小浪底水電站廠房照明系統(tǒng)優(yōu)化分析

韓宏斌 陳 健 王丹陽 金 洋 王帥琦

（黃河水利水電開發(fā)總公司運行部，河南濟源459017）

0 引言

在水利樞紐的水工建筑物中，地下廠房照明尤為重要，照明設備質(zhì)量及其控制方式都對樞紐電站安全生產(chǎn)運行起著至關(guān)重要的作用。小浪底水電站位于河南省洛陽市以北30 km黃河中游最后一段峽谷出口處，安裝6臺300 MW的混流式水輪發(fā)電機組，電站于2000年投產(chǎn)發(fā)電。隨著時間推移，電站地下廠房目前使用照明燈具類型老舊，照明規(guī)劃存在諸多弊端，開關(guān)控制方式復雜，不便于進行系統(tǒng)化管理，且維護費用高，已不能滿足當今節(jié)能環(huán)保要求，對小浪底地下廠房照明進行優(yōu)化勢在必行。

1 前期分析工作

據(jù)統(tǒng)計，小浪底水電站地下廠房照明平均負荷為276 kW，每年用于照明的電量約242萬kW·h。幾年來小浪底水電站地下廠房照明電量在整個廠用電中的比例如表1所示。

表1 小浪底水電站照明用電占廠用電比例表

如表1所示，電站廠用電中約19%的電量用于廠房照明，考慮到廠房中照明富余以及在不經(jīng)常工作地點24 h保持高強度照明對能源的浪費情況，可通過照明優(yōu)化來減少廠用電量。

2 小浪底地下廠房照明現(xiàn)狀特點及優(yōu)化思路

2.1 燈具類型、布置及安裝方式

小浪底水電站地下廠房主要由發(fā)電機層、母線層、水輪機層、主變室、空壓機室、地下副廠房、高壓電纜層及電纜洞、104廊道及檢修排水泵房、120廊道及滲漏泵房、121廊道、17#交通洞等構(gòu)成。目前使用的燈具主要包括金屬鹵化物工礦燈、金屬鹵化物雙端石英燈、熒光燈、吸頂燈等。工礦燈主要安裝于發(fā)電機層頂部、17#交通洞頂部以及104泵房內(nèi)頂部；雙端石英燈的應用較為廣泛，主要安裝于母線層頂部、母線洞內(nèi)頂部、水輪機層頂部、水車室側(cè)壁墻洞內(nèi)等場所；熒光燈從使用數(shù)量到使用范圍都是最多的，既安裝于發(fā)電機層墻壁柱體內(nèi)、母線層墻壁、水輪機層墻壁上充當輔助照明，又安裝于各配電室內(nèi)、電纜夾層頂部、電纜洞頂部做工作照明，還安裝于120廊道、104廊道頂部提供廊道照明；吸頂燈主要用于各樓梯照明。

2.2 照明強度分布

目前小浪底水電站地下廠房內(nèi)對發(fā)電機層、母線層、水輪機層、主變室的照明強度要求較高，均使用高功率金屬鹵化物燈作為主要照明，使用雙管熒光燈作為輔助照明；其他區(qū)域照明強度要求較低，一般采用熒光燈照明。廠內(nèi)所有照明均保持24 h常亮的方式運行。

依據(jù)表2將廠房各區(qū)域照明負荷電量消耗從高到低依次排列，發(fā)現(xiàn)廠房內(nèi)對日常照明強度要求不高的區(qū)域存在著嚴重浪費情況，需重點考慮對這些區(qū)域的照明進行優(yōu)化。

表2 照明系統(tǒng)分布、參數(shù)統(tǒng)計表

3 照明燈具優(yōu)化

3.1 金屬鹵化物燈具優(yōu)化

金屬鹵化物燈的功率較高，在整個照明系統(tǒng)用電量占比大，同時該燈又是小浪底地下廠房內(nèi)主要工作照明，是不可輕易切斷的重要負荷。對其改造思路有如下三種：

（1）在滿足各區(qū)域照明的前提下切斷部分金屬鹵化物燈。改造部分區(qū)域照明接線并增設開關(guān)，施工難度中等，一次性投入較少，效益中等。

（2）在白天和夜晚通過開關(guān)控制金屬鹵化物燈，來保證工作時段及非工作時段的照明。無需對設備進行改造，無投入，增加運行人員工作量，加快鹵化物燈老化速度，效益中等。

