馬馬崖一級水電站的廠用能耗評估

陳丹燕

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽550081）

1 工程概況

馬馬崖一級水電站為北盤江干流規(guī)劃梯級的第二級，其上游45 km 為已經(jīng)建成的光照水電站，下游依次為規(guī)劃的馬馬崖二級水電站和已經(jīng)建成的董箐水電站。電站距貴陽市201 km，縣級公路左岸至關嶺縣花江鎮(zhèn)，右岸到興仁縣新馬場鄉(xiāng)，交通較為便利。樞紐建筑物由碾壓混凝土重力壩、壩身溢流表孔、左岸引水系統(tǒng)、左岸地下廠房和尾水系統(tǒng)組成。本工程屬二等大（2）型工程，水庫正常蓄水位585 m，最大壩高109 m，總裝機容量558 MW，多年平均發(fā)電量為15.61 億kW·h，水庫總庫容1.695 億m3，正常蓄水位以下庫容1.365 億m3，調(diào)節(jié)庫容0.307 億m3，具有日調(diào)節(jié)性能。

電站裝機容量為（3×180+1×18）MW，以220 kV一級電壓接入系統(tǒng)，本期出2 回至白蠟220 kV 變電所，為保證電站電力可靠送出，同時預留1 回白蠟變～金州500 kV 變電站第2 回220 kV 線路。發(fā)電機電壓側采用單元接線，220 kV 出線側采用雙母線接線。開發(fā)任務是以發(fā)電為主，航運次之。

2 廠用電供電方式

電站廠用電采用公用電與自用電混合的供電方式，采用10 kV、0.4 kV 兩級電壓供電。全廠共設置3 組容量為3×1 000 kVA 的高壓廠用變、3 臺容量為2 000 kVA 法人公自用變壓器、2 臺有載調(diào)壓、容量為200 kVA 的照明變和2 臺容量為800 kVA 的壩區(qū)變壓器。

高壓廠用變壓器電源分別從3 臺大機組機端母線上各引接1 回，并且從施工變電所引來1 回10 kV 外來電源作為備用電源，組成了4 段母線，母線間均設有母聯(lián)開關，設置有備自投裝置。公自用0.4 kV 廠用電系統(tǒng)、照明供電系統(tǒng)和壩區(qū)0.4 kV 配電系統(tǒng)均采用單母線分段接線，兩段母線之間設置備自投裝置。在壩區(qū)設置1 臺800 kW 柴油發(fā)電機組作為大壩保安及黑啟動備用電源。從小機組機端母線上引接1 臺廠用變壓器至10.5 kV 母線，作為全廠廠用電備用電源。2 臺照明變電源、3 臺廠內(nèi)公/自用電及中控樓廠用電變壓器電源、壩區(qū)用電電源均從10 kV 不同段母線引接，母線之間設有母聯(lián)開關。電站廠用電接線圖如圖1 所示。

3 工程節(jié)能設計的主要原則

3.1 水力機械

（1）水輪機：選擇合理機型和單機容量、較優(yōu)的效率指標、合理的結構型式和優(yōu)質(zhì)材料。

圖1 廠用電接線圖

（2）主廠房橋式起重機：結合廠房布置、機組臺數(shù)及吊運方式綜合確定，選擇能耗小、機動性高的方案。

（3）技術供水系統(tǒng)：確定合理的技術供水方案；合適時采用自流、自流減壓或頂蓋取水等供水方案；對高水頭或多泥沙河流的機組，可采用密閉循環(huán)水冷卻方式。

（4）低壓空壓機：符合《容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》GB 19153-2009 的有關規(guī)定。

（5）濾水器：過濾精度的選擇應綜合考慮節(jié)能要求，根據(jù)電站試運行結果，正確選擇濾水器的排污方式。

（6）清水離心泵：應符合現(xiàn)行國家標準《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評價值》GB 19762-2007 的有關規(guī)定。

3.2 電氣

（1）電氣主接線：根據(jù)綜合條件經(jīng)過技術經(jīng)濟分析，選擇合理的方案。

（2）主要電氣設備選型：

1）發(fā)電機：選擇合理的技術參數(shù)、結構型式及優(yōu)質(zhì)材料。

2）主變壓器：選擇合適的技術參數(shù)、低損耗的產(chǎn)品。

3）廠用電系統(tǒng)：選擇合理的變壓器容量及低損耗產(chǎn)品。

4）電動機：采用節(jié)能型電機，選擇適當?shù)膯臃绞健?/p>

5）控制系統(tǒng)：選用計算機、PLC 等弱電控制設備，選擇低能耗設備。

6）設備布置：優(yōu)化設備布置，降低各種損耗。

（3）照明：選用高效照明燈具；光效高、光色好、啟動性好、壽命長的光源、并結合實際情況采用智能照明控制系統(tǒng)。

3.3 金屬結構

（1）閘門及啟閉設備：結合樞紐布置，選擇技術經(jīng)濟優(yōu)的型式。選擇合理的支撐型式及啟閉速度。

（2）泄洪系統(tǒng)：可以適當錯時啟動、采用軟啟動或變頻啟動。

（3）航運過壩系統(tǒng)：可采取加平衡重等方式降低啟閉設備容量。

3.4 采暖通風

（1）設備及管路選擇：根據(jù)國家節(jié)能標準選擇最優(yōu)的設備。

（2）地面廠房的通風設計：優(yōu)先采用自然通風，考慮多種方案設計結合。

（3）設備及系統(tǒng)需采用節(jié)能技術高的設備及材料。

3.5 給排水

設計時首先需滿足國家相關標準，選擇合理的供水系統(tǒng)，采用節(jié)能節(jié)水措施；水質(zhì)需保證，選擇自用水較少的處理設備等。

4 用電設備能耗理論計算統(tǒng)計

4.1 用電設備能耗范圍

根據(jù)各專業(yè)提資，電站運行期用電設備能耗范圍如下：

（1）水輪發(fā)電機組在運行過程中技術供水系統(tǒng)所消耗的水能。

（2）生產(chǎn)輔助設備中濾水器、電動蝶閥、濾油機、空壓機、滲漏檢修排水泵、潛污泵、主變油冷卻器、橋機等油、氣、水系統(tǒng)及機械輔助設備的電能損耗。

