小浪底反調(diào)節(jié)電站電氣改造技術(shù)及效益分析

劉煥虎，田武慧，王國(guó)清，劉 耀

（1、河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京，210098；2、水利部小浪底水利樞紐管理中心，河南鄭州，450000）

1 主要問(wèn)題

小浪底反調(diào)節(jié)電站又稱(chēng)西霞院電站，是黃河小浪底水利樞紐的配套工程，位于小浪底壩址下游16公里處的黃河干流上，距離洛陽(yáng)市25公里。存在的主要問(wèn)題如下：

（1）機(jī)組可用小時(shí)數(shù)降低?？捎眯r(shí)數(shù)即機(jī)組處于健康狀態(tài)可以正常使用的小時(shí)數(shù)，計(jì)算方法為：全年時(shí)間減去計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間和非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間。小浪底反調(diào)節(jié)電站4臺(tái)機(jī)組自2008年開(kāi)始投運(yùn)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)2009、2010年兩年每臺(tái)機(jī)組年可用小時(shí)數(shù)分別為8328小時(shí)、8360小時(shí)。2011年，7#機(jī)組年可用小時(shí)數(shù)為7988小時(shí)，與前兩年平均年可用小時(shí)數(shù)相比下降了356小時(shí)。

（2）存在安全隱患。小浪底反調(diào)節(jié)電站7#、8#機(jī)公用一條機(jī)壓母線(xiàn)，機(jī)壓設(shè)備小母線(xiàn)沒(méi)有獨(dú)立開(kāi)來(lái)，7#機(jī)、8#機(jī)和公用設(shè)備檢修時(shí)，易觸及相鄰帶電部分，造成了一定的安全隱患。

（3）影響水庫(kù)調(diào)度。小浪底水庫(kù)與小浪底反調(diào)節(jié)水庫(kù)目前采用的是兩庫(kù)聯(lián)合聯(lián)合調(diào)度的方式。小浪底電站是河南省最大的調(diào)峰電站，由于機(jī)組出力調(diào)整頻繁，下泄流量差別較大，小浪底反調(diào)節(jié)水庫(kù)是日調(diào)節(jié)水庫(kù)，總庫(kù)容為1.62億m3，機(jī)組可用小時(shí)數(shù)的減少，使得開(kāi)機(jī)方式單一，小浪底水庫(kù)大大流量下泄時(shí)反調(diào)節(jié)水庫(kù)可能會(huì)造成棄水。

2 改造方案的設(shè)計(jì)實(shí)施

2.1 機(jī)制分析

為了充分利用寶貴的黃河水資源，在滿(mǎn)足社會(huì)效益的前提下努力提高經(jīng)濟(jì)效益，迫切需要找出7#機(jī)年可用小時(shí)數(shù)降低的原因。針對(duì)西霞院7#機(jī)組年可用小時(shí)數(shù)不高的狀況，對(duì)比其他機(jī)組全年的運(yùn)行維護(hù)情況，在對(duì)8#機(jī)組檢修記錄和安全措施進(jìn)行核查后，發(fā)現(xiàn)7#機(jī)組停機(jī)是因?yàn)?#機(jī)組正進(jìn)行為期75天的計(jì)劃性A級(jí)檢修，影響了7#機(jī)可開(kāi)機(jī)的時(shí)間。其根本原因是7#、8#機(jī)組柜頂小母線(xiàn)接線(xiàn)存在問(wèn)題，7#/8#機(jī)柜頂小母線(xiàn)原接線(xiàn)。

小浪底反調(diào)節(jié)電站7#、8#機(jī)公用一條10KV母線(xiàn)，機(jī)壓設(shè)備室在同一間廠(chǎng)房，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)因?yàn)橐淮胃邏涸O(shè)備布置在一起，二次設(shè)備柜頂小母線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)有些不合理的地方。機(jī)壓設(shè)備柜頂小母線(xiàn)的主要供電負(fù)荷有供繼電器，儀表、信號(hào)指示、操作開(kāi)關(guān)等元器，負(fù)荷總量相對(duì)較小。

2.2 改造技術(shù)方案

由上述機(jī)制原因分析可知，需對(duì)7#、8#機(jī)組柜頂接線(xiàn)方式進(jìn)行改造，解決小母線(xiàn)冗余電源不獨(dú)立的問(wèn)題。改造中主要是通過(guò)拆除相互影響多余的電氣連接，實(shí)現(xiàn)電源接入點(diǎn)的獨(dú)立。（1）斷開(kāi)公用設(shè)備廠(chǎng)用1回路與廠(chǎng)用2回路的電氣連接，斷開(kāi)公用設(shè)備廠(chǎng)用2回路與1#主變低壓側(cè)PT柜之間的電氣連接，斷開(kāi)了1#主變低壓側(cè)PT柜與8#機(jī)機(jī)壓設(shè)備柜之間的連接。

