降低桃源水電站綜合廠用電率的措施

李超

(中國水電顧問集團(tuán)電力運(yùn)營技術(shù)有限公司，湖南 桃源 415700)

1 電站系統(tǒng)概況

桃源水電站位于湖南省桃源縣的沅水干流上，是沅水干流最末水電開發(fā)梯級電站。電站壩址緊臨桃源縣城，具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)等綜合效益。水庫正常蓄水位39．50 m，相應(yīng)庫容1．28×108m3;死水位39．30 m，調(diào)節(jié)庫容 5．6 ×106m3。電站水輪發(fā)電機(jī)組與主變壓器采用三機(jī)一變的擴(kuò)大單元接線方式，9臺20 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，經(jīng)3臺容量為70 MV·A/220 kV的主變壓器升壓后匯入220 kV母線。母線采用單母線接線，電站以一回出線送至220 kV漳江變電站。電站廠用10 kV系統(tǒng)設(shè)有3段10 kV母線，第Ⅰ段、第Ⅱ段、第Ⅲ段母線電源分別取至3個10 kV擴(kuò)大單元母線段。廠用10 kV第Ⅲ段作為事故聯(lián)絡(luò)母線，外來10 kV應(yīng)急電源接于此段。

2 綜合廠用電率分析

2．1 綜合廠用電率概念

綜合廠用電率為某一周期內(nèi)綜合廠用電量占發(fā)電企業(yè)總發(fā)電量的百分比，可按單臺發(fā)電機(jī)組或多臺發(fā)電機(jī)組計算。發(fā)電企業(yè)綜合廠用電率

式中:Wf為發(fā)電企業(yè)某一周期內(nèi)的發(fā)電量，kW·h;Ws為發(fā)電企業(yè)某一周期內(nèi)的上網(wǎng)電量，kW·h;Wx為發(fā)電企業(yè)某一周期內(nèi)的下網(wǎng)電量，kW·h;Wb為發(fā)電企業(yè)某一周期內(nèi)的應(yīng)急外來電源用電量，kW·h。

在式(1)中，綜合廠用電量=Wf－Ws+Wx+Wb。桃源水電站的綜合廠用電量主要包含了機(jī)組輔機(jī)、公用系統(tǒng)、船閘通航、泄洪閘、變壓器和母線損耗的用電量。桃源水電站每年于枯水期進(jìn)行機(jī)組、各系統(tǒng)設(shè)備檢修，以保證各機(jī)組、設(shè)備運(yùn)行工況穩(wěn)定。

2．2 綜合廠用電率分析

廠內(nèi)重要負(fù)荷由2段廠用400V母線交錯供電，便于全廠綜合廠用電率的表征和統(tǒng)計。綜合廠用電量細(xì)分為生產(chǎn)類和非生產(chǎn)類用電:生產(chǎn)類有機(jī)組輔機(jī)用電、公用系統(tǒng)用電、變壓器及母線損耗、進(jìn)水口清渣用電等;非生產(chǎn)類有照明/通風(fēng)用電、生活/辦公用電、航運(yùn)/通航用電等。

發(fā)電機(jī)組勵磁系統(tǒng)用電直接取自發(fā)電機(jī)機(jī)端，為發(fā)電機(jī)建立磁場，穩(wěn)定電壓，提高系統(tǒng)可靠性。桃源水電站無功功率運(yùn)行長期為下網(wǎng)狀態(tài)，機(jī)組功率因數(shù)為1，平時勵磁電流變化不大，可調(diào)節(jié)范圍較小，受電網(wǎng)系統(tǒng)影響較大，勵磁系統(tǒng)損耗和節(jié)能暫不考慮。

桃源水電站每年10月至次年3月為枯水期，電站來水減少，發(fā)電量減少，且電站進(jìn)入機(jī)組、設(shè)備檢修期，造成了綜合廠用電率上升，如圖1所示。豐水期負(fù)荷重，來水量大，廠用生產(chǎn)設(shè)備使用率高。因此，設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行可從細(xì)化措施方面入手解決。

圖1 2015—2017年綜合廠用電率Fig．1 Comprehensive service power rates from 2015 to 2017

3 治理措施

3．1 生產(chǎn)類綜合廠用電節(jié)能措施

3．1．1 設(shè)備技術(shù)改造

電站技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計有4臺供水泵，水泵布置在廠房下游側(cè)30．8 m，每臺水泵設(shè)1個取水口，#1，#2水泵取水口設(shè)置于#1機(jī)組的上游進(jìn)水口擋墻處，#3，#4水泵取水口設(shè)置于#7機(jī)組的上游進(jìn)水口擋墻處。全廠技術(shù)供水系統(tǒng)用水為機(jī)組主軸密封用水、主變壓器冷卻器用水、其他公用設(shè)備用水。2臺水泵并列運(yùn)行，維持技術(shù)供水的母管壓力不低于0．3 MPa。取水口未改造之前使用消防水、低壓氣進(jìn)行反沖洗，次數(shù)頻繁且水泵變頻器調(diào)頻高、電流大、母管壓力不穩(wěn)定。在2017年技術(shù)改造后，確定增加框架蓋板取水管作為技術(shù)供水的主用水管，原取水口作為備用取水口。改造后的技術(shù)供水母管壓力穩(wěn)定，進(jìn)行取水口反沖洗次數(shù)明顯減少，技術(shù)供水泵電流降低5 A左右，全年節(jié)約能耗約占綜合廠用電量的0．23%。同時，改造后的技術(shù)供水系統(tǒng)水質(zhì)更為潔凈，主變壓器和機(jī)組的冷卻系統(tǒng)效率更高。

