小浪底水电站厂房照明系统优化分析

2018-06-28韩宏斌王丹阳王帅琦

机电信息 2018年18期

韩宏斌陈健王丹阳金洋王帅琦

（黄河水利水电开发总公司运行部，河南济源459017）

0 引言

在水利枢纽的水工建筑物中，地下厂房照明尤为重要，照明设备质量及其控制方式都对枢纽电站安全生产运行起着至关重要的作用。小浪底水电站位于河南省洛阳市以北30 km黄河中游最后一段峡谷出口处，安装6台300 MW的混流式水轮发电机组，电站于2000年投产发电。随着时间推移，电站地下厂房目前使用照明灯具类型老旧，照明规划存在诸多弊端，开关控制方式复杂，不便于进行系统化管理，且维护费用高，已不能满足当今节能环保要求，对小浪底地下厂房照明进行优化势在必行。

1 前期分析工作

据统计，小浪底水电站地下厂房照明平均负荷为276 kW，每年用于照明的电量约242万kW·h。几年来小浪底水电站地下厂房照明电量在整个厂用电中的比例如表1所示。

表1 小浪底水电站照明用电占厂用电比例表

如表1所示，电站厂用电中约19%的电量用于厂房照明，考虑到厂房中照明富余以及在不经常工作地点24 h保持高强度照明对能源的浪费情况，可通过照明优化来减少厂用电量。

2 小浪底地下厂房照明现状特点及优化思路

2.1 灯具类型、布置及安装方式

小浪底水电站地下厂房主要由发电机层、母线层、水轮机层、主变室、空压机室、地下副厂房、高压电缆层及电缆洞、104廊道及检修排水泵房、120廊道及渗漏泵房、121廊道、17#交通洞等构成。目前使用的灯具主要包括金属卤化物工矿灯、金属卤化物双端石英灯、荧光灯、吸顶灯等。工矿灯主要安装于发电机层顶部、17#交通洞顶部以及104泵房内顶部；双端石英灯的应用较为广泛，主要安装于母线层顶部、母线洞内顶部、水轮机层顶部、水车室侧壁墙洞内等场所；荧光灯从使用数量到使用范围都是最多的，既安装于发电机层墙壁柱体内、母线层墙壁、水轮机层墙壁上充当辅助照明，又安装于各配电室内、电缆夹层顶部、电缆洞顶部做工作照明，还安装于120廊道、104廊道顶部提供廊道照明；吸顶灯主要用于各楼梯照明。

2.2 照明强度分布

目前小浪底水电站地下厂房内对发电机层、母线层、水轮机层、主变室的照明强度要求较高，均使用高功率金属卤化物灯作为主要照明，使用双管荧光灯作为辅助照明；其他区域照明强度要求较低，一般采用荧光灯照明。厂内所有照明均保持24 h常亮的方式运行。

依据表2将厂房各区域照明负荷电量消耗从高到低依次排列，发现厂房内对日常照明强度要求不高的区域存在着严重浪费情况，需重点考虑对这些区域的照明进行优化。

表2 照明系统分布、参数统计表

3 照明灯具优化

3.1 金属卤化物灯具优化

金属卤化物灯的功率较高，在整个照明系统用电量占比大，同时该灯又是小浪底地下厂房内主要工作照明，是不可轻易切断的重要负荷。对其改造思路有如下三种：

（1）在满足各区域照明的前提下切断部分金属卤化物灯。改造部分区域照明接线并增设开关，施工难度中等，一次性投入较少，效益中等。

（2）在白天和夜晚通过开关控制金属卤化物灯，来保证工作时段及非工作时段的照明。无需对设备进行改造，无投入，增加运行人员工作量，加快卤化物灯老化速度，效益中等。

（3）将金属卤化物灯改造为LED工矿灯。施工难度大，一次性投入大，需专业团队设计施工，效益高。

3.2 荧光灯具改造

荧光灯功率较小，多用于非重要负荷及廊道照明，分布范围较广，使用数量庞大，存在严重的浪费情况，考虑将厂房内荧光灯作为重要改造项目。对其改造思路如下：

（1）在非重要负荷区域通过开关关闭部分荧光灯，只保留应急照明，有工作时，将其打开保证工作照明。无需对设备进行改造，无投入，增加运行人员工作量，效益中等。

（2）改造部分线路及开关，在满足照明需求的前提下切除各廊道及一些非重要负荷区域荧光灯。改造部分区域照明接线并增设开关，施工难度中等，一次性投入较少，效益中等。

（3）将荧光灯改造为LED节能灯。施工难度大，一次性投入大，需专业团队设计施工，效益高。

4 照明改造可行性方案

统筹上述照明改造思路，结合小浪底水电站地下厂房实际情况，给出以下两种可行的改造方案，两种方案存在递进关系，后者是在前者的基础上进行改进。

4.1 方案一：基于电站厂房内现有照明线路及开关的自动化改造

（1）统计全厂开关控制区域，照明强度过剩区域将部分灯具设置为常闭。

（2）摸排全厂照明布线情况，对发电机层、水轮机层、母线层、120廊道、121廊道、104廊道、17C廊道、30#排水洞廊道照明控制回路进行改造，使用双回路布线，其中一条线为常亮灯供电，不设置控制开关；以一定间隔设置常亮灯，满足日常照明需求，其余灯具使用另一条线路供电，设置自动控制开关。

由表2可知，方案一执行后，高压电缆夹层、17#洞等非重要区域内过剩照明将大大减少，照明系统负荷同比目前下降55%，年耗电量将由现在的2 417 760 kW·h降至1 329 768 kW·h，节约用电量约109万kW·h，按照小浪底水电站0.31元/kW·h上网电价折算，改造后预计厂用电每年可节约34万元左右。

4.2 方案二：用LED照明灯具代替传统照明灯具的照明优化方案

将厂房内金属卤化物灯和荧光灯改造为LED灯是最为彻底的优化方案。将厂房内现有的灯具替换为与其照度相当的LED灯，将平均照度相似的250 W金卤灯与80 W LED工矿灯参数进行对比，同时将平均照度相似的36 W荧光灯与12 W日光灯参数相比较，在提供同等照度的情况下LED工矿灯比金卤灯的功率要小，同时LED工矿灯对电能的利用效率及灯具寿命都比金卤灯要好；而对于传统荧光灯，LED日光灯在各个参数上也具有很大优势，使用LED材质的灯具在节约用电的同时，也可以节约大量的维护费用。

将现有照明灯具替换为相同照明强度的LED灯，结合方案一内容，可以在以下两种情况下，分别计算出将厂房内灯具改造为对应功率LED灯后的节省电量：

（1）只替换灯具，电站照明负荷总功率总计约为94.5 kW，照明负荷总功率同比目前276 kW降低181.5 kW，即负荷同比目前下降66%；年耗电量约83万kW·h，全年可节省电量159万kW·h。

（2）替换灯具并改造控制回路，照明负荷总功率总计为50.6 kW，照明负荷总功率同比目前降低225.4 kW，同比目前下降82%；年消耗电量约44万kW·h，全年可节省电量198万kW·h。