（2）將公用設(shè)備廠(chǎng)用1回路VCB柜的3個(gè)開(kāi)關(guān)DK1、DK2、DK3三個(gè)空氣開(kāi)關(guān)通過(guò)新增加的電纜從廠(chǎng)用400V配電室和繼保室直流盤(pán)單獨(dú)接入電源。在公用設(shè)備廠(chǎng)用2回路VCB柜增加DK4、DK5、DK6三個(gè)空氣開(kāi)關(guān)通過(guò)電纜從廠(chǎng)用400V配電室和繼保室直流盤(pán)單獨(dú)接入電源。在1#主變低壓側(cè)PT柜增加兩個(gè)空氣開(kāi)關(guān)DK7、DK8通過(guò)新加電纜從廠(chǎng)用400V配電室和繼保室直流盤(pán)單獨(dú)接入電源。樣機(jī)拆除了壓設(shè)備室柜頂小母線(xiàn)之間的多余電氣連接，相互之間的電源也相互獨(dú)立。

2.3 組織實(shí)施

（1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備清查統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過(guò)仔細(xì)查圖和現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)設(shè)備，編制設(shè)備參數(shù)清單，統(tǒng)計(jì)出柜頂小母線(xiàn)負(fù)荷設(shè)備，計(jì)算出所需電源容量，并選擇相應(yīng)型號(hào)的空氣開(kāi)關(guān)及電纜。電源點(diǎn)的選擇本著容量可擴(kuò)展、位置就近、負(fù)荷平衡、安全可靠的原則。

（2）現(xiàn)場(chǎng)勘察地形，在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)電纜洞、電纜溝、電纜架實(shí)地勘察和測(cè)量，發(fā)現(xiàn)了在實(shí)際施工中將會(huì)遇到一些問(wèn)題，經(jīng)匯報(bào)領(lǐng)導(dǎo)和與維護(hù)人員溝通后最終得以解決。并對(duì)盤(pán)柜內(nèi)的可用空間進(jìn)行測(cè)量，標(biāo)畫(huà)準(zhǔn)確方位，做到新設(shè)備增加后整體布局合理、整潔美觀、便于維護(hù)。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)方案和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，改造施工過(guò)程由運(yùn)行維護(hù)人員共同完成。電源改造改線(xiàn)情況,所有改造新加電纜布置完畢，新加空氣開(kāi)關(guān)安裝到位，再對(duì)照編制的接線(xiàn)圖進(jìn)行接線(xiàn)。棄用原有電纜中11根電纜，斷開(kāi)這些電纜的兩端接線(xiàn)，重新布置14根電纜，增加5個(gè)同型號(hào)的空氣開(kāi)關(guān)。改造后的柜頂小母線(xiàn)電源形成7#機(jī)組機(jī)壓設(shè)備、8#機(jī)組機(jī)壓設(shè)備和7#、8#機(jī)組機(jī)壓設(shè)備公用各部分獨(dú)立運(yùn)行的形式。

3 效益分析

3.1 安全效益

機(jī)壓設(shè)備柜頂小母線(xiàn)的負(fù)荷為控制、信號(hào)、照明等，沒(méi)有大的負(fù)荷，電壓等級(jí)為220V交流和220V直流的低壓，改造使用的電纜、開(kāi)關(guān)均有較大的冗余量，完全可以滿(mǎn)足需要。改造后形成7#、8#機(jī)組柜頂小母線(xiàn)電源均從各自的機(jī)旁動(dòng)力盤(pán)和機(jī)旁直流負(fù)荷屏取，中間公用部分從繼保室直流負(fù)荷屏和400V配電室取，三部分相對(duì)獨(dú)立，中間公用部分1#隔離變進(jìn)線(xiàn)或1#主變低壓側(cè)共箱母線(xiàn)PT柜或F1021開(kāi)關(guān)柜也相對(duì)獨(dú)立。大修一臺(tái)機(jī)組或檢修中間公用部分中任意一設(shè)備時(shí)都能保證檢修間隔徹底斷電，發(fā)電設(shè)備的可靠率提高，設(shè)備檢修時(shí)的安全隱患徹底消除，保證設(shè)備、人員安全。自7#、8#機(jī)柜頂小母線(xiàn)改造完成后，未發(fā)生一起與其相關(guān)的人身傷害、設(shè)備損壞的事故。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