（3）將金屬鹵化物燈改造為LED工礦燈。施工難度大，一次性投入大，需專業(yè)團隊設計施工，效益高。

3.2 熒光燈具改造

熒光燈功率較小，多用于非重要負荷及廊道照明，分布范圍較廣，使用數(shù)量龐大，存在嚴重的浪費情況，考慮將廠房內(nèi)熒光燈作為重要改造項目。對其改造思路如下：

（1）在非重要負荷區(qū)域通過開關(guān)關(guān)閉部分熒光燈，只保留應急照明，有工作時，將其打開保證工作照明。無需對設備進行改造，無投入，增加運行人員工作量，效益中等。

（2）改造部分線路及開關(guān)，在滿足照明需求的前提下切除各廊道及一些非重要負荷區(qū)域熒光燈。改造部分區(qū)域照明接線并增設開關(guān)，施工難度中等，一次性投入較少，效益中等。

（3）將熒光燈改造為LED節(jié)能燈。施工難度大，一次性投入大，需專業(yè)團隊設計施工，效益高。

4 照明改造可行性方案

統(tǒng)籌上述照明改造思路，結(jié)合小浪底水電站地下廠房實際情況，給出以下兩種可行的改造方案，兩種方案存在遞進關(guān)系，后者是在前者的基礎(chǔ)上進行改進。

4.1 方案一：基于電站廠房內(nèi)現(xiàn)有照明線路及開關(guān)的自動化改造

（1）統(tǒng)計全廠開關(guān)控制區(qū)域，照明強度過剩區(qū)域?qū)⒉糠譄艟咴O置為常閉。

（2）摸排全廠照明布線情況，對發(fā)電機層、水輪機層、母線層、120廊道、121廊道、104廊道、17C廊道、30#排水洞廊道照明控制回路進行改造，使用雙回路布線，其中一條線為常亮燈供電，不設置控制開關(guān)；以一定間隔設置常亮燈，滿足日常照明需求，其余燈具使用另一條線路供電，設置自動控制開關(guān)。

由表2可知，方案一執(zhí)行后，高壓電纜夾層、17#洞等非重要區(qū)域內(nèi)過剩照明將大大減少，照明系統(tǒng)負荷同比目前下降55%，年耗電量將由現(xiàn)在的2 417 760 kW·h降至1 329 768 kW·h，節(jié)約用電量約109萬kW·h，按照小浪底水電站0.31元/kW·h上網(wǎng)電價折算，改造后預計廠用電每年可節(jié)約34萬元左右。

4.2 方案二：用LED照明燈具代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明燈具的照明優(yōu)化方案

將廠房內(nèi)金屬鹵化物燈和熒光燈改造為LED燈是最為徹底的優(yōu)化方案。將廠房內(nèi)現(xiàn)有的燈具替換為與其照度相當?shù)腖ED燈，將平均照度相似的250 W金鹵燈與80 W LED工礦燈參數(shù)進行對比，同時將平均照度相似的36 W熒光燈與12 W日光燈參數(shù)相比較，在提供同等照度的情況下LED工礦燈比金鹵燈的功率要小，同時LED工礦燈對電能的利用效率及燈具壽命都比金鹵燈要好；而對于傳統(tǒng)熒光燈，LED日光燈在各個參數(shù)上也具有很大優(yōu)勢，使用LED材質(zhì)的燈具在節(jié)約用電的同時，也可以節(jié)約大量的維護費用。

將現(xiàn)有照明燈具替換為相同照明強度的LED燈，結(jié)合方案一內(nèi)容，可以在以下兩種情況下，分別計算出將廠房內(nèi)燈具改造為對應功率LED燈后的節(jié)省電量：

（1）只替換燈具，電站照明負荷總功率總計約為94.5 kW，照明負荷總功率同比目前276 kW降低181.5 kW，即負荷同比目前下降66%；年耗電量約83萬kW·h，全年可節(jié)省電量159萬kW·h。

（2）替換燈具并改造控制回路，照明負荷總功率總計為50.6 kW，照明負荷總功率同比目前降低225.4 kW，同比目前下降82%；年消耗電量約44萬kW·h，全年可節(jié)省電量198萬kW·h。

5 結(jié)語

小浪底水電站照明系統(tǒng)有著巨大的改造空間，改造后的經(jīng)濟效益也相當可觀。隨著信息化科技的發(fā)展，電廠的管理方式必定向著智能化方向邁進。電廠照明作為智能電廠的一部分，無論是照明設備本身還是其控制系統(tǒng)也將具備智能化的功能，并可遠程調(diào)節(jié)任何區(qū)域的照明模式，從而實現(xiàn)智能控制，最大限度節(jié)約能源。

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[3]容文光，劉昆，邱海先.變電站照明設計的優(yōu)化[J].通訊世界，2014（8）：93-95.