小浪底水電站廠房照明系統優化分析

韓宏斌 陳 健 王丹陽 金 洋 王帥琦

（黃河水利水電開發總公司運行部，河南濟源459017）

0 引言

在水利樞紐的水工建筑物中，地下廠房照明尤為重要，照明設備質量及其控制方式都對樞紐電站安全生產運行起著至關重要的作用。小浪底水電站位于河南省洛陽市以北30 km黃河中游最后一段峽谷出口處，安裝6臺300 MW的混流式水輪發電機組，電站于2000年投產發電。隨著時間推移，電站地下廠房目前使用照明燈具類型老舊，照明規劃存在諸多弊端，開關控制方式復雜，不便于進行系統化管理，且維護費用高，已不能滿足當今節能環保要求，對小浪底地下廠房照明進行優化勢在必行。

1 前期分析工作

據統計，小浪底水電站地下廠房照明平均負荷為276 kW，每年用于照明的電量約242萬kW·h。幾年來小浪底水電站地下廠房照明電量在整個廠用電中的比例如表1所示。

表1 小浪底水電站照明用電占廠用電比例表

如表1所示，電站廠用電中約19%的電量用于廠房照明，考慮到廠房中照明富余以及在不經常工作地點24 h保持高強度照明對能源的浪費情況，可通過照明優化來減少廠用電量。

2 小浪底地下廠房照明現狀特點及優化思路

2.1 燈具類型、布置及安裝方式

小浪底水電站地下廠房主要由發電機層、母線層、水輪機層、主變室、空壓機室、地下副廠房、高壓電纜層及電纜洞、104廊道及檢修排水泵房、120廊道及滲漏泵房、121廊道、17#交通洞等構成。目前使用的燈具主要包括金屬鹵化物工礦燈、金屬鹵化物雙端石英燈、熒光燈、吸頂燈等。工礦燈主要安裝于發電機層頂部、17#交通洞頂部以及104泵房內頂部；雙端石英燈的應用較為廣泛，主要安裝于母線層頂部、母線洞內頂部、水輪機層頂部、水車室側壁墻洞內等場所；熒光燈從使用數量到使用范圍都是最多的，既安裝于發電機層墻壁柱體內、母線層墻壁、水輪機層墻壁上充當輔助照明，又安裝于各配電室內、電纜夾層頂部、電纜洞頂部做工作照明，還安裝于120廊道、104廊道頂部提供廊道照明；吸頂燈主要用于各樓梯照明。

2.2 照明強度分布

目前小浪底水電站地下廠房內對發電機層、母線層、水輪機層、主變室的照明強度要求較高，均使用高功率金屬鹵化物燈作為主要照明，使用雙管熒光燈作為輔助照明；其他區域照明強度要求較低，一般采用熒光燈照明。廠內所有照明均保持24 h常亮的方式運行。

依據表2將廠房各區域照明負荷電量消耗從高到低依次排列，發現廠房內對日常照明強度要求不高的區域存在著嚴重浪費情況，需重點考慮對這些區域的照明進行優化。

表2 照明系統分布、參數統計表

3 照明燈具優化

3.1 金屬鹵化物燈具優化

金屬鹵化物燈的功率較高，在整個照明系統用電量占比大，同時該燈又是小浪底地下廠房內主要工作照明，是不可輕易切斷的重要負荷。對其改造思路有如下三種：

（1）在滿足各區域照明的前提下切斷部分金屬鹵化物燈。改造部分區域照明接線并增設開關，施工難度中等，一次性投入較少，效益中等。

（2）在白天和夜晚通過開關控制金屬鹵化物燈，來保證工作時段及非工作時段的照明。無需對設備進行改造，無投入，增加運行人員工作量，加快鹵化物燈老化速度，效益中等。

（3）將金屬鹵化物燈改造為LED工礦燈。施工難度大，一次性投入大，需專業團隊設計施工，效益高。

3.2 熒光燈具改造

熒光燈功率較小，多用于非重要負荷及廊道照明，分布范圍較廣，使用數量龐大，存在嚴重的浪費情況，考慮將廠房內熒光燈作為重要改造項目。對其改造思路如下：

（1）在非重要負荷區域通過開關關閉部分熒光燈，只保留應急照明，有工作時，將其打開保證工作照明。無需對設備進行改造，無投入，增加運行人員工作量，效益中等。

（2）改造部分線路及開關，在滿足照明需求的前提下切除各廊道及一些非重要負荷區域熒光燈。改造部分區域照明接線并增設開關，施工難度中等，一次性投入較少，效益中等。

（3）將熒光燈改造為LED節能燈。施工難度大，一次性投入大，需專業團隊設計施工，效益高。

4 照明改造可行性方案

統籌上述照明改造思路，結合小浪底水電站地下廠房實際情況，給出以下兩種可行的改造方案，兩種方案存在遞進關系，后者是在前者的基礎上進行改進。

4.1 方案一：基于電站廠房內現有照明線路及開關的自動化改造

（1）統計全廠開關控制區域，照明強度過剩區域將部分燈具設置為常閉。

（2）摸排全廠照明布線情況，對發電機層、水輪機層、母線層、120廊道、121廊道、104廊道、17C廊道、30#排水洞廊道照明控制回路進行改造，使用雙回路布線，其中一條線為常亮燈供電，不設置控制開關；以一定間隔設置常亮燈，滿足日常照明需求，其余燈具使用另一條線路供電，設置自動控制開關。

由表2可知，方案一執行后，高壓電纜夾層、17#洞等非重要區域內過剩照明將大大減少，照明系統負荷同比目前下降55%，年耗電量將由現在的2 417 760 kW·h降至1 329 768 kW·h，節約用電量約109萬kW·h，按照小浪底水電站0.31元/kW·h上網電價折算，改造后預計廠用電每年可節約34萬元左右。

4.2 方案二：用LED照明燈具代替傳統照明燈具的照明優化方案

將廠房內金屬鹵化物燈和熒光燈改造為LED燈是最為徹底的優化方案。將廠房內現有的燈具替換為與其照度相當的LED燈，將平均照度相似的250 W金鹵燈與80 W LED工礦燈參數進行對比，同時將平均照度相似的36 W熒光燈與12 W日光燈參數相比較，在提供同等照度的情況下LED工礦燈比金鹵燈的功率要小，同時LED工礦燈對電能的利用效率及燈具壽命都比金鹵燈要好；而對于傳統熒光燈，LED日光燈在各個參數上也具有很大優勢，使用LED材質的燈具在節約用電的同時，也可以節約大量的維護費用。

將現有照明燈具替換為相同照明強度的LED燈，結合方案一內容，可以在以下兩種情況下，分別計算出將廠房內燈具改造為對應功率LED燈后的節省電量：

（1）只替換燈具，電站照明負荷總功率總計約為94.5 kW，照明負荷總功率同比目前276 kW降低181.5 kW，即負荷同比目前下降66%；年耗電量約83萬kW·h，全年可節省電量159萬kW·h。

（2）替換燈具并改造控制回路，照明負荷總功率總計為50.6 kW，照明負荷總功率同比目前降低225.4 kW，同比目前下降82%；年消耗電量約44萬kW·h，全年可節省電量198萬kW·h。

5 結語

小浪底水電站照明系統有著巨大的改造空間，改造后的經濟效益也相當可觀。隨著信息化科技的發展，電廠的管理方式必定向著智能化方向邁進。電廠照明作為智能電廠的一部分，無論是照明設備本身還是其控制系統也將具備智能化的功能，并可遠程調節任何區域的照明模式，從而實現智能控制，最大限度節約能源。

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