（3）主變壓器、離相封閉母線、公自用變壓器、壩區(qū)變壓器、照明變壓器、220 VGIS、220 kV 出線設備等電能輸送設備的電能損耗。

（4）控制保護及通信系統(tǒng)中勵磁變壓器、勵磁功率柜風機等設備的電能損耗。

（5）通風空調(diào)系統(tǒng)中VRV 空調(diào)室外機、離心風機、軸流風機、主廠房排煙風機、防爆空調(diào)器等設備的電能損耗。

（6）泄洪、放空、進水口及尾水建筑物金屬結構設備如溢流壩弧門液壓機、溢流壩壩頂門機、底孔液壓機、底孔固定卷揚機、進水口清污門機、進水口雙向門機、尾水固定卷揚機、生態(tài)小機尾水固定卷揚機等設備的電能損耗。

（7）電站生活、消防供排水系統(tǒng)中取水、加壓泵、加藥裝置、回轉式鼓風機、潛水排污泵、給水系統(tǒng)設備、排水系統(tǒng)設備的電能損耗。

（8）營地公共建筑及生活配套設施中變壓器、照明設施、空調(diào)、飲水機、電腦、電廚具、熱水器、一體化地埋式生活污水處理等設備的電能損耗。

4.2 用電設備能耗計算值

電站運行期廠用電能耗主要為主變及生產(chǎn)輔助設備和附屬設備的電能消耗，用電設備包括：機組輔助系統(tǒng)的油、氣、水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)，主變及電氣設備，生活給排水，照明，通風空調(diào)以及電站其它用電設備，如控制保護與通信設備、金屬結構設備、建筑及公用附屬設施等。

4.2.1 水力機械輔助設備

電廠運行期輔助機械主要為用電設備：包括技術供排水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、油系統(tǒng)、廠內(nèi)起重機等。設備總功率為1 280 kW。設備運行年能耗電量為69.4 萬kW·h。

4.2.2 電氣設備

電氣設備主要能耗為照明用電及電氣設備發(fā)熱、電磁損耗。電氣設備發(fā)熱、電磁損耗又主要集中在控制盤柜及主變、廠用變、母線等設備，設備總功率為2 498 kW，設備運行年能耗電量1 271.12萬kW·h。

控制保護及通信主要耗電設備為機組勵磁系統(tǒng)，設備總功率為102 kW，設備運行年能耗電量30.43 萬kW·h。

主變壓器、母線及其它電氣設備運行年能耗電量1 301.5 萬kW·h。

4.2.3 金屬結構

金屬結構主要用能設備為閘門的啟閉設備：包括門機、液壓啟閉機和清污機。消耗的能源為電能，設備總功率為1 990 kW，因年使用小時數(shù)較少，設備能耗較小。設備運行年能耗電量2.1 萬kW·h。

4.2.4 通風空調(diào)設備

通風空調(diào)主要耗能設備有離心風機、低噪聲軸流風機、防爆軸流風機、多聯(lián)變頻空調(diào)機、移動式除濕機等，均消耗電能。設備總功率為581.21 kW，通風空調(diào)系統(tǒng)全年運行耗電量約為151.78 萬kW·h。

4.2.5 各用電設備投運前總能耗

綜合考慮主變壓器、主母線、水力機械輔助設備、電氣設備、通風空調(diào)設備、金屬結構設備等，全年各類設備總運行能耗約為1 524.8 萬kW·h。

5 運行期用電設備實際能耗統(tǒng)計

根據(jù)電站2016～2019 全年完成發(fā)電量、上網(wǎng)電量、綜合電量、綜合電率、廠用電率等實際運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，本電站自投運以來平均年發(fā)電量為132 730萬kW·h，平均上網(wǎng)電量為131 520 萬kW·h，平均綜合能耗為1 210 萬kW·h。

6 結語

馬馬崖一級水電站建成投運前總能耗理論計算值約為1 524.8 萬kW·h，投運后年平均能耗約為1 210 萬kW·h，電站由于采用了最新系列非晶合金干式變壓器、LED 照明裝置，節(jié)能效果非常顯著。本工程在設備采購時選用了高效節(jié)能的設備，具體情況為：

（1）主變壓器投運前計算能耗為1 102 萬kW·h，投運后主變壓器實際能耗為946 萬kW·h，年能耗可減少156 萬kW·h。

（2）采用環(huán)氧澆注非晶合金干式變壓器代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅鋼干式變壓器，年損耗可減少31 萬kW·h，該系統(tǒng)損耗降低約59%。

（3）采用LED 照明裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源照明裝置，年能耗可減少66 萬kW·h，可降低該系統(tǒng)能耗約44%。

主變壓器、干式變壓器、照明等主要電氣設備及裝置由于采用高效節(jié)能設備總能耗減少了253萬kW·h。建成投運前能耗較投運后總能耗相差314.8 萬kW·h，水力機械、金屬結構、通風空調(diào)等設備總能耗減少了61.8 萬kW·h，不計主要電氣設備的情況下，由于所用設備的工藝及安裝工藝的差異，投運后的實際能耗較建成投運前總能耗降低約為5%。計算能耗與實際能耗相當。經(jīng)評估，本工程廠用電能耗設計合理，符合國家節(jié)能設計規(guī)范要求。