某大型水電站廠用電率影響因素分析及控制措施

陳才龍，葉俊帆，鮑友洪

（白鶴灘水力發(fā)電廠，四川 寧南 615400）

目前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，極大的促進(jìn)了電力企業(yè)的發(fā)展，一批水電站的不斷投產(chǎn)發(fā)電，滿足了人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的電力需求。但在貫徹落實(shí)新發(fā)展理念的背景下，水電企業(yè)需要進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率，持續(xù)推進(jìn)電力綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展，確保行業(yè)的可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而降低廠用電率，推進(jìn)節(jié)能降耗，則是行之有效的方案。

某大型水電站共安裝16 臺(tái)單機(jī)容量1 000 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，同時(shí)安裝有500 kV GIS 開關(guān)站、500 kV 線路、泄洪設(shè)施、發(fā)電機(jī)組輔助設(shè)備、廠房排水系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)備，因用電負(fù)荷龐大且分散，電站廠用電系統(tǒng)采用10 kV、0.4 kV 兩級(jí)供電，所耗廠用電量大，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中存在部分時(shí)間段內(nèi)廠用電率接近電廠安全生產(chǎn)目標(biāo)指標(biāo)0.2%的要求，因此很有必要對(duì)該電站廠用電率運(yùn)行情況進(jìn)行深入分析并提出控制措施，確保電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[2]。

1 廠用電配置情況

1.1 廠用電接線方式

該水電站屬于地下式電站，左、右岸分別布置廠房，廠內(nèi)供電負(fù)荷大，用電設(shè)備較多且布置分散，故廠用電系統(tǒng)采用了10 kV 和0.4 kV 兩個(gè)電壓等級(jí)供電，10 kV 電壓等級(jí)將電源引至負(fù)荷中心供電，0.4 kV用電負(fù)荷按分類且就近供電的原則進(jìn)行供電。左、右岸10 kV 系統(tǒng)分別有廠內(nèi)、廠外兩個(gè)供電系統(tǒng)，左、右岸廠內(nèi)10 kV 供電系統(tǒng)分別布置有2 個(gè)供電點(diǎn)（每個(gè)供電點(diǎn)3 條10 kV 母線），左、右岸廠外10 kV 布置1 個(gè)供電點(diǎn)（包3 條10 kV 母線），廠內(nèi)10 kV 母線的主供電源取自主變低壓側(cè)的廠用變壓器低壓側(cè)，廠外10 kV 母線的主供電源為廠內(nèi)10 kV 母線。0.4 kV供電點(diǎn)包括16 臺(tái)機(jī)組自用電、公用供電點(diǎn)、照明供電點(diǎn)、檢修供電點(diǎn)、泄洪排水等設(shè)施供電點(diǎn)等49 個(gè)供電點(diǎn)，其電源按就近原則分別從10 kV 母線取電。

1.2 廠用電供電負(fù)荷類型

根據(jù)該水電站廠用電負(fù)荷類型，主要供電負(fù)荷有16 臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組自用電，廠房照明、公用、檢修用電，排水系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)、泄洪設(shè)施用電，因泄洪設(shè)施在電站投產(chǎn)以來(lái)僅短暫使用，故電站廠用電供電主要負(fù)荷為機(jī)組自用電、排水系統(tǒng)及其他用電負(fù)荷（公用用電、照明用電、檢修用電、通風(fēng)空調(diào)用電等），其設(shè)計(jì)負(fù)荷容量統(tǒng)計(jì)見表1～表3。

表1 機(jī)組自用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

表2 排水系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

表3 其他用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

2 廠用電率情況統(tǒng)計(jì)

該電站機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)（截至2023 年5 月），廠用電率共4 次超過(guò)考核指標(biāo)限值，分別為2022 年5月（0.237 7%）、2022 年11 月（0.236 9%）、2023 年4 月（0.300 5%）、2023 年5 月（0.275 6%），投產(chǎn)以來(lái)（截至2023 年5 月）廠用電情況見表4，各月廠用電量、廠用電率趨勢(shì)及左右岸廠用電對(duì)比情況如圖1、圖2 所示。

圖1 電站機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)各月廠用電量趨勢(shì)

圖2 電站機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)各月廠用電率趨勢(shì)

