水電站節能降耗的設計措施

張憲林，茍 敏

(1.中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081，2.貴州省水利水電工程移民局，貴州 貴陽 550004)

1 工程簡介

某水電站的電站地下廠房中共設計了10臺容量為650MW的水輪發電機組，機組的額定水頭為188m，最大水頭為215m。最小水頭為153m，年平均的發電量為238.1*108KW/h，調節庫的總容量為114.1*108m3，水庫主要用來發電、發展旅游業、改善航運、農田防洪等，具有綜合利用的價值。

2 水電站節能降耗的效益分析

在大多數的水電站建設過程中，主要把水能和煤炭作為主要的能量來源，而煤炭作為我國一種重要的能源主體，儲存數量是非常有限的。在科學技術的不斷發展下，已經從煤中提煉出來了非常多的稀有貴重元素和一百多種副產品，而且這些貴重元素和副產品是經濟建設和人民日常生活中不可或缺的物質。目前，我國對煤炭資源的利用率并不高，多數的煤炭資源只是被燃燒掉，為了降低對煤炭資源的開采速度。減少對煤炭資源的浪費，提高煤炭資源的可持續利用率，就需要對煤炭資源進行保護。此水電站的裝機容量為5855MW，在電站建設好以后，每年可以節省煤炭790.2萬噸。而且水電站的建設還可以減少各地污染物和溫室氣體的排放，降低二氧化碳的排放量，經過計算證明水電站每年可以降低23.4萬噸SO2的排放量、1892.9萬噸CO2的排放量和8.79萬噸NO2的排放量，可以有效的防止酸雨的形成。

3 水電站節能降耗的設計措施

在對水電站的設備機械能選擇的過程中，要按照節能、低損耗、高效、舒適、有利于環境保護、安全等基本原則進行選取，在選擇水電站主機設備的參數時，要對比類似的設備和工程，在選擇的過程中，要考慮節省能耗和提升效率的基本要求。

3.1 水輪發電機的參數選擇

(1)定子鐵芯的設計。使用高導磁率、高質量、機械性能良好、無時效性、低損耗的進口冷軋薄硅鋼進行沖片疊裝成定子鐵芯。扇形片沖壓成形后，要對其進行磨光和去毛刺，為了降低渦流的損耗，要使用F級絕緣漆對兩面進行涂抹，為了提升鐵心的強度，降低端部附加損耗和鐵心的振動，要使用膠水把F級環氧硅鋼片粘結成一個整體。在布置定子鐵芯內部的通風槽時，要保證空氣流通的平穩性、通暢性，確保鐵心冷卻的高效性、充分性和均勻性，要把風阻損耗降到最低。為了降低損耗，要使用非磁性材料支撐通風溝的撐條，在設計繞組時，要把環流引起的發熱量和熱損耗降到最低，在定子線的匯流排、棒端部、中性點和引出線的四周使用非磁性的材料進行支撐，從而來避免出現電磁感應發熱的情況。(2)設計發電機的技術參數。要對功率因數、額定電壓等技術參數進行設計，為了降低絕緣材料和有效材料的使用量，要對電機電磁設計的經濟性進行詳細的考慮，選擇合理的槽電流，發電機的額定效率要控制在98.8%以上，加權平均效率要控制在98.6%以上。

3.2 水輪機的選擇

在選擇水輪機時，加權平均效率要在93.6%以上，要把最高效率控制在96.3%以內，在水輪機上設置圓筒閥，可以有效的降低導水機構停機期間的磨耗和空隙，提高水輪機檢修的周期。除了可以降低導水葉漏水的電量損失外，還可以提高機組運行的可靠性、靈活性和速度。在發電的初期，水電站水輪機的漏水量為 1.3m3/s，8000 小時后漏水量為 1.8m3/s，安裝圓筒閥后，在停機時，關圓筒和關導葉的漏水量只有45L/s。每年可以降低2.22億m3的漏水量。

3.3 變壓器的設計

(1)選擇10型電力變壓器，使用優質低損耗冷軋取向硅鋼片疊制來作為鐵芯，為了降低變壓器的損耗。要使用精煉銅線來制作繞組，要對噪音水平進行控制，最大限度的降低對環境造成的影響。(2)由于水冷卻的散熱效率比較高，可以節省材料的使用，降低變壓器自身的大小，所以可以使用單相式冷變壓器作500KV主變壓器。

3.4 離相封閉母線

對母線進行離相封閉，因為外殼具有屏蔽的效果，減少了母線四周鋼結構發熱損耗的情況。由于電站發電機的電壓為18kV，電機容量為650MW。額定的電流為2316A，當發電機欠壓5%帶額定的負荷時，持續工作電流為24324A，在對母線進行自然冷卻離相封閉時，可以選擇25000A來作為額定電流，保留適當的充裕度，可以降低損耗，減少母線的散熱量。

