影響水力發(fā)電站能耗的因素分析及降耗措施

潘冠理

【摘 要】本文就影響水力發(fā)電站能耗的因素及降耗措施進(jìn)行了分析，詳細(xì)分析了影響水電站能耗、發(fā)電耗水率、水電站損電量等因素，提出并介紹了節(jié)能降耗的技術(shù)處理措施和有關(guān)此方面的運(yùn)行管理措施，可供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】水力發(fā)電站；影響；措施；分析

【中圖分類(lèi)號(hào)】[TM622]【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0407-02

隨著社會(huì)的迅速發(fā)展，節(jié)能降耗已逐漸成為發(fā)展的主題。近年來(lái)，我國(guó)推出了一系列有關(guān)節(jié)能降耗的政策措施，將節(jié)能降耗工作作為重點(diǎn)發(fā)展的方向。水力發(fā)電站作為以水能為動(dòng)力發(fā)電的設(shè)施，在其產(chǎn)生電能的過(guò)程中會(huì)有不同程度的能量損耗。在我國(guó)大力推動(dòng)節(jié)能降耗的背景下，降低發(fā)電耗水率和站損電量，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，是如今水力發(fā)電站的核心工作之一。

1 影響水力發(fā)電站能耗的因素分析

影響水力發(fā)電站的能耗，既有客觀因素，也有主觀因素，而主觀因素又與運(yùn)行管理和運(yùn)行技術(shù)密切相關(guān)。

1.1 影響發(fā)電耗水率的因素

（1）水頭。水力發(fā)電站依靠水頭和流量發(fā)電。水頭越高，水輪發(fā)電機(jī)組在能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中效率就越高。

（2）機(jī)組負(fù)荷率。水輪發(fā)電機(jī)組在發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中，水能需要克服固有的機(jī)械阻力和流動(dòng)阻力，并存在著水量損失。

（3）機(jī)組空載流量。這是機(jī)組負(fù)荷為零的一種情況，水能全部用于維持水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)，卻沒(méi)有任何電量上網(wǎng)，因而不能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)收益。

（4）水庫(kù)棄水。在防汛期間，當(dāng)庫(kù)水位超過(guò)汛限水位時(shí)，按照三防指揮部和水庫(kù)調(diào)度規(guī)程的要求需要水庫(kù)開(kāi)閘棄水。

1.2 影響站損電量的因素

（1）站用電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)作為水力發(fā)電站輔助機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力部分，這些設(shè)備的容量、效率、運(yùn)行方式等對(duì)用電量有較大的影響。

（2）照明。水力發(fā)電站中普遍安裝有數(shù)量眾多的、光源充足的照明設(shè)施，特別是早期建設(shè)的水力發(fā)電站中，選用大多是功率強(qiáng)大的照明設(shè)備。

（3）電熱。水力發(fā)電站中的電熱，主要用于設(shè)備驅(qū)潮和保溫。由于電熱大多采用常規(guī)的電阻絲或者鎢燈，功率大、熱量利用效率低，電熱設(shè)備的投入和退出除少數(shù)設(shè)備有嚴(yán)格的規(guī)定外，大多數(shù)憑值班人員的主觀判斷，隨意性較大。

（4）變壓器輕載運(yùn)行。主變壓器與發(fā)電機(jī)組的容量是配套的，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷率長(zhǎng)期偏低時(shí)，主變壓器亦處于輕載運(yùn)行狀態(tài)，由于此時(shí)鐵損是定值，所以相對(duì)而言效率就下降了。

（5）電壓及功率因數(shù)過(guò)低。水力發(fā)電站雖遠(yuǎn)離大中城市，但亦有相當(dāng)多的近區(qū)負(fù)荷。這些周邊地區(qū)的用電負(fù)荷大、且極少配置無(wú)功補(bǔ)償裝置，完全依賴(lài)電站提供無(wú)功功率，造成線路損耗增大。

（6）運(yùn)行機(jī)組發(fā)熱。發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，由于有電流和磁場(chǎng)的存在，會(huì)產(chǎn)生鐵損和銅損。這種損耗以熱的形式傳給繞組和鐵芯，如果不能及時(shí)有效地將熱量散發(fā)出去，最常見(jiàn)的后果就是使繞組溫度升高、電阻增大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的內(nèi)部損耗增加、效率降低。