表4 電站機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)廠用電情況 單位：萬(wàn)kW·h

通過(guò)圖1 可得知，電站機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)各月廠用電量與投產(chǎn)機(jī)組臺(tái)數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)性，自2022 年12月16 臺(tái)機(jī)組全面投產(chǎn)以后，月廠用電量均值約為710 萬(wàn)kW·h；通過(guò)圖2 得知，機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)各月廠用電率與發(fā)電量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，廠用電率較高月份發(fā)電量均較低，今年4 月以來(lái)由于發(fā)電量較少，出現(xiàn)了廠用電率突增的情況；通過(guò)圖3 可以進(jìn)一步看出各月廠用電率與發(fā)電量的負(fù)相關(guān)性，左、右岸發(fā)電量相差不大月份（如2023 年1 月），左岸電站廠用電率通常高于右岸電站。

圖3 電站機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)左、右岸廠用電率對(duì)比

3 廠用電率影響因素分析

從上文統(tǒng)計(jì)可知，該電站2023 年4 月廠用電率突增，對(duì)分析廠用電率比較有代表性，故以該月份為例，通過(guò)統(tǒng)計(jì)出機(jī)組運(yùn)行及備用時(shí)長(zhǎng)、機(jī)組自用電負(fù)荷電流，計(jì)算出機(jī)組自用電耗電量，對(duì)比機(jī)組自用電耗電量及除自用電外的其他負(fù)荷耗電量，從而分析廠用電率增加與機(jī)組自用電耗電量及除自用電外其他負(fù)荷電量（排水系統(tǒng)、公用供電、照明用電、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等）是否存在關(guān)系。

3.1 電站廠用電情況

該電站2023 年4 月發(fā)電量、廠用電量及廠用電率計(jì)算統(tǒng)計(jì)見表5。

表5 電站2023 年4 月廠用電情況

3.2 電站機(jī)組運(yùn)行及備用時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)

2023 年4 月，剔除該電站02F、04F、10F、11F 機(jī)組檢修時(shí)長(zhǎng)，各機(jī)組運(yùn)行及備用時(shí)長(zhǎng)見圖4。

圖4 電站2023 年4 月機(jī)組運(yùn)行及備用時(shí)長(zhǎng)

3.3 電站機(jī)組自用電負(fù)荷電流統(tǒng)計(jì)

選取2023 年4 月某一時(shí)段，該電站左岸8 臺(tái)機(jī)組中，03F、05F、06F、07F、08F 機(jī)組運(yùn)行（機(jī)組技術(shù)供水正常運(yùn)行向機(jī)組各部軸承冷卻系統(tǒng)及主軸密封供水），01F、02F、04F 機(jī)組備用（機(jī)組技術(shù)供水保持運(yùn)行向主軸密封系統(tǒng)供水），其中04F 機(jī)組啟動(dòng)主變技術(shù)供水空載泵為主變冷卻器供水（機(jī)組備用時(shí)主變冷卻器可通過(guò)主變技術(shù)供水有載泵或空載泵為主變冷卻器供水），右岸09F、11F 機(jī)組運(yùn)行，其余機(jī)組備用。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，左岸電廠機(jī)組運(yùn)行時(shí)機(jī)組自用電負(fù)荷電流約為900 A，機(jī)組備用并啟動(dòng)主變技術(shù)供水有載泵機(jī)組自用電負(fù)荷電流約為680 A，機(jī)組備用但啟動(dòng)主變技術(shù)供水空載泵機(jī)組自用電負(fù)荷電流約為600 A。右岸電廠機(jī)組運(yùn)行時(shí)機(jī)組自用電負(fù)荷電流約為700 A，機(jī)組備用時(shí)機(jī)組自用電負(fù)荷電流約為580 A（通過(guò)選取其他時(shí)段對(duì)比，左、右岸機(jī)組自用電負(fù)荷電流與上述情況一致）。各機(jī)組運(yùn)行備用時(shí)負(fù)荷電流見圖5。

圖5 電站機(jī)組自用電負(fù)荷電流統(tǒng)計(jì)

3.4 電站機(jī)組自用電量計(jì)算

取左岸電廠機(jī)組運(yùn)行時(shí)機(jī)組自用電負(fù)荷電流900 A，機(jī)組備用負(fù)荷電流約為680 A，功率因數(shù)取0.95，電壓為0.4 kV，01F 機(jī)組2023 年4 月運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)94 h，備用時(shí)長(zhǎng)626 h，可估算01F 機(jī)組自用電電量：

同理估算其他機(jī)組自用電電量并求得2023年4 月自用電總電量：451.2 萬(wàn)kW·h；故2023 年4 月廠用電量中除機(jī)組自用電量外其他負(fù)荷電量：712-451.2=260.8 萬(wàn)kW·h。其2023 年4 月廠用電量占比情況如圖6 所示。

圖6 電站2023 年4 月廠用電占比統(tǒng)計(jì)