3.5 輔助系統的設計

(1)為了降低濾水器、供水泵等設備的容量，減少冷卻水量的要求，要盡量使用熱效率高的產品作為主變壓器水/油冷卻器、發電機空氣冷卻器的輔助設施，進而達到降低廠用電負荷的目的，輔助設備的電動機要盡量選擇效率高的電動及，從而達到降低無功損耗，提升電動機功率因素的目的。(2)此水電站使用公用設備控制系統，確保所有的輔助設備都處于最佳的節能降耗的運行狀態。為了對電動機的啟動特性進行改善，減少電動機啟動的電流，符合電站節能降耗運行的基本要求，要根據電動機的運行情況，選擇合理的啟動方式.(3)使用頂蓋取水技術作為機組的供水系統，一臺機組總冷卻水量為2167m3/h。要使用兩臺功率為200KW的水泵進行供水。頂蓋供水可以對廢水進行利用，通過使用水輪機頂蓋下方轉輪上的冠密宮的有壓漏水作為機組的供水技術，不需要額外的消耗電能和水能，投入的資金比較小、設備的使用數量不高，有良好的經濟效益。在本電站使用頂蓋取水為主，水泵供水為輔的方案每年可以為電廠省1470.6*104KW/h。(4)為了降低除濕機的使用量，達到節省能耗的目的，要使用保溫材料對蝸殼層結露的問題和水輪機層的問題進行解決。

3.6 機組勵磁系統的設計

(1)此水電站使用能耗低、可靠性高的微型勵磁調節器，使用電壓比較大的晶閘管作為勵磁功率單元，在工業生產中，高電壓大功率的晶閘管使用非常的廣泛，和高壓小功率晶閘管相比具有散熱性和可靠性好的特點，隨著高電壓大功率晶閘管散熱功能的不斷提高，可以有效的減少外部冷卻系統風機的容量，有效的降低了電站運行過程中的能耗。(2)選擇質量優秀、能耗小的勵磁變壓器。

3.7 照明的設計

(1)水電站使用新型的節能光源進行照明，使用材料和質量都比較好的新型材料以及電子式鎮流器對質量差的反射器進行更換，為了達到降低照明用電的使用量，降低發電對環境造成的破壞，對生態系統進行平衡，要根據場合的不同選擇合理的照明節點技術和燈具的結構。(2)在設計照明節能的措施中，要盡可能的降低配電線路電能的損耗。對于功率比較高的照明設備，可以通過在鎮流器上增加補償電容的方法來降低線損率，對配電方式進行優化，如果回路供電距離比較遠，使用三相四線對配電進行控制，和單項供電相比，線損可以降低76% ～81%。(3)和傳統的照明設備相比，新型的環保節能照明設具有節能效率高使用壽命長等方面的優點，因此要使用新型的節能設備進行照明。

3.8 通風空調的設計

(1)要盡可能使用天然的能源作為空調系統的能源，水庫中深層的低溫水，是非常好的空調系統能源，非常的實惠經濟。為了可以減少設備的投資，充分的對水庫中的水進行利用，要對水庫中水的溫度進行詳細的分析，經過分析計算，此水電站空調用水的溫度取18度，為了降低二級表制冷需要使用的冷量，節省電能的使用，可以使用水庫中的水為地下廠房中空調系統的一級表進行制冷。(2)此工程設計了進排風干道，更有利于風路的走向，在夏季使用機械+空調進行通風，過渡季節使用局部機械通風+自然通風，對廠房隧洞的降溫能力進行充分的使用，盡量使用水庫中的低溫水和自然通風進行制冷，進而達到節省用電量的目的。(3)由于此水電站的系統非常多、通風空調規模非常的大，布置點相對來說非常的分散，在廠房中機電設備的運行情況以及室外的空氣參數產生變化時，要對空調系統的通風參數進行調整，為了保證廠內設備運行的正常性，對空調用水和廠用電進行節省，此水電站使用了全廠微機監控系統，從而保證大型水電站人員和設備運行的安全性，根據機組投入運行的具體臺數對通風空調的控制系統進行調整，確保系統運行狀態的良好性。

4 結束語

此水電站經過節能降耗設計后，水電站照明設備的年用電量590.1*104KW/h水電站的水、氣、油、水以及通風空調設備年用電量3914*104kw/h，水電站的金屬結構設備、通信設備、二次設備、其他的零星用電設備的年用電量為 174.1*104KW/h。生活、辦公用電設備的用電量為279*104KW/h，水電站運行過程中，總的能耗量為4758.6*104KW/h。此水電站的年發電量為240.1*108kw/h，用電量僅為發電量的0.198%，所以此水電站在運行的過程中，能耗非常的低，達到了節能降耗的目的。

［1］楊志剛，秦楊.機組余熱供暖系統機電一體化設備研制與應用［J］.西北水電，2001，(04).

［2］李巖，付林.電廠循環水余熱利用技術綜述［J］.建筑科學，2010，(10).

［3］叢佩生.火力發電廠建筑節能設計應注意的問題［J］.吉林電力，2011，(05).