分析小水电站综合厂用电率——节能降损与优化控制研究

分析小水电站综合厂用电率——节能降损与优化控制研究

杨浩

（国网四川雅安电力（集团）股份有限公司四川省雅安市625000）

摘要：综合厂用电率是衡量水电站主要经济指标之一，我国电厂行业普遍将发电厂电力生产过程中设备消耗的电占发电量的百分比称为综合厂用电率。水电站综合厂用电量包括单纯用于发电的励磁变等设备所消耗的电量、输送电能的主变压器等设备所消耗的电量，如电动机、照明、通风以及其他控制、保护装置。也包括其他用电量。水电站的节能降损与优化控制需要在降低水电站综合厂用电率上入手。下面就如何减低水电厂综合厂用电率谈谈自己的看法。

关键词：水电站；综合厂用电率；节能降损；优化控制

水电站在运转设备生产电量的同时耗电量也极大，水电站是国家能源产业，所以针对小水电站，国际社会对水电厂的综合厂用电率（产用电量）一般规定在0.2%--2%。就目前宏观经济形势下，为创新工作思维，达到降损节能的目的，更为了在市场经济中不被淘汰，水电厂综合厂用电率的节能降损及优化控制研究是极其必要的。

四川雅电发电有限责任公司丁村坝电站装有三台10MW混流立式发电机组，总装机容量30MW。年平均利用小时为5708小时，年平均发电量为17100万kW.h。电气主接线：一组采用二机一变扩大单元接线；另一组采用发-变组单元接线方式。二台主变压器采用三相二线风冷油浸式变压器，主变压器容量分别为25000kVA、12500kVA。3号机出口经800kVA隔离变压器输出至10kV母线供大坝负荷用电。出线有110kV、10kV两个电压等级。10kV母线采用单母线接线方式，出线三回，分别是至天全县兴业乡、坝区、厂区生活用电。110kV采用单母线接线方式，出线两回，分别是至110kV雅安市七盘变电站和荥经大田变电站。厂用电经10kV母线Ⅰ母供1#厂用变压器、10kV母线Ⅱ母供2#厂用变压器，厂用配电屏可分段运行，可经联络开关连接分别运行。因设备多，负荷发布广，每天耗用电量大，丰水期耗电量更为惊人，枯水期因运行方式安排及设备老化等因素耗电也偏大，也有人为管理缺失造成浪费的问题。

1.小水电站综合厂用电率分析

丁村坝电站近年一年消耗厂用电：1月7320千瓦时、2月7200千瓦时、3月7200千瓦时、4月7680千瓦时、5月6240千瓦时、6月11640千瓦时、7月8160千瓦时、8月8400千瓦时、9月9000千瓦时、10月8280千瓦时、11月7200千瓦时、12月7200千瓦时；综合厂用电率：1月1.02%、2月2.29%、3月1.75%、4月1.96%、5月2.95%、6月3.08%、7月1.41%、8月1.76%、9月1.87%、10月1.78%、11月1.8%、12月2.22%。年累计厂用电消耗95520千瓦时、综合厂用电率1.93%。通过数据发现随着发电量的增大，综合厂用电率逐渐增大。在枯水期2月、3月、12月；平水期4月；丰水期5月、6月综合厂用电率较高。在此期间，主变的耗电量占全厂用电量的75%左右。因此，水电厂综合厂用电率的优化控制，主要研究主变运行方式的优化显得尤为重要，主变经济运行的研究。除了主变耗电量之外，6月至10月厂用电消耗较高，励磁变及厂用电量占综合厂用电量的25%左右，在降低水电厂综合厂用电率上亦不容小觑。另外完善规章制度，保证行之有效地措施和规章制度实施亦是关键。

2.降低综合厂用电率采用的措施

变压器在变换电压、传递功率时，本身会随之产生功率消耗。功率消耗分为有功功率消耗和无功功率消耗。两者随着变压器负载变化产生非线性变化，这种特点是变压器的技术特性造成的。为了达到优化主变的运行方式，降低综合厂用电率，必须设置合理的与变压器的有关技术参数。设备的节能主要分为设备本身运行和设备串联工作的情况。设备本身运行时，需要保证设备科学运行方式，加强运行值班人员工作责任心，设置合理的技术参数，串联运行时则需要控制中心根据工况设置设备合理的开启时间、工作时间等等。