1.3 影響電能計(jì)量的因素

首先，發(fā)電站在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，由于設(shè)備故障或運(yùn)行方式發(fā)生變化，經(jīng)常出現(xiàn)關(guān)口電能計(jì)量不正確、造成站損電量偏大情況，使企業(yè)蒙受損失。

其次，由于電量管理機(jī)沒(méi)有相應(yīng)的硬件和軟件設(shè)置，當(dāng)電站主接線在某些特殊運(yùn)行方式下，就無(wú)法正確識(shí)別、判斷和歸類(lèi)線路的電量，例如旁路母線帶線路運(yùn)行時(shí)，必須由人工計(jì)時(shí)、計(jì)算，增大了誤差值。

第三，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中穩(wěn)定性較差，存在著故障率較高的問(wèn)題。

2 實(shí)施技術(shù)改造，促進(jìn)節(jié)能降耗

對(duì)現(xiàn)有發(fā)供電設(shè)備進(jìn)行完善和技術(shù)改造，積極推廣應(yīng)用新技術(shù)、新工藝，可以充分挖掘設(shè)備潛能和提高運(yùn)行可靠性，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

在水力發(fā)電站中推廣應(yīng)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，或?qū)υ缙趹?yīng)用的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，并對(duì)相關(guān)的配套設(shè)備如調(diào)速裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等進(jìn)行技術(shù)改造，提高機(jī)組自動(dòng)化程度和可靠性，可以減少值班人員的操作項(xiàng)目、縮短開(kāi)停機(jī)作時(shí)間。

2.2 發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)技術(shù)改造

水力發(fā)電站在運(yùn)行過(guò)程中，通風(fēng)冷卻系統(tǒng)由于當(dāng)初的技術(shù)設(shè)計(jì)缺陷、設(shè)備老化、冷卻水水質(zhì)較差等問(wèn)題，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)通風(fēng)散熱效果會(huì)逐步變差，進(jìn)而影響到發(fā)電機(jī)的帶負(fù)荷能力。一般情況下，發(fā)電機(jī)運(yùn)行溫度升高，經(jīng)過(guò)調(diào)整冷卻水流量和水壓，并適時(shí)清掃、疏通，可以恢復(fù)發(fā)電機(jī)的散熱效果，但如果是設(shè)備設(shè)計(jì)制造問(wèn)題，就需要采取技術(shù)措施予以改造。采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的空氣冷卻器是最常見(jiàn)的技術(shù)措施之一。

2.3 照明系統(tǒng)技術(shù)改造

對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造及節(jié)能管理，可以從以下幾方面著手：

（1）使用高效節(jié)能的照明燈具、器具。比如LED燈具的應(yīng)用。

（2）采用按用途、場(chǎng)地分類(lèi)控制的線路。

（3）采用便于開(kāi)關(guān)及調(diào)光的控制開(kāi)關(guān)和電器。

（4）根據(jù)時(shí)間、場(chǎng)地、用途選擇合適的照度及控制方式。

（5）充分利用天然光及引入節(jié)電照明控制系統(tǒng)。

2.4 站用動(dòng)力設(shè)備技術(shù)改造

站用輔助生產(chǎn)設(shè)備中，電動(dòng)機(jī)占的容量比重最大，對(duì)該類(lèi)設(shè)備的節(jié)能更為重要。早期應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)，由于材料、設(shè)計(jì)及工藝的局限性，運(yùn)行中的能耗相對(duì)較大。隨著時(shí)代的進(jìn)步，許多具有節(jié)能性能的電力設(shè)備相繼問(wèn)世，如今在各單位廣泛應(yīng)用的高效率電動(dòng)機(jī)、變頻電動(dòng)機(jī)、或采用變頻控制技術(shù)的調(diào)速系統(tǒng)，不僅節(jié)能效果良好（降低了電力設(shè)備的鐵損、銅損），而且運(yùn)行可靠性也大大提高。所以，水力發(fā)電站積極推廣應(yīng)用新型電力設(shè)備，淘汰舊型電機(jī)，是節(jié)能降耗的有效途徑。

2.5 加強(qiáng)設(shè)備檢修維護(hù)，確保電能計(jì)量正確

發(fā)電站電能計(jì)量是否正確，既與電能計(jì)量裝置本身的工作狀態(tài)有關(guān)，也在很大程度上受其他設(shè)備的影響，因此，加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行設(shè)備的維護(hù)管理，減少設(shè)備故障率非常必要。

