小浪底反調節電站電氣改造技術及效益分析

劉煥虎，田武慧，王國清，劉 耀

（1、河海大學水利水電學院，江蘇南京，210098；2、水利部小浪底水利樞紐管理中心，河南鄭州，450000）

1 主要問題

小浪底反調節電站又稱西霞院電站，是黃河小浪底水利樞紐的配套工程，位于小浪底壩址下游16公里處的黃河干流上，距離洛陽市25公里。存在的主要問題如下：

（1）機組可用小時數降低。可用小時數即機組處于健康狀態可以正常使用的小時數，計算方法為：全年時間減去計劃停運時間和非計劃停運時間。小浪底反調節電站4臺機組自2008年開始投運，通過統計2009、2010年兩年每臺機組年可用小時數分別為8328小時、8360小時。2011年，7#機組年可用小時數為7988小時，與前兩年平均年可用小時數相比下降了356小時。

（2）存在安全隱患。小浪底反調節電站7#、8#機公用一條機壓母線，機壓設備小母線沒有獨立開來，7#機、8#機和公用設備檢修時，易觸及相鄰帶電部分，造成了一定的安全隱患。

（3）影響水庫調度。小浪底水庫與小浪底反調節水庫目前采用的是兩庫聯合聯合調度的方式。小浪底電站是河南省最大的調峰電站，由于機組出力調整頻繁，下泄流量差別較大，小浪底反調節水庫是日調節水庫，總庫容為1.62億m3，機組可用小時數的減少，使得開機方式單一，小浪底水庫大大流量下泄時反調節水庫可能會造成棄水。

2 改造方案的設計實施

2.1 機制分析

為了充分利用寶貴的黃河水資源，在滿足社會效益的前提下努力提高經濟效益，迫切需要找出7#機年可用小時數降低的原因。針對西霞院7#機組年可用小時數不高的狀況，對比其他機組全年的運行維護情況，在對8#機組檢修記錄和安全措施進行核查后，發現7#機組停機是因為8#機組正進行為期75天的計劃性A級檢修，影響了7#機可開機的時間。其根本原因是7#、8#機組柜頂小母線接線存在問題，7#/8#機柜頂小母線原接線。

小浪底反調節電站7#、8#機公用一條10KV母線，機壓設備室在同一間廠房，當時設計因為一次高壓設備布置在一起，二次設備柜頂小母線設計時有些不合理的地方。機壓設備柜頂小母線的主要供電負荷有供繼電器，儀表、信號指示、操作開關等元器，負荷總量相對較小。

2.2 改造技術方案

由上述機制原因分析可知，需對7#、8#機組柜頂接線方式進行改造，解決小母線冗余電源不獨立的問題。改造中主要是通過拆除相互影響多余的電氣連接，實現電源接入點的獨立。（1）斷開公用設備廠用1回路與廠用2回路的電氣連接，斷開公用設備廠用2回路與1#主變低壓側PT柜之間的電氣連接，斷開了1#主變低壓側PT柜與8#機機壓設備柜之間的連接。

（2）將公用設備廠用1回路VCB柜的3個開關DK1、DK2、DK3三個空氣開關通過新增加的電纜從廠用400V配電室和繼保室直流盤單獨接入電源。在公用設備廠用2回路VCB柜增加DK4、DK5、DK6三個空氣開關通過電纜從廠用400V配電室和繼保室直流盤單獨接入電源。在1#主變低壓側PT柜增加兩個空氣開關DK7、DK8通過新加電纜從廠用400V配電室和繼保室直流盤單獨接入電源。樣機拆除了壓設備室柜頂小母線之間的多余電氣連接，相互之間的電源也相互獨立。

2.3 組織實施

（1）現場設備清查統計，經過仔細查圖和現場核對設備，編制設備參數清單，統計出柜頂小母線負荷設備，計算出所需電源容量，并選擇相應型號的空氣開關及電纜。電源點的選擇本著容量可擴展、位置就近、負荷平衡、安全可靠的原則。

（2）現場勘察地形，在現場通過對電纜洞、電纜溝、電纜架實地勘察和測量，發現了在實際施工中將會遇到一些問題，經匯報領導和與維護人員溝通后最終得以解決。并對盤柜內的可用空間進行測量，標畫準確方位，做到新設備增加后整體布局合理、整潔美觀、便于維護。

（3）根據設計方案和現場數據進行現場施工，改造施工過程由運行維護人員共同完成。電源改造改線情況,所有改造新加電纜布置完畢，新加空氣開關安裝到位，再對照編制的接線圖進行接線。棄用原有電纜中11根電纜，斷開這些電纜的兩端接線，重新布置14根電纜，增加5個同型號的空氣開關。改造后的柜頂小母線電源形成7#機組機壓設備、8#機組機壓設備和7#、8#機組機壓設備公用各部分獨立運行的形式。

