小浪底反調(diào)節(jié)電站電氣改造技術(shù)及效益分析

劉煥虎，田武慧，王國清，劉 耀

（1、河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京，210098；2、水利部小浪底水利樞紐管理中心，河南鄭州，450000）

1 主要問題

小浪底反調(diào)節(jié)電站又稱西霞院電站，是黃河小浪底水利樞紐的配套工程，位于小浪底壩址下游16公里處的黃河干流上，距離洛陽市25公里。存在的主要問題如下：

（1）機(jī)組可用小時數(shù)降低。可用小時數(shù)即機(jī)組處于健康狀態(tài)可以正常使用的小時數(shù)，計算方法為：全年時間減去計劃停運時間和非計劃停運時間。小浪底反調(diào)節(jié)電站4臺機(jī)組自2008年開始投運，通過統(tǒng)計2009、2010年兩年每臺機(jī)組年可用小時數(shù)分別為8328小時、8360小時。2011年，7#機(jī)組年可用小時數(shù)為7988小時，與前兩年平均年可用小時數(shù)相比下降了356小時。

（2）存在安全隱患。小浪底反調(diào)節(jié)電站7#、8#機(jī)公用一條機(jī)壓母線，機(jī)壓設(shè)備小母線沒有獨立開來，7#機(jī)、8#機(jī)和公用設(shè)備檢修時，易觸及相鄰帶電部分，造成了一定的安全隱患。

（3）影響水庫調(diào)度。小浪底水庫與小浪底反調(diào)節(jié)水庫目前采用的是兩庫聯(lián)合聯(lián)合調(diào)度的方式。小浪底電站是河南省最大的調(diào)峰電站，由于機(jī)組出力調(diào)整頻繁，下泄流量差別較大，小浪底反調(diào)節(jié)水庫是日調(diào)節(jié)水庫，總庫容為1.62億m3，機(jī)組可用小時數(shù)的減少，使得開機(jī)方式單一，小浪底水庫大大流量下泄時反調(diào)節(jié)水庫可能會造成棄水。

2 改造方案的設(shè)計實施

2.1 機(jī)制分析

為了充分利用寶貴的黃河水資源，在滿足社會效益的前提下努力提高經(jīng)濟(jì)效益，迫切需要找出7#機(jī)年可用小時數(shù)降低的原因。針對西霞院7#機(jī)組年可用小時數(shù)不高的狀況，對比其他機(jī)組全年的運行維護(hù)情況，在對8#機(jī)組檢修記錄和安全措施進(jìn)行核查后，發(fā)現(xiàn)7#機(jī)組停機(jī)是因為8#機(jī)組正進(jìn)行為期75天的計劃性A級檢修，影響了7#機(jī)可開機(jī)的時間。其根本原因是7#、8#機(jī)組柜頂小母線接線存在問題，7#/8#機(jī)柜頂小母線原接線。

小浪底反調(diào)節(jié)電站7#、8#機(jī)公用一條10KV母線，機(jī)壓設(shè)備室在同一間廠房，當(dāng)時設(shè)計因為一次高壓設(shè)備布置在一起，二次設(shè)備柜頂小母線設(shè)計時有些不合理的地方。機(jī)壓設(shè)備柜頂小母線的主要供電負(fù)荷有供繼電器，儀表、信號指示、操作開關(guān)等元器，負(fù)荷總量相對較小。

2.2 改造技術(shù)方案

由上述機(jī)制原因分析可知，需對7#、8#機(jī)組柜頂接線方式進(jìn)行改造，解決小母線冗余電源不獨立的問題。改造中主要是通過拆除相互影響多余的電氣連接，實現(xiàn)電源接入點的獨立。（1）斷開公用設(shè)備廠用1回路與廠用2回路的電氣連接，斷開公用設(shè)備廠用2回路與1#主變低壓側(cè)PT柜之間的電氣連接，斷開了1#主變低壓側(cè)PT柜與8#機(jī)機(jī)壓設(shè)備柜之間的連接。

