水电厂厂用电经济性分析及降低厂用电措施

大唐陕西发电有限公司石泉水力发电厂 姚 磊

利用电厂综合用电量指标来反映电厂电力消耗的现状，利用厂用电量的合理性对电厂用电指标进行分析，可对电厂的用电量进行合理的分析，并进一步优化电厂用电空间，合理使用电力指标，提高电力使用效率。

水电厂综合工厂的电力消耗通常包括水电厂厂内设备的电力消耗及供电线路的损耗[1]。有些电站的专线提供直接外部电源，这些也都被计入厂用电当中。在这些负荷中厂内用电负荷主要包括自用负荷、公用负荷和附属负荷。线损则与电压等级和传输距离有关。

自用负荷。一般指主辅设备和主变压器的用电负荷，包括厂内排水泵、调速系统油压设备、励磁系统风机、主变压器冷却风扇及循环油泵、消防泵等主要设备的用电；公用负荷。通常指水电厂公共和机械设备系统的运行情况、直流电源和通讯网络、厂房桥机和尾水闸门启闭机用电，以及整个装置的照明、通风和空调、消防和其他装置的电力等[2]；附属负荷。主要包括进水口等部位水工机械设备用电、坝区和道路照明、厂内为生产服务的生活用电等。

1 水电站厂用电系统的经济性分析

1.1 水电站厂用电系统的经济性现状

发电厂在发电过程中要消耗大量的电能以满足许多设备的能源需求，高可靠性和高性价比是厂用电力系统的基本要求。所以，当厂用电力系统的用电量远低于发电量时，厂用电力系统才具有经济可行性。但中小型水电站受发电量低、厂用电电量大等诸多因素的影响，其经济效率仍然较低[3]。

低发电和低耗电率。在厂用电电源系统中，由于厂用电电源消耗是效率的最好体现，降低全厂用电是提高全厂供电效率的最好方法。电能消耗率是发电站的用电量，因此提高发电效率是最直接有效的方式，但由于我国大部分河流的流量不稳定，大部分中小水电站的发电量都是由当年的降雨来支撑的，因此在旱季发电量明显减少，厂用电率显著提高。

辅助设备功率过大。一般情况下保证水电站的温湿度是为保证电力设备的正常运行，为此大部分水电站上游、下游重点区域及中心建筑物都安装了空调、排风机等辅助设备，这些辅助设备耗电量很大，是能源系统效率受到影响的一个重要因素。在夏天炎热时，这些辅助设备的长期运行会增加水电厂的电力消耗。

设备电动机电能的浪费。电动机既是各种机械系统运转的保证，又是设备高效节能的基础，水电站各类辅助设备消耗的电力约为全电厂的65%～70%，目前一些电机的自动化程度较低，能源消耗较大，设计、施工和维护效果较差，在长时间的工作中工人的工作效率低下，不但造成电力系统的巨大浪费，同时也大大缩短了设备的使用寿命[4]。

照明系统的高耗电量。普通中型水电站照明系统分布很广，由于电站建筑规模较大，整个电站内外及水库的照明系统都存在着老化、失光等问题。有些水力发电厂还采取了人工定点控制的方法，大量的照明设备在长期使用中会产生巨大的能源损耗，严重地影响了电厂的发电效率。

1.2 厂用电经济性改造方法

提高发电量。提高水力发电厂发电系统的发电量、减少电力消耗量，是保证电力系统经济运行的最好方法，在很长一段时间内电厂都处在“满发”状态，以增加发电能力。在低水头运行中要尽量减少运行的机组数目，尽量增加发电量、降低电厂电力系统的能耗。同时，为了保证水电厂、厂用电的高可靠性，必须在电厂调度中心应用先进的卫星云图系统来进行水库的调度。