2.1主变运行方式调节

变压器的综合功率消耗指的是变压器的有功功率消耗与因电网消耗无功功率而增加的有功功率之和。达到变压器综合功率消耗最小就是变压器最优的经济运行方式，在运行中，将变压器调节到综合功率消耗率最低时，所对应的参数称为经济负载参数。在经济负载参数下变压器运行时，综合功率耗损率最低，效率最高，既变压器的负载综合功率消耗与空载综合功率耗损相等。所以在主变运行时，要尽量将运行参数调试，综合经济负载参数，使综合功率耗损率最低，达到降低综合厂用电率的目的。每个水电厂主变器台数不同，参数亦不同，所以在调试过程中要注意。受季节变化影响，水电站枯水时期，全厂发电量就会减少，低俗时段往往水电厂就会停止发电，导致综合厂用电量增加，从而综合厂用电率提高。针对这种情况，就要结合主变经济运行负荷功率的临界点，对枯水期主变运行方式调整，降低主变综合功率耗损，节约用电。

丁村坝电站1#、2#机组采用扩大单元接线经1#主变（容量为25000KVA、空载损耗：22.8kW、负载损耗：116.8kW）送出电能；3#机组采用发-变组单元接线方式经2#主变（容量为12500KVA、空载损耗：10.5kW、负载损耗：68.5kW）送出电能。枯水期当来水量只能满足10MW及以下发电出力时，只能开启3#机组运行唯一的经济节能运行方式；当来水量只能满足10MW至20MW及以下发电出力时，开启1#、2#机组运行，3#机组备用，若来水量通过库容调节负荷分配，尽量采用3#机组经济节能方式运行；当来水量满足20MW至30MW发电出力时，开启1#、2#、3#机组运行。通过控制主变压器运行方式，可大大降低变压器负载综合功率消耗与空载综合功率耗损，也就达到综合厂用电率降低的目的和要求。

2.2降低主变温度降低热能损耗降低厂用电消耗

变压器在运行过程中，一部分电能会转化为热能而损耗。绕组的铜丝和铁芯都会发生耗损，转化为热能，传递给变压器的组成部件，其部件温度升高，一旦温度达道极限值，会烧毁变压器的部件，对变压器安全稳定的运行威胁严重。另外对综合功率耗损而言，变压器在同一负荷状态，温度越高，功率耗损越大。为了降低综合功率损耗，保证变压器的安全稳定运行，必须加强变压器的散热，达到降温的效果。丁村坝电站主变为三相强迫油循环风冷变压器，每台配备4台冷却风机，主变设有投入式Cu50温度计测量油温，转换为数字信号上传至后台；弹簧温度计测量绕组温度，指针指示现场可直观温度值，该温度计通过电接点控制冷却风机启停，运行中，主变温度逐渐升高，达到设置的55℃临界值，主变冷却风机投运，当温度降低至40℃，主变冷却风机停运；当主变电流达到额定电流的62.5%风机启动。每台风机型号为CFZ－5Q4，功率0.37KW，风量5600m3/h。经过监控、调查、分析数据，一方面需要通过冷却风机启动降低主变温升，以降低主变温升造成的热能损耗；一方面又要减少冷却风机启动的时间和频率，以降低厂用电的消耗，两者相互制约又相辅相成，为此制定特殊运行工况：环境温度低于27℃，主变温度上涨到55℃时，手动控制只需运行2台冷却风机，主变绕组温度达到65℃时，运行4台冷却风机，进过观察、记录温度会明显下降并控制在规程允许允许范围。所以主变工作时，冷却风机配备过多，便会增大厂用电量，合理配备设备可以降低厂用电消耗，主变在最优工况运行又可提高综合厂用电率。

2.3减少设备耗电量，挖掘设备节电潜力

厂用电主要消耗在机组负荷和辅机组负荷上。对于机组负荷而言，调速器蝶阀压力油泵、集水井排水泵大量耗费厂用电量。调整工作参数，优化工作时间，优化机组负荷可以减少发电机的耗损。减少油泵数量和运行时间，就可以减少耗电量。