（1）由于大多數(shù)高壓隔離開(kāi)關(guān)安裝在室外，其二次輔助接點(diǎn)極易生銹和腐蝕，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換不靈活、卡澀、接觸不良。所以，要重點(diǎn)維護(hù)高壓隔離開(kāi)關(guān)二次輔助接點(diǎn)，保證其轉(zhuǎn)換靈活、接觸可靠。

（2）定期檢測(cè)PT、CT二次回路壓降和回路電阻，將所測(cè)量數(shù)據(jù)與相同條件下的歷史數(shù)據(jù)作比較。對(duì)二次回路連接導(dǎo)線、PT二次回路開(kāi)關(guān)、熔絲及接線端子應(yīng)進(jìn)行經(jīng)常性的檢查維護(hù)，防止因絕緣破損、接頭松動(dòng)、銹蝕或腐蝕、接觸不良等原因造成電能表計(jì)量誤差。

（3）對(duì)電能計(jì)量裝置進(jìn)行經(jīng)常性的在線檢查維護(hù)，對(duì)其工作電源、時(shí)鐘、溫度、走字、報(bào)表打印等要認(rèn)真檢查分析，如果某一方面有異常現(xiàn)象，應(yīng)立即予以消除。

3 加強(qiáng)運(yùn)行管理，開(kāi)展節(jié)能降耗工作

加強(qiáng)節(jié)能教育，提高整體節(jié)能思想意識(shí)，不斷總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本站實(shí)際完善經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的管理模式和制度，持續(xù)開(kāi)展節(jié)能降耗工作。

3.1 優(yōu)化樞紐調(diào)度，控制運(yùn)行水位

大型水利樞紐都具有綜合利用功能，其庫(kù)水位控制曲線的制定需考慮各個(gè)方面的平衡。天堂山水庫(kù)的發(fā)電用水計(jì)劃，需要考慮如下因素：

（1）當(dāng)前庫(kù)水位及預(yù)測(cè)來(lái)水情況。

（2）電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰的需要。

（3）保證水庫(kù)下游沿線生活用水的需求。

（4）保證下游農(nóng)田灌溉和汛期防洪的需要。

（5）保證本單位干部職工基本福利和運(yùn)行維護(hù)成本的需要。

（6）機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)、擺度、汽蝕等有損設(shè)備健康的影響。

綜合考慮上述各方面的需求后，確定電站以均衡發(fā)電、適量參與電網(wǎng)調(diào)峰、控制庫(kù)水位下降速度為原則。在枯水期間，盡可能采用單機(jī)運(yùn)行的方式，盡量保持水庫(kù)較高水位，提高水頭利用效率，以最小的耗水率發(fā)出更多的電能。

3.2 水輪發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

在給定負(fù)荷曲線的條件下，要實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，運(yùn)行值班人員應(yīng)保持高度的責(zé)任心，做好以下幾方面的工作：

（1）根據(jù)負(fù)荷曲線，合理確定機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)，及時(shí)開(kāi)停機(jī)，盡量提高機(jī)組負(fù)荷率、減少耗水率。

（2）根據(jù)各臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行特性，優(yōu)化運(yùn)行機(jī)組組合方式，按等微增率原則并考慮機(jī)組的振動(dòng)區(qū)和補(bǔ)氣區(qū)，合理分配各機(jī)組的負(fù)荷并及時(shí)調(diào)整。

（3）做好操作前的準(zhǔn)備工作，縮短機(jī)組并網(wǎng)操作時(shí)間、減少機(jī)組空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，降低機(jī)組空載耗水量。

（4）維持發(fā)電機(jī)電壓及母線電壓在額定范圍運(yùn)行，提高功率因數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)損耗。

（5）關(guān)注主變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，控制其負(fù)荷大小及潮流方向，必要時(shí)請(qǐng)相關(guān)調(diào)度部門(mén)協(xié)助予以調(diào)整，以保證其安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.3 站用設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

隨著季節(jié)的變化和機(jī)組運(yùn)行情況的改變，站用設(shè)備的運(yùn)行方式應(yīng)及時(shí)作出相應(yīng)的變更。

（1）主變壓器退出運(yùn)行時(shí)，其冷卻風(fēng)機(jī)應(yīng)及時(shí)停運(yùn)。

（2）冬季環(huán)境溫度低，機(jī)組及主變壓器的負(fù)荷較低，應(yīng)合理確定主變冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，減少不必要的風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