由圖6 可以得知，廠用電耗電量中，機(jī)組自用電耗電量占比高達(dá)63%，其他負(fù)荷（包括排水系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、公用用電、照明用電等）占比37%。根據(jù)表1 中機(jī)組自用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)可知，機(jī)組自用電中機(jī)組技術(shù)供水泵及主變技術(shù)供水有載泵為主要耗電負(fù)荷（機(jī)組運(yùn)行及備用情況下，調(diào)速器大泵極少時(shí)間運(yùn)行，可不考慮調(diào)速器大泵的耗電量）。

3.5 電站機(jī)組自用電外其他負(fù)荷廠用電量計(jì)算

電站2023 年1 月至5 月，公用供電、冷水機(jī)組及通風(fēng)空調(diào)耗電量有所增加，其中，公用電最多增加約30 萬(wàn)kW·h 電量，冷水機(jī)組及空調(diào)系統(tǒng)最多增加約56 kW·h 電量，原因?yàn)樘鞖廪D(zhuǎn)暖，廠內(nèi)通風(fēng)空調(diào)負(fù)荷加大（廠房部分通風(fēng)空調(diào)取電于公用供電系統(tǒng)）；其余供電負(fù)荷中，排水系統(tǒng)、照明用電、檢修用電等耗電量趨于平穩(wěn)，且為常規(guī)固定用電負(fù)荷，對(duì)電站廠用電系統(tǒng)月度耗電量變化無(wú)明顯影響。除機(jī)組自用電電量外其他負(fù)荷電量見表6 所示。

表6 2023 年1 月至5 月除機(jī)組自用電外其他負(fù)荷用電量 單位：萬(wàn)kW·h

4 廠用電率控制措施

由上文分析可知，廠用電率與發(fā)電量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，發(fā)電量較少月份的廠用電率均較高，發(fā)電量較多月份的廠用電率均能滿足要求；同時(shí)廠用電主要耗電負(fù)荷為機(jī)組自用電負(fù)荷（耗電占比超過(guò)60%），而機(jī)組自用電主要大功率負(fù)荷為機(jī)組技術(shù)供水泵及主變技術(shù)供水有載泵。另外因隨天氣轉(zhuǎn)暖，地下廠房通風(fēng)空調(diào)運(yùn)行時(shí)耗電量不斷增加，廠用電率升高與此關(guān)聯(lián)也較密切。通過(guò)上述分析，采取下列措施可有效降低該電站廠用電率[3]。

4.1 提高機(jī)組利用效率

合理安排設(shè)備檢修計(jì)劃及設(shè)備消缺，確保機(jī)組電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行， 嚴(yán)格執(zhí)行發(fā)電計(jì)劃，確保按計(jì)劃完成年度發(fā)電量。

4.2 合理安排運(yùn)行方式

合理安排運(yùn)行方式，盡快優(yōu)化機(jī)組主軸密封及主變冷卻系統(tǒng)供水方式，確保機(jī)組備用狀態(tài)下機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)無(wú)需運(yùn)行，主變壓器空載運(yùn)行時(shí)使用主變技術(shù)供水空載泵供水，同時(shí)因機(jī)組輔助設(shè)備均為冗余配置，合理調(diào)整輔助設(shè)備運(yùn)行方式，保證機(jī)組安全運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式優(yōu)化，有效降低機(jī)組自用電量，從而降低廠用電率[4，5]。

4.3 提高電站廠用電負(fù)荷設(shè)備工藝水平

根據(jù)電站廠用電負(fù)荷實(shí)際運(yùn)行情況，逐漸淘汰損耗大的用電設(shè)備，更新迭代為運(yùn)行性能好、損耗小的設(shè)備，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

4.4 實(shí)現(xiàn)電站廠用負(fù)荷動(dòng)態(tài)控制

加強(qiáng)電站智能建設(shè)，對(duì)電站設(shè)備運(yùn)行情況動(dòng)態(tài)監(jiān)控及自動(dòng)控制，保證各類設(shè)備在保證最佳運(yùn)行狀態(tài)及最合理運(yùn)行方式，動(dòng)態(tài)控制廠房溫度在合理范圍以減少通風(fēng)空調(diào)耗能。

5 結(jié)語(yǔ)

降低廠用電率是提升電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的一項(xiàng)有效措施，想從根本上降低廠用電率，就要采取各種措施減少資源浪費(fèi)，不同電站應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行方式，強(qiáng)化技術(shù)管理，以科技創(chuàng)新為著力點(diǎn)，不斷地挖掘潛力，謀求企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。本文分析了某水電站廠用電率的影響因素并提出控制措施，可為水電站廠用電率影響因素分析及控制廠用電率提供了一些思路及方法。