水電廠廠用電經濟性分析及降低廠用電措施

大唐陜西發電有限公司石泉水力發電廠 姚 磊

利用電廠綜合用電量指標來反映電廠電力消耗的現狀，利用廠用電量的合理性對電廠用電指標進行分析，可對電廠的用電量進行合理的分析，并進一步優化電廠用電空間，合理使用電力指標，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設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中。在這些負荷中廠內用電負荷主要包括自用負荷、公用負荷和附屬負荷。線損則與電壓等級和傳輸距離有關。

自用負荷。一般指主輔設備和主變壓器的用電負荷，包括廠內排水泵、調速系統油壓設備、勵磁系統風機、主變壓器冷卻風扇及循環油泵、消防泵等主要設備的用電；公用負荷。通常指水電廠公共和機械設備系統的運行情況、直流電源和通訊網絡、廠房橋機和尾水閘門啟閉機用電，以及整個裝置的照明、通風和空調、消防和其他裝置的電力等[2]；附屬負荷。主要包括進水口等部位水工機械設備用電、壩區和道路照明、廠內為生產服務的生活用電等。

1 水電站廠用電系統的經濟性分析

1.1 水電站廠用電系統的經濟性現狀

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

低發電和低耗電率。在廠用電電源系統中，由于廠用電電源消耗是效率的最好體現，降低全廠用電是提高全廠供電效率的最好方法。電能消耗率是發電站的用電量，因此提高發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定，大部分中小水電站的發電量都是由當年的降雨來支撐的，因此在旱季發電量明顯減少，廠用電率顯著提高。

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

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

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

1.2 廠用電經濟性改造方法

提高發電量。提高水力發電廠發電系統的發電量、減少電力消耗量，是保證電力系統經濟運行的最好方法，在很長一段時間內電廠都處在“滿發”狀態，以增加發電能力。在低水頭運行中要盡量減少運行的機組數目，盡量增加發電量、降低電廠電力系統的能耗。同時，為了保證水電廠、廠用電的高可靠性，必須在電廠調度中心應用先進的衛星云圖系統來進行水庫的調度。

輔助設備的改造。為降低能源消耗，一方面對現有的溫度、濕度控制系統進行了改進，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、排氣扇等附屬裝置的使用量，從而降低副裝置的功耗。同時在空調系統中，要采用高智能的空調系統對室內的溫度、濕度進行控制。這樣如內部溫度和濕度符合標準制冷設備就可自動停止，以減少系統長期運行造成的能量損失。

加強設備改造。為降低能耗，水力發電廠的檢修人員要做好各類電機設備的維護、保養、改造，并按實際操作條件選用相應的電機型號，以保證機組的高效率運轉。另外要經常檢查和保養設備，淘汰舊電機。總之，對電機進行改造可有效地提高電廠用電系統的效率，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：不同環境、不同規模、不同類型的水電站廠用電，與主、輔設備數量、性能設計程度密切相關，輔助設備、裝置多，廠用電高；廠用電一般情況下用電強度高；電廠自身和公共負荷的用電情況是與電廠自身設計密切相關的。發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，都會對發電廠的額外耗電量產生重大影響，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，包括設備設施的配置、發電機的起動與停機、運行頻率、電廠電力的合理管理等。影響因素包括主變壓器損失、電廠電動機的耗電量及員工對經濟耗電量的認識不足。輔助功率消耗可通過優化設備操作、技術改造和充分控制功耗來降低。

2.3 用電設備的優化運行

減少運行設備通風、散熱系統的耗電量。通風、散熱系統一般在夏季高溫時段以及機組長期連續運行時投入運行，以確保發電機各部的溫升滿足要求，因此通風、散熱設備、設施的運行時間可根據環境溫度合理安排，以減少運行時間。同時在機組檢修期間，還應對通風、散熱設備、設施及時進行檢查清理，疏通管道和散熱器以保證散熱效果；選用節能型變壓器。通過選擇變壓器，可有效地減少負荷損失和負荷損失。同時降低了備用變壓器的無負荷工作時間，也將節省能源和減低消耗。

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

2.4 輔助設備的技術改造

在確保安全的條件下安裝變頻器，電動機設備應在不同工況下從工頻切換到變頻器模式，以節省能源；機組冷卻系統考慮在各配電柜密集區域加裝自動空調，加強空氣循環，改善散熱效果。對于消防水系統可直接由壩前取水供給，有效減少消防泵啟停次數，節約能源。

2.5 廠內照明、電能計量的合理管理

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

2.6 減少廠用變壓器用電量

電力負荷以電動機、直流系統、自動控制、照明系統等各類風機、油泵、水泵等機械輔助設備為主，以保證水電站正常運行。減少廠用變壓器耗電的主要措施有：選用高效電氣設備，提高電機的傳動效率，可有效地減少功率消耗；對電廠電網進行改造，主要是對電廠電網進行優化改造，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；強化節能管理，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行，又可使生產場地保持干凈，又可減少電機的啟動和停機，從而達到節約能源的目的。

2.7 減少勵磁系統用電量

發電機勵磁系統的功能是產生一個正常的磁場，通過改變勵磁幅度來調整發電機的無功，從而使其參與電網的電壓控制。在電力系統，一般都是采用自并勵的方法，由發電機的勵源供電，經過整流變壓器的引導，再由可控硅輸入到轉子中，從而產生一個磁場。在發電機工作過程中，無功是主要的消耗因素。

隨著電網用戶對電力品質的不斷提高，電網有功調節的頻率也在不斷提高，電廠降低勵磁系統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壓器替代勵磁調節器。在保證電網電壓調整和機組安全、穩定運行的條件下，強化運營管理，提高牽引系統性能因數，降低牽引系統功耗，降低功耗，使其一直保持在發電量的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。空載損耗也就是鐵損，它是由磁滯效應和渦流造成的，不會隨著負荷電流的改變而改變，是一種常數損耗。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生熱量和損耗。變壓器的銅損耗與負荷電流及線圈電阻有關。因此變壓器的效率是由負荷率決定的，當負荷小于50%時其鐵損耗會比較大，效率也會降低；當負載超過額定容量的70%時銅損占比增大，效率降低。因此，變壓器的經濟運行區間應在額定容量的50%～70%之間。

3 保證水電廠用電的安全性措施

建立有效的事故應急體制。國內水電站一般都建在高水頭、遠離經濟開發區、自然環境惡劣、外部環境脆弱的地區，如果沒有完善有效的應急機制，一旦發生突發事件水電站的正常運行就與電站電網密不可分，因此在電站要對電網進行一次全面的研究，并總結出有效的應急機制。

進一步完善水電廠主要設備的保護裝置。電力設備是電廠安全運行的基礎，其運行的好壞將直接關系到整個電廠的安全運行。為實現以上的保護目的，一般都是通過繼電保護來使整個電網停機或對其進行保護。同時電廠還存在著電力系統參數監測不到位的問題。如，在水電站的運行中對溫度、水位等進行監控，存在著很大的局限性。如果操作參數發生變化，會對設備的安全造成很大的影響。為了提高監測資料的敏感性，必須采用現代化的程序設計技術，及時有效地反映各參數的變化，以確保電站的正常運行。

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

綜上，為了節能降耗，應充分調動運行人員的積極性和主動性，采取措施節約輔助能源，優化電廠運行，利用技術改造，節能降耗，合理使用和管理輔助能源，達到確保發電廠安全生產、提高發電效率、最終提高發電廠效率的目標。