（3）在滿足空氣調(diào)節(jié)的前提下，通風(fēng)機(jī)斷續(xù)運(yùn)行；合理設(shè)定空調(diào)設(shè)備的溫度控制值，減少空調(diào)頻繁啟動(dòng)及長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。

（4）加強(qiáng)照明和電熱的控制，及時(shí)投切站房?jī)?nèi)外照明；根據(jù)溫度和氣候的變化，合理投入或停用電熱裝置。

（5）嚴(yán)格監(jiān)督機(jī)組檢修用電和其他用電，減少浪費(fèi)。

4 加強(qiáng)電能計(jì)量管理

提高電能計(jì)量管理水平，應(yīng)以確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行和電能計(jì)量的準(zhǔn)確、可靠為前提，在關(guān)口電能計(jì)量裝置的選型、安裝、驗(yàn)收、運(yùn)行維護(hù)等方面實(shí)行全過(guò)程管理，確保企業(yè)利益不受損失。

4.1 加強(qiáng)組織管理、建立專(zhuān)業(yè)協(xié)作機(jī)制

（1）日常統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)母線電量嚴(yán)重不平衡，或站損電量變化較大時(shí)，應(yīng)向?qū)I(yè)技術(shù)人員通報(bào)，請(qǐng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員協(xié)助調(diào)查分析。

（2）設(shè)備運(yùn)行方式發(fā)生改變，諸如設(shè)備停（送）電操作、母線倒換操作、旁路開(kāi)關(guān)代線路開(kāi)關(guān)運(yùn)行等，應(yīng)記錄關(guān)口電能表底碼，并向電量統(tǒng)計(jì)人員通報(bào)，提示電量統(tǒng)計(jì)人員重點(diǎn)注意。

（3）設(shè)備發(fā)生故障后，運(yùn)行值班人員應(yīng)向有關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員和電量統(tǒng)計(jì)人員通報(bào)。

（4）設(shè)備更新改造及新增設(shè)備投入運(yùn)行后，應(yīng)向電量統(tǒng)計(jì)人員通報(bào)。

（5）電量統(tǒng)計(jì)人員應(yīng)主動(dòng)向運(yùn)行專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員了解有關(guān)高壓出線的運(yùn)行情況，特別是設(shè)備停送電和負(fù)荷潮流情況。

4.2 加強(qiáng)計(jì)量技術(shù)監(jiān)督

（1）為保證電能計(jì)量值在任何情況下或規(guī)定時(shí)間內(nèi)不丟失，并且達(dá)到準(zhǔn)確一致，應(yīng)在發(fā)電站發(fā)電機(jī)出口、變壓器各側(cè)出口、線路出口等各主要環(huán)節(jié)安裝符合規(guī)定要求的電能表，以便相互比較、相互映證。

（2）加強(qiáng)計(jì)量基礎(chǔ)建設(shè)，完善計(jì)量檢測(cè)手段。企業(yè)應(yīng)不斷對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)充、更新和維護(hù)，不斷提高檢測(cè)能力和工作效率。

（3）規(guī)范計(jì)量檢測(cè)業(yè)務(wù)，加大考核力度。企業(yè)要依據(jù)《計(jì)量法》、《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》、《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》以及主管部門(mén)頒布的有關(guān)電能計(jì)量技術(shù)規(guī)定、條例，制定本單位的工作標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程，落實(shí)崗位責(zé)任制，完善電能計(jì)量管理工作，建立臺(tái)帳，保證量值傳遞的準(zhǔn)確可靠性和電能計(jì)量裝置的定期檢驗(yàn)，做好計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)和電能表周期輪換工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上可知，水力發(fā)電站中的能量損耗主要體現(xiàn)在發(fā)電耗水率和站損電量?jī)蓚€(gè)方面，它們是水力發(fā)電站的重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。為了達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，我們就要做好節(jié)能降耗的工作，不斷推進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步，加強(qiáng)水力發(fā)電站的運(yùn)行管理，及時(shí)分析解決電能計(jì)量中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，從而最終促進(jìn)水力發(fā)電站社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的效益不斷提升。

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