3 效益分析

3.1 安全效益

機壓設備柜頂小母線的負荷為控制、信號、照明等，沒有大的負荷，電壓等級為220V交流和220V直流的低壓，改造使用的電纜、開關均有較大的冗余量，完全可以滿足需要。改造后形成7#、8#機組柜頂小母線電源均從各自的機旁動力盤和機旁直流負荷屏取，中間公用部分從繼保室直流負荷屏和400V配電室取，三部分相對獨立，中間公用部分1#隔離變進線或1#主變低壓側共箱母線PT柜或F1021開關柜也相對獨立。大修一臺機組或檢修中間公用部分中任意一設備時都能保證檢修間隔徹底斷電，發電設備的可靠率提高，設備檢修時的安全隱患徹底消除，保證設備、人員安全。自7#、8#機柜頂小母線改造完成后，未發生一起與其相關的人身傷害、設備損壞的事故。

3.2 經濟效益

3.2.1 改造成本計算

（1）人工：共需要15個人工工時；根據河南省建筑工程標準定額文件，豫建標定[2012]11號，電工人工單價為71元，人工費用Cr為71×15= 0.11萬元。

（2）材料：電纜16520元；開關5136元； 材料費用Cc為16520+5136=2.17萬元改造成本費用共計C q為C q=Cc+Cr=16520+5136+1065=2.27萬元。

3.2.2 發電效益計算

7#、8#機柜頂小母線改造后，7#、8#機兩臺機大修時可以做到互不影響，7#機可用小時數有了明顯增加增加。機組可用小時數計算方法為：

Hk =Hq—Hj —Hf

式中：Hk為機組可用小時數；Hq為全年時間；Hj為計劃停運時間；Hf為非計劃停運時間。

根據實際統計7#機組年可用小時數2011年的7988小時提高到2012年的8353小時，提高了365個小時，大約15天的時間。7#、8#機組柜頂小母線改造后，7#、9#、10#機組年可用小時數統計表如下（因2008年機組剛開始投運受不確定影響因素多未進行統計，8#機進行過A級大修也未進行對比參考）：

反調節電站機組每四年A級檢修一次，避免8#機檢修造成7#機15天不能并網發電，同時也避免了7#機組檢修造成8#機15天不能并網發電。

兩臺機組共可增加可用小時數H1為24×15×2=720小時，全年機組實際利用小時數Hs與可用小時數Hk的比r為=3084.3/7988=0.3688，按此機組利用率兩臺機組共可增加小時數HZ=H1×r=278小時，則15天2臺機電量產生發電效益Qz為Qz =HZ×V=278×3.5×0.312元=303.58萬元。

3.3.3 凈效益計算

因為每四年可以避免2次機組大修影響機組可用小時數減少的情況，每年產生凈經濟效益Q1為=（303.58 -2.17）萬元/4=75.35萬元

(注：反調節機組單機容量為3.5萬kW.h，3084.3為2012年7#機組年利用小時數，上網電量價格為0.312元/kW.h)

3.3 社會效益

水電作為一種綠色能源，機組可用小時提高喲后增加了水能利用率，減少其他傳統能源的消耗，取得了一定的社會效益。小浪底電站作為河南電網唯一一座大容量的調峰電站在河南電網中起著重要作用，自2009年以來，小浪底、西霞院梯級水庫聯合調度運用。機組可用小時數的提高，方面了兩庫聯合運用，大大提高了小浪底的運行效率和調峰效益。

4 結語

通過對比分析找到7#機可用小時數降低原因，進而提出7#、8#機柜頂小母線改造方案，又將7#機可用小時數提高到到正常水平。這次電氣改造項目提升了電廠機組設備的安全健康水平，避免了黃河大流量下泄而棄水造成水資源的浪費，增強了小浪底電站的調峰能力。通過一年多的運行情況證明改造效果良好，并取得了明顯的經濟效益、安全效益和社會效益，對于同樣接線方式電站有一定的借鑒意義。

[1] 張利新.西霞院工程建設與管理[J].人民黃河,2009,31（10）：1-2.

[2] 呂元龍,成超,李銀鐺等.西霞院電站投產初期的運行管理經驗總結[J].水利科技與經濟,2008,14（5）：349-350。

[3] 白濤,暢建霞,方建熙,等.小浪底、西霞院梯級水電站短期調峰調度研究[J].水力發電學報,2012,31(8)：83-88