对于压力油泵、压力泵而言，其运行主要又调节系统的运行工况决定，所以冒油、跑油、漏油、漏水、漏气等现象是系统压力降变大，从而降低整个系统的运行效率。对整个系统定期检查、维护等措施，可以调高系统压力利用率，提高压力油泵的工作效率，达到节电的目的。对于辅机设备而言，主要的耗电量排水泵、照明、空调等。对辅机设备的定期维修，提高设备的使用效率可以降低厂用电量。另外优化自动控制程序，也可以达到降低综合厂用电量的效果，自动控制设置集水井排水泵水位技术参数要合理，尽量减少水泵启动频率，合理设置集水井排水泵启动时间技术参数。提高排水泵的使用效率、用电效率等。尤其渗漏集水井水位的变化呈无规则线性变化。根据这种情况，将丁村坝电站集水井浮子继电器控制改造成数字化显示控制方式，就解决了科学准确设置渗漏排水泵启停水位，达到最科学运行排水泵之目的。

对于照明设备而言，本着节约用电的原则，照明回路采用声、光、触摸等控制方式的，大量使用寿命长，免维护的LED节能灯，可以在原有基础上节电65%之多，采用防护等级较高的灯具，以防止灰尘、蚊虫等进入灯具内造成灯具的亮度减弱，防止水蒸气或水滴等进入灯具，造成短路或灯具的元器件损坏，进而降低灯具故障率，减轻维护工作量。另一方面完善考核制度，养成“人走电关”的良好工作习惯，努力提高工作人员的节电意识，做到随手关灯、人走灯灭等等。

2.4开源节流，挖掘多发电潜力

提高机组负荷预测准确率，充分利用库区具有日调节库容能力，充分合理利用每一滴水，是降低厂用电的最行之有效的根本方法。运行值班人员和技术人员在实际工作中灵活处理好各方关系，充分合理利用科学先进的气象水文预测系统，精心、科学调控好库区水位，既要保证在高水头发电运行，又要保证不弃水，充分发挥聪明才智、认真履职尽责，立足本职努力增加发电量。抓好水情的预测分析，把握好未来发电趋势，用足用好水力资源，合法合规采取“错峰避峰”运行等措施，力争多发多供有效电量，提升经营效益。

认真抓好大修、技改和预试项目。做好设备的日常巡视检查和维护检修。既要保持设备的健康水平，又要做好大修技改中的安全、质量、费用、时间等过程监管工作，挖掘多发多供电量潜力。加强日常巡视监测和预报管理，坚持利用电站具有日调节功能，充分利用错峰发电时机，努力多发有效电量，确保提质增效落到实处。

2.5滚动完善管理制度

采取滚动完善小水电站的管理制度的方式，积极发掘现行管理制度的缺点。在不同工况下制定不同的用电指标。执行管理制度，对提高工作效率的员工奖励，对违规操作，工作效率低下的员工惩罚，达到提高员工节电意识和技术水平的目的。根据工况，设置机组及辅机的启停技术参数，并经运行管理审批下发，并监督执行。制定标准运行方式和特殊运行方式，让运行值班人员有制度可依，使设备在处在经济运行状态。

3.结束语

综合厂用电率是综合厂用电量同水电厂发电量的比值。综合厂用电率较高表示水电站的工作效率低下，所以降低水电站综合厂用电率对水电站极其重要。我国多家水电站已经致力于综合厂用电率的节能减耗、优化控制研究，取得的显著的效果，降低了综合厂用电率。而我国电厂采用的措施多是优化主变运行方式，使其经济运行、减少用电负荷，达到减少厂用电量、完善管理制度三个方面。实践证明对小水电厂综合厂用电率节能降损与优化控制研究，可以到达为企业“开源节流、降本增效”之目的。

参考文献：

[1]吴启涛，蔡兴国.《发电机组负荷分配的遗传算法》[J].《电机与控制学报》，1999（04）

[2]劳德荣.《发电侧如何促进需求侧管理》[J].《电力需求侧管理》，2006（06）

[3]蒋瑞芬.《用动态规划法求解电力系统机组优化组合及启停》[J].《电力需求侧管理》，2002（05）