（2）將公用設(shè)備廠用1回路VCB柜的3個開關(guān)DK1、DK2、DK3三個空氣開關(guān)通過新增加的電纜從廠用400V配電室和繼保室直流盤單獨接入電源。在公用設(shè)備廠用2回路VCB柜增加DK4、DK5、DK6三個空氣開關(guān)通過電纜從廠用400V配電室和繼保室直流盤單獨接入電源。在1#主變低壓側(cè)PT柜增加兩個空氣開關(guān)DK7、DK8通過新加電纜從廠用400V配電室和繼保室直流盤單獨接入電源。樣機(jī)拆除了壓設(shè)備室柜頂小母線之間的多余電氣連接，相互之間的電源也相互獨立。

2.3 組織實施

（1）現(xiàn)場設(shè)備清查統(tǒng)計，經(jīng)過仔細(xì)查圖和現(xiàn)場核對設(shè)備，編制設(shè)備參數(shù)清單，統(tǒng)計出柜頂小母線負(fù)荷設(shè)備，計算出所需電源容量，并選擇相應(yīng)型號的空氣開關(guān)及電纜。電源點的選擇本著容量可擴(kuò)展、位置就近、負(fù)荷平衡、安全可靠的原則。

（2）現(xiàn)場勘察地形，在現(xiàn)場通過對電纜洞、電纜溝、電纜架實地勘察和測量，發(fā)現(xiàn)了在實際施工中將會遇到一些問題，經(jīng)匯報領(lǐng)導(dǎo)和與維護(hù)人員溝通后最終得以解決。并對盤柜內(nèi)的可用空間進(jìn)行測量，標(biāo)畫準(zhǔn)確方位，做到新設(shè)備增加后整體布局合理、整潔美觀、便于維護(hù)。

（3）根據(jù)設(shè)計方案和現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場施工，改造施工過程由運行維護(hù)人員共同完成。電源改造改線情況,所有改造新加電纜布置完畢，新加空氣開關(guān)安裝到位，再對照編制的接線圖進(jìn)行接線。棄用原有電纜中11根電纜，斷開這些電纜的兩端接線，重新布置14根電纜，增加5個同型號的空氣開關(guān)。改造后的柜頂小母線電源形成7#機(jī)組機(jī)壓設(shè)備、8#機(jī)組機(jī)壓設(shè)備和7#、8#機(jī)組機(jī)壓設(shè)備公用各部分獨立運行的形式。

3 效益分析

3.1 安全效益

機(jī)壓設(shè)備柜頂小母線的負(fù)荷為控制、信號、照明等，沒有大的負(fù)荷，電壓等級為220V交流和220V直流的低壓，改造使用的電纜、開關(guān)均有較大的冗余量，完全可以滿足需要。改造后形成7#、8#機(jī)組柜頂小母線電源均從各自的機(jī)旁動力盤和機(jī)旁直流負(fù)荷屏取，中間公用部分從繼保室直流負(fù)荷屏和400V配電室取，三部分相對獨立，中間公用部分1#隔離變進(jìn)線或1#主變低壓側(cè)共箱母線PT柜或F1021開關(guān)柜也相對獨立。大修一臺機(jī)組或檢修中間公用部分中任意一設(shè)備時都能保證檢修間隔徹底斷電，發(fā)電設(shè)備的可靠率提高，設(shè)備檢修時的安全隱患徹底消除，保證設(shè)備、人員安全。自7#、8#機(jī)柜頂小母線改造完成后，未發(fā)生一起與其相關(guān)的人身傷害、設(shè)備損壞的事故。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

3.2.1 改造成本計算

（1）人工：共需要15個人工工時；根據(jù)河南省建筑工程標(biāo)準(zhǔn)定額文件，豫建標(biāo)定[2012]11號，電工人工單價為71元，人工費用Cr為71×15= 0.11萬元。

（2）材料：電纜16520元；開關(guān)5136元； 材料費用Cc為16520+5136=2.17萬元改造成本費用共計C q為C q=Cc+Cr=16520+5136+1065=2.27萬元。