辅助设备的改造。为降低能源消耗，一方面对现有的温度、湿度控制系统进行了改进，以改善其冷却和冷却性能[5]。通过这种方式可减少诸如空调、排气扇等附属装置的使用量，从而降低副装置的功耗。同时在空调系统中，要采用高智能的空调系统对室内的温度、湿度进行控制。这样如内部温度和湿度符合标准制冷设备就可自动停止，以减少系统长期运行造成的能量损失。

加强设备改造。为降低能耗，水力发电厂的检修人员要做好各类电机设备的维护、保养、改造，并按实际操作条件选用相应的电机型号，以保证机组的高效率运转。另外要经常检查和保养设备，淘汰旧电机。总之，对电机进行改造可有效地提高电厂用电系统的效率，降低不必要的电力损失。

2 水电厂用电的使用分析及用电节能措施

2.1 厂用电量影响因素分析

水电厂厂用电是影响总用电量最直接的因素。用电管理的实践可从以下方面初步分析：不同环境、不同规模、不同类型的水电站厂用电，与主、辅设备数量、性能设计程度密切相关，辅助设备、装置多，厂用电高；厂用电一般情况下用电强度高；电厂自身和公共负荷的用电情况是与电厂自身设计密切相关的。发电厂的安全性要求很高，耗电通常会超过辅助电源的80%。辅助性负荷主要为短时或间歇性用电；主变压器损耗、排水动力、冬季取暖和电加热等特殊因素，都会对发电厂的额外耗电量产生重大影响，需要特别注意；某些电厂的特殊供电方式是耗电异常的主要原因[6]。

2.2 厂用电量多少影响因素分析

水电厂厂用电消耗水平受多种因素的影响，包括设备设施的配置、发电机的起动与停机、运行频率、电厂电力的合理管理等。影响因素包括主变压器损失、电厂电动机的耗电量及员工对经济耗电量的认识不足。辅助功率消耗可通过优化设备操作、技术改造和充分控制功耗来降低。

2.3 用电设备的优化运行

减少运行设备通风、散热系统的耗电量。通风、散热系统一般在夏季高温时段以及机组长期连续运行时投入运行，以确保发电机各部的温升满足要求，因此通风、散热设备、设施的运行时间可根据环境温度合理安排，以减少运行时间。同时在机组检修期间，还应对通风、散热设备、设施及时进行检查清理，疏通管道和散热器以保证散热效果；选用节能型变压器。通过选择变压器，可有效地减少负荷损失和负荷损失。同时降低了备用变压器的无负荷工作时间，也将节省能源和减低消耗。

在安装期间加强对设备和管道的监测和维护。加强设备、管道、设备的巡检与保养，及时处理设备故障，减少辅助设备的起停次数，减少设备的能耗；合理控制技术供水运行时间和启动时间。制订设备定期轮换和试验管理制度，减少电动机的运行时间，经常调整设备运行方式，降低空压机、油泵、水泵起动频率和时间，及时清洗过滤器，确保工作压力；定期对设备管路进行检查和维护，以减少泄漏。

2.4 辅助设备的技术改造

在确保安全的条件下安装变频器，电动机设备应在不同工况下从工频切换到变频器模式，以节省能源；机组冷却系统考虑在各配电柜密集区域加装自动空调，加强空气循环，改善散热效果。对于消防水系统可直接由坝前取水供给，有效减少消防泵启停次数，节约能源。

2.5 厂内照明、电能计量的合理管理

在安装照明时要充分利用自然光，并充分计划和区分不同区域的照明需求。高效率节能灯及装置，节能灯具比普通灯节省70%的电能，区分正常模式和夜间工作模式，选择区域照明和间隔照明。针对非重要工作区的不同管理及其他措施。计费误差包括电压变换器、功率变换器、电表等设备误差，二次电压降低导致的错误，主要原因是二次电压的降低。定期对PT 的二次电流进行测试，并对二次回路的接线、开关、接线端子进行检修，减少测量误差，并采取相应的措施，降低PT 二次电流、阻抗等，增加补偿装置及更换高精度瓦特计，是电能测量的改进。