3.2.1 改造成本計(jì)算

（1）人工：共需要15個(gè)人工工時(shí)；根據(jù)河南省建筑工程標(biāo)準(zhǔn)定額文件，豫建標(biāo)定[2012]11號(hào)，電工人工單價(jià)為71元，人工費(fèi)用Cr為71×15= 0.11萬(wàn)元。

（2）材料：電纜16520元；開(kāi)關(guān)5136元； 材料費(fèi)用Cc為16520+5136=2.17萬(wàn)元改造成本費(fèi)用共計(jì)C q為C q=Cc+Cr=16520+5136+1065=2.27萬(wàn)元。

3.2.2 發(fā)電效益計(jì)算

7#、8#機(jī)柜頂小母線(xiàn)改造后，7#、8#機(jī)兩臺(tái)機(jī)大修時(shí)可以做到互不影響，7#機(jī)可用小時(shí)數(shù)有了明顯增加增加。機(jī)組可用小時(shí)數(shù)計(jì)算方法為：

Hk =Hq—Hj —Hf

式中：Hk為機(jī)組可用小時(shí)數(shù)；Hq為全年時(shí)間；Hj為計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間；Hf為非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間。

根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)7#機(jī)組年可用小時(shí)數(shù)2011年的7988小時(shí)提高到2012年的8353小時(shí)，提高了365個(gè)小時(shí)，大約15天的時(shí)間。7#、8#機(jī)組柜頂小母線(xiàn)改造后，7#、9#、10#機(jī)組年可用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)表如下（因2008年機(jī)組剛開(kāi)始投運(yùn)受不確定影響因素多未進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，8#機(jī)進(jìn)行過(guò)A級(jí)大修也未進(jìn)行對(duì)比參考）：

反調(diào)節(jié)電站機(jī)組每四年A級(jí)檢修一次，避免8#機(jī)檢修造成7#機(jī)15天不能并網(wǎng)發(fā)電，同時(shí)也避免了7#機(jī)組檢修造成8#機(jī)15天不能并網(wǎng)發(fā)電。

兩臺(tái)機(jī)組共可增加可用小時(shí)數(shù)H1為24×15×2=720小時(shí)，全年機(jī)組實(shí)際利用小時(shí)數(shù)Hs與可用小時(shí)數(shù)Hk的比r為=3084.3/7988=0.3688，按此機(jī)組利用率兩臺(tái)機(jī)組共可增加小時(shí)數(shù)HZ=H1×r=278小時(shí)，則15天2臺(tái)機(jī)電量產(chǎn)生發(fā)電效益Qz為Qz =HZ×V=278×3.5×0.312元=303.58萬(wàn)元。

3.3.3 凈效益計(jì)算

因?yàn)槊克哪昕梢员苊?次機(jī)組大修影響機(jī)組可用小時(shí)數(shù)減少的情況，每年產(chǎn)生凈經(jīng)濟(jì)效益Q1為=（303.58 -2.17）萬(wàn)元/4=75.35萬(wàn)元

(注：反調(diào)節(jié)機(jī)組單機(jī)容量為3.5萬(wàn)kW.h，3084.3為2012年7#機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)，上網(wǎng)電量?jī)r(jià)格為0.312元/kW.h)

3.3 社會(huì)效益

水電作為一種綠色能源，機(jī)組可用小時(shí)提高喲后增加了水能利用率，減少其他傳統(tǒng)能源的消耗，取得了一定的社會(huì)效益。小浪底電站作為河南電網(wǎng)唯一一座大容量的調(diào)峰電站在河南電網(wǎng)中起著重要作用，自2009年以來(lái)，小浪底、西霞院梯級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用。機(jī)組可用小時(shí)數(shù)的提高，方面了兩庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用，大大提高了小浪底的運(yùn)行效率和調(diào)峰效益。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比分析找到7#機(jī)可用小時(shí)數(shù)降低原因，進(jìn)而提出7#、8#機(jī)柜頂小母線(xiàn)改造方案，又將7#機(jī)可用小時(shí)數(shù)提高到到正常水平。這次電氣改造項(xiàng)目提升了電廠(chǎng)機(jī)組設(shè)備的安全健康水平，避免了黃河大流量下泄而棄水造成水資源的浪費(fèi)，增強(qiáng)了小浪底電站的調(diào)峰能力。通過(guò)一年多的運(yùn)行情況證明改造效果良好，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益和社會(huì)效益，對(duì)于同樣接線(xiàn)方式電站有一定的借鑒意義。

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[3] 白濤,暢建霞,方建熙,等.小浪底、西霞院梯級(jí)水電站短期調(diào)峰調(diào)度研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2012,31(8)：83-88