3.2.2 發(fā)電效益計算

7#、8#機(jī)柜頂小母線改造后，7#、8#機(jī)兩臺機(jī)大修時可以做到互不影響，7#機(jī)可用小時數(shù)有了明顯增加增加。機(jī)組可用小時數(shù)計算方法為：

Hk =Hq—Hj —Hf

式中：Hk為機(jī)組可用小時數(shù)；Hq為全年時間；Hj為計劃停運時間；Hf為非計劃停運時間。

根據(jù)實際統(tǒng)計7#機(jī)組年可用小時數(shù)2011年的7988小時提高到2012年的8353小時，提高了365個小時，大約15天的時間。7#、8#機(jī)組柜頂小母線改造后，7#、9#、10#機(jī)組年可用小時數(shù)統(tǒng)計表如下（因2008年機(jī)組剛開始投運受不確定影響因素多未進(jìn)行統(tǒng)計，8#機(jī)進(jìn)行過A級大修也未進(jìn)行對比參考）：

反調(diào)節(jié)電站機(jī)組每四年A級檢修一次，避免8#機(jī)檢修造成7#機(jī)15天不能并網(wǎng)發(fā)電，同時也避免了7#機(jī)組檢修造成8#機(jī)15天不能并網(wǎng)發(fā)電。

兩臺機(jī)組共可增加可用小時數(shù)H1為24×15×2=720小時，全年機(jī)組實際利用小時數(shù)Hs與可用小時數(shù)Hk的比r為=3084.3/7988=0.3688，按此機(jī)組利用率兩臺機(jī)組共可增加小時數(shù)HZ=H1×r=278小時，則15天2臺機(jī)電量產(chǎn)生發(fā)電效益Qz為Qz =HZ×V=278×3.5×0.312元=303.58萬元。

3.3.3 凈效益計算

因為每四年可以避免2次機(jī)組大修影響機(jī)組可用小時數(shù)減少的情況，每年產(chǎn)生凈經(jīng)濟(jì)效益Q1為=（303.58 -2.17）萬元/4=75.35萬元

(注：反調(diào)節(jié)機(jī)組單機(jī)容量為3.5萬kW.h，3084.3為2012年7#機(jī)組年利用小時數(shù)，上網(wǎng)電量價格為0.312元/kW.h)

3.3 社會效益

水電作為一種綠色能源，機(jī)組可用小時提高喲后增加了水能利用率，減少其他傳統(tǒng)能源的消耗，取得了一定的社會效益。小浪底電站作為河南電網(wǎng)唯一一座大容量的調(diào)峰電站在河南電網(wǎng)中起著重要作用，自2009年以來，小浪底、西霞院梯級水庫聯(lián)合調(diào)度運用。機(jī)組可用小時數(shù)的提高，方面了兩庫聯(lián)合運用，大大提高了小浪底的運行效率和調(diào)峰效益。

4 結(jié)語

通過對比分析找到7#機(jī)可用小時數(shù)降低原因，進(jìn)而提出7#、8#機(jī)柜頂小母線改造方案，又將7#機(jī)可用小時數(shù)提高到到正常水平。這次電氣改造項目提升了電廠機(jī)組設(shè)備的安全健康水平，避免了黃河大流量下泄而棄水造成水資源的浪費，增強(qiáng)了小浪底電站的調(diào)峰能力。通過一年多的運行情況證明改造效果良好，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益和社會效益，對于同樣接線方式電站有一定的借鑒意義。

[1] 張利新.西霞院工程建設(shè)與管理[J].人民黃河,2009,31（10）：1-2.

[2] 呂元龍,成超,李銀鐺等.西霞院電站投產(chǎn)初期的運行管理經(jīng)驗總結(jié)[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2008,14（5）：349-350。

[3] 白濤,暢建霞,方建熙,等.小浪底、西霞院梯級水電站短期調(diào)峰調(diào)度研究[J].水力發(fā)電學(xué)報,2012,31(8)：83-88