3．1．2 運(yùn)行方式調(diào)整

電站廠用10 kV母線第Ⅰ，Ⅱ段共同分擔(dān)全廠主要負(fù)荷。廠用10 kV母線電源來自主變壓器低壓側(cè)的10 kV擴(kuò)大母線。在電站枯水期間，長時間發(fā)電量低、運(yùn)行機(jī)組少，合理分配機(jī)組運(yùn)行可減少變壓器負(fù)載的損耗。變壓器運(yùn)行中有空載損耗、負(fù)載損耗和其他少量損耗:空載損耗主要為鐵損，即交變磁場下鐵芯中產(chǎn)生的磁滯和渦流損耗，它不隨負(fù)荷的變化而變化;負(fù)載損耗以銅損為主，它隨電流的增加而增大。在少機(jī)組、低負(fù)荷運(yùn)行時，避免廠用10 kV母線第Ⅰ，Ⅱ段電源電流方向自220 kV母線下網(wǎng)，合理分配發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在廠用10 kV母線第Ⅰ，Ⅱ段電源進(jìn)線開關(guān)對應(yīng)的10 kV擴(kuò)大母線上，避免電流在母線流向上折返，減少了負(fù)載損耗［1］。

桃源水電站發(fā)電機(jī)組的進(jìn)相調(diào)整，優(yōu)化了廠用10 kV各段母線與400 V各段母線所帶設(shè)備負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在電壓允許的范圍內(nèi)，通過適當(dāng)?shù)碾妷赫{(diào)整，可降低電動機(jī)鐵損，最終降低綜合廠用電率。根據(jù)國網(wǎng)湖南省電力公司管理規(guī)定，電站執(zhí)行電壓控制考核曲線。送出線路上限電壓233 kV，下限電壓222 kV。而電站220 kV母線電壓一般運(yùn)行在229 kV左右，這意味著至下限調(diào)整裕度較大。根據(jù)電站運(yùn)行規(guī)程，廠用電系統(tǒng)正常運(yùn)行電壓控制在±5%以內(nèi)。在電動機(jī)運(yùn)行電壓高于銘牌額定電壓時，電動機(jī)磁通趨于飽和而勵磁電流增加，同時功率因數(shù)降低，電動機(jī)損耗增高。電站無功功率運(yùn)行長期為下網(wǎng)狀態(tài)，機(jī)組功率因數(shù)為1，根據(jù)發(fā)電機(jī)組無功進(jìn)相試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在安全穩(wěn)定運(yùn)行下調(diào)整廠用10 kV各段母線電壓在10．2 kV上下，實(shí)際下浮約2．8%，符合規(guī)程規(guī)定。

3．1．3 河道整治

桃源水電站于2015年4月起，對電站下游1．5 km內(nèi)的河段進(jìn)行疏浚作業(yè)，2016年6月一期疏浚工程結(jié)束。電站樞紐下游河段一期疏浚工程共清挖運(yùn)走河段內(nèi)淤積體6．05×105m3。河道疏浚后，電站不同流量工況下機(jī)組出力增幅明顯，電站實(shí)際滿發(fā)電負(fù)荷達(dá)到或超過了設(shè)計裝機(jī)容量。

3．2 非生產(chǎn)類綜合廠用電節(jié)能措施

隨著工業(yè)發(fā)展，辦公、生活用電產(chǎn)品增多，在滿足使用需求前提下，應(yīng)選用節(jié)能產(chǎn)品，加強(qiáng)節(jié)能宣傳，提高節(jié)電、斷電意識。對空調(diào)、電燈處張貼標(biāo)語，辦公人員做到辦公電器使用完畢即斷電。廠房內(nèi)合理布置光控、聲控電燈，減少長明燈。

3．3 綜合廠用電節(jié)能管理措施

優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行工況，減少設(shè)備啟停次數(shù)，可以增加設(shè)備利用率。電廠輔機(jī)設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行、反復(fù)啟停是綜合廠用電量增高的原因之一，電站共計9臺貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，壓力容器數(shù)目多達(dá)到15臺，25孔泄洪閘均由液壓啟閉機(jī)操作。減少“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，可以減少設(shè)備啟停次數(shù)或長時間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，優(yōu)化控制方式也能達(dá)到節(jié)電目的。

2017年8月開展“三漏”專項(xiàng)治理活動，電站細(xì)分為油系統(tǒng)、氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、金屬結(jié)構(gòu)和水工5個小組，分階段對各系統(tǒng)進(jìn)行分析、整治、再核對。

2017年電站運(yùn)行部實(shí)行量化管理，對標(biāo)機(jī)組運(yùn)行工況進(jìn)行量化、細(xì)化考核辦法。大值之間每次交接班進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，反思運(yùn)行方式調(diào)整、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)工況。設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性得到了提升(見表1)。

表1 2015—2017年綜合廠用電率對比Tab．1 Comparison of comprehensive service power rates from 2015 to 2017

4 結(jié)束語

積極優(yōu)化設(shè)備工況、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)、創(chuàng)新改造設(shè)備是發(fā)電企業(yè)提升自我競爭力的重要課題，但是降低綜合廠用電率必須保證電站工況高效、安全，不能盲目追求數(shù)據(jù)指標(biāo)而危及設(shè)備、機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。2017年，經(jīng)過多項(xiàng)措施并舉，綜合廠用電率達(dá)到了自電站投產(chǎn)以來最優(yōu)值。參考上述措施，還需考慮實(shí)際生產(chǎn)的必要性和設(shè)備工況，以達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益。