2.6 减少厂用变压器用电量

电力负荷以电动机、直流系统、自动控制、照明系统等各类风机、油泵、水泵等机械辅助设备为主，以保证水电站正常运行。减少厂用变压器耗电的主要措施有：选用高效电气设备，提高电机的传动效率，可有效地减少功率消耗；对电厂电网进行改造，主要是对电厂电网进行优化改造，从而降低了电厂变压器和供电线路的损耗，从而提高了电厂的电力利用率；强化节能管理，及时解决漏气、漏油、漏水的三漏问题，既可确保电厂的安全运行，又可使生产场地保持干净，又可减少电机的启动和停机，从而达到节约能源的目的。

2.7 减少励磁系统用电量

发电机励磁系统的功能是产生一个正常的磁场，通过改变励磁幅度来调整发电机的无功，从而使其参与电网的电压控制。在电力系统，一般都是采用自并励的方法，由发电机的励源供电，经过整流变压器的引导，再由可控硅输入到转子中，从而产生一个磁场。在发电机工作过程中，无功是主要的消耗因素。

随着电网用户对电力品质的不断提高，电网有功调节的频率也在不断提高，电厂降低励磁系统能耗的空间十分有限，因此降低电力消耗的主要途径是：采用高效率的变压器、采用低功耗的智能稳压器替代励磁调节器。在保证电网电压调整和机组安全、稳定运行的条件下，强化运营管理，提高牵引系统性能因数，降低牵引系统功耗，降低功耗，使其一直保持在发电量的0.18%左右。

2.8 降低主变压器损耗

变压器的损失可划分为铁损和铜损两类。空载损耗也就是铁损，它是由磁滞效应和涡流造成的，不会随着负荷电流的改变而改变，是一种常数损耗。变压器的铜损耗为原、副绕组均存在一定的电阻，电流通过线圈时会产生热量和损耗。变压器的铜损耗与负荷电流及线圈电阻有关。因此变压器的效率是由负荷率决定的，当负荷小于50%时其铁损耗会比较大，效率也会降低；当负载超过额定容量的70%时铜损占比增大，效率降低。因此，变压器的经济运行区间应在额定容量的50%～70%之间。

3 保证水电厂用电的安全性措施

建立有效的事故应急体制。国内水电站一般都建在高水头、远离经济开发区、自然环境恶劣、外部环境脆弱的地区，如果没有完善有效的应急机制，一旦发生突发事件水电站的正常运行就与电站电网密不可分，因此在电站要对电网进行一次全面的研究，并总结出有效的应急机制。

进一步完善水电厂主要设备的保护装置。电力设备是电厂安全运行的基础，其运行的好坏将直接关系到整个电厂的安全运行。为实现以上的保护目的，一般都是通过继电保护来使整个电网停机或对其进行保护。同时电厂还存在着电力系统参数监测不到位的问题。如，在水电站的运行中对温度、水位等进行监控，存在着很大的局限性。如果操作参数发生变化，会对设备的安全造成很大的影响。为了提高监测资料的敏感性，必须采用现代化的程序设计技术，及时有效地反映各参数的变化，以确保电站的正常运行。

接地保护。主要用于低压系统。若不能采用接地保护，则应事先对设备的选型、使用范围、环境、安全条件等进行全面考虑。但特殊电气设备包括电机、变压器、手持式电器的金属机架和外壳、电器的传动装置、铁配电箱、焊接金属加工平台及基座、起重机以及曲线提升装置等必须配置接地保护装置，有效确保设备和人身安全。

综上，为了节能降耗，应充分调动运行人员的积极性和主动性，采取措施节约辅助能源，优化电厂运行，利用技术改造，节能降耗，合理使用和管理辅助能源，达到确保发电厂安全生产、提高发电效率、最终提高发电厂效率的目标。