徑是：采用高效率的變壓器、采用低功耗的智能穩(wěn)壓器替代勵磁調(diào)節(jié)器。在保證電網(wǎng)電壓調(diào)整和機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的條件下，強(qiáng)化運(yùn)營管理，提高牽引系統(tǒng)性能因數(shù)，降低牽引系統(tǒng)功耗，降低功耗，使其一直保持在發(fā)電量的0.18%左右。

2.8 降低主變壓器損耗

變壓器的損失可劃分為鐵損和銅損兩類?？蛰d損耗也就是鐵損，它是由磁滯效應(yīng)和渦流造成的，不會隨著負(fù)荷電流的改變而改變，是一種常數(shù)損耗。變壓器的銅損耗為原、副繞組均存在一定的電阻，電流通過線圈時會產(chǎn)生熱量和損耗。變壓器的銅損耗與負(fù)荷電流及線圈電阻有關(guān)。因此變壓器的效率是由負(fù)荷率決定的，當(dāng)負(fù)荷小于50%時其鐵損耗會比較大，效率也會降低；當(dāng)負(fù)載超過額定容量的70%時銅損占比增大，效率降低。因此，變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間應(yīng)在額定容量的50%～70%之間。

3 保證水電廠用電的安全性措施

建立有效的事故應(yīng)急體制。國內(nèi)水電站一般都建在高水頭、遠(yuǎn)離經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、自然環(huán)境惡劣、外部環(huán)境脆弱的地區(qū)，如果沒有完善有效的應(yīng)急機(jī)制，一旦發(fā)生突發(fā)事件水電站的正常運(yùn)行就與電站電網(wǎng)密不可分，因此在電站要對電網(wǎng)進(jìn)行一次全面的研究，并總結(jié)出有效的應(yīng)急機(jī)制。

進(jìn)一步完善水電廠主要設(shè)備的保護(hù)裝置。電力設(shè)備是電廠安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，其運(yùn)行的好壞將直接關(guān)系到整個電廠的安全運(yùn)行。為實現(xiàn)以上的保護(hù)目的，一般都是通過繼電保護(hù)來使整個電網(wǎng)停機(jī)或?qū)ζ溥M(jìn)行保護(hù)。同時電廠還存在著電力系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測不到位的問題。如，在水電站的運(yùn)行中對溫度、水位等進(jìn)行監(jiān)控，存在著很大的局限性。如果操作參數(shù)發(fā)生變化，會對設(shè)備的安全造成很大的影響。為了提高監(jiān)測資料的敏感性，必須采用現(xiàn)代化的程序設(shè)計技術(shù)，及時有效地反映各參數(shù)的變化，以確保電站的正常運(yùn)行。

接地保護(hù)。主要用于低壓系統(tǒng)。若不能采用接地保護(hù)，則應(yīng)事先對設(shè)備的選型、使用范圍、環(huán)境、安全條件等進(jìn)行全面考慮。但特殊電氣設(shè)備包括電機(jī)、變壓器、手持式電器的金屬機(jī)架和外殼、電器的傳動裝置、鐵配電箱、焊接金屬加工平臺及基座、起重機(jī)以及曲線提升裝置等必須配置接地保護(hù)裝置，有效確保設(shè)備和人身安全。

綜上，為了節(jié)能降耗，應(yīng)充分調(diào)動運(yùn)行人員的積極性和主動性，采取措施節(jié)約輔助能源，優(yōu)化電廠運(yùn)行，利用技術(shù)改造，節(jié)能降耗，合理使用和管理輔助能源，達(dá)到確保發(fā)電廠安全生產(chǎn)、提高發(fā)電效率、最終提高發(fā)電廠效率的目標(biāo)。