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(shè)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(guān)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(yù)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(cè)采用單元接線，220 kV 出線側(cè)采用雙母線接線。開發(fā)任務(wù)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(shè)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(shè)有母聯(lián)開關(guān)，設(shè)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(shè)置備自投裝置。在壩區(qū)設(shè)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(shè)有母聯(lián)開關(guān)。電站廠用電接線圖如圖1 所示。

3 工程節(jié)能設(shè)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(biāo)、合理的結(jié)構(gòu)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(jié)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(shù)供水系統(tǒng)：確定合理的技術(shù)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(guān)規(guī)定。

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

（6）清水離心泵：應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評價值》GB 19762-2007 的有關(guān)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(shù)經(jīng)濟分析，選擇合理的方案。

（2）主要電氣設(shè)備選型：

1）發(fā)電機：選擇合理的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)型式及優(yōu)質(zhì)材料。

2）主變壓器：選擇合適的技術(shù)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(dāng)?shù)膯臃绞健?/p>

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

6）設(shè)備布置：優(yōu)化設(shè)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(jié)合實際情況采用智能照明控制系統(tǒng)。

3.3 金屬結(jié)構(gòu)

（1）閘門及啟閉設(shè)備：結(jié)合樞紐布置，選擇技術(shù)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(dāng)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(shè)備容量。

3.4 采暖通風(fēng)

（1）設(shè)備及管路選擇：根據(jù)國家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)選擇最優(yōu)的設(shè)備。

（2）地面廠房的通風(fēng)設(shè)計：優(yōu)先采用自然通風(fēng)，考慮多種方案設(shè)計結(jié)合。

（3）設(shè)備及系統(tǒng)需采用節(jié)能技術(shù)高的設(shè)備及材料。

3.5 給排水

設(shè)計時首先需滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)備等。

4 用電設(shè)備能耗理論計算統(tǒng)計

4.1 用電設(shè)備能耗范圍

根據(jù)各專業(yè)提資，電站運行期用電設(shè)備能耗范圍如下：

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

（2）生產(chǎn)輔助設(shè)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(shè)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(shè)備等電能輸送設(shè)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(fēng)機等設(shè)備的電能損耗。

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

（6）泄洪、放空、進(jìn)水口及尾水建筑物金屬結(jié)構(gòu)設(shè)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(jìn)水口清污門機、進(jìn)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(shè)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(zhuǎn)式鼓風(fēng)機、潛水排污泵、給水系統(tǒng)設(shè)備、排水系統(tǒng)設(shè)備的電能損耗。

（8）營地公共建筑及生活配套設(shè)施中變壓器、照明設(shè)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(shè)備的電能損耗。

4.2 用電設(shè)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(shè)備和附屬設(shè)備的電能消耗，用電設(shè)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(shè)備，生活給排水，照明，通風(fēng)空調(diào)以及電站其它用電設(shè)備，如控制保護與通信設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備、建筑及公用附屬設(shè)施等。

4.2.1 水力機械輔助設(shè)備

電廠運行期輔助機械主要為用電設(shè)備：包括技術(shù)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(shè)備總功率為1 280 kW。設(shè)備運行年能耗電量為69.4 萬kW·h。

4.2.2 電氣設(shè)備

電氣設(shè)備主要能耗為照明用電及電氣設(shè)備發(fā)熱、電磁損耗。電氣設(shè)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(shè)備，設(shè)備總功率為2 498 kW，設(shè)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(shè)備為機組勵磁系統(tǒng)，設(shè)備總功率為102 kW，設(shè)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(shè)備運行年能耗電量1 301.5 萬kW·h。

4.2.3 金屬結(jié)構(gòu)

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

4.2.4 通風(fēng)空調(diào)設(shè)備

通風(fēng)空調(diào)主要耗能設(shè)備有離心風(fēng)機、低噪聲軸流風(fēng)機、防爆軸流風(fēng)機、多聯(lián)變頻空調(diào)機、移動式除濕機等，均消耗電能。設(shè)備總功率為581.21 kW，通風(fēng)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(shè)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(shè)備、電氣設(shè)備、通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備等，全年各類設(shè)備總運行能耗約為1 524.8 萬kW·h。

5 運行期用電設(shè)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(jié)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(shè)備采購時選用了高效節(jié)能的設(shè)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(shè)備及裝置由于采用高效節(jié)能設(shè)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(jié)構(gòu)、通風(fēng)空調(diào)等設(shè)備總能耗減少了61.8 萬kW·h，不計主要電氣設(shè)備的情況下，由于所用設(shè)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(dāng)。經(jīng)評估，本工程廠用電能耗設(shè)計合理，符合國家節(jié)能設(shè)計規(guī)范要求。