小浪底反调节电站电气改造技术及效益分析

刘焕虎，田武慧，王国清，刘 耀

（1、河海大学水利水电学院，江苏南京，210098；2、水利部小浪底水利枢纽管理中心，河南郑州，450000）

1 主要问题

小浪底反调节电站又称西霞院电站，是黄河小浪底水利枢纽的配套工程，位于小浪底坝址下游16公里处的黄河干流上，距离洛阳市25公里。存在的主要问题如下：

（1）机组可用小时数降低。可用小时数即机组处于健康状态可以正常使用的小时数，计算方法为：全年时间减去计划停运时间和非计划停运时间。小浪底反调节电站4台机组自2008年开始投运，通过统计2009、2010年两年每台机组年可用小时数分别为8328小时、8360小时。2011年，7#机组年可用小时数为7988小时，与前两年平均年可用小时数相比下降了356小时。

（2）存在安全隐患。小浪底反调节电站7#、8#机公用一条机压母线，机压设备小母线没有独立开来，7#机、8#机和公用设备检修时，易触及相邻带电部分，造成了一定的安全隐患。

（3）影响水库调度。小浪底水库与小浪底反调节水库目前采用的是两库联合联合调度的方式。小浪底电站是河南省最大的调峰电站，由于机组出力调整频繁，下泄流量差别较大，小浪底反调节水库是日调节水库，总库容为1.62亿m³，机组可用小时数的减少，使得开机方式单一，小浪底水库大大流量下泄时反调节水库可能会造成弃水。

2 改造方案的设计实施

2.1 机制分析

为了充分利用宝贵的黄河水资源，在满足社会效益的前提下努力提高经济效益，迫切需要找出7#机年可用小时数降低的原因。针对西霞院7#机组年可用小时数不高的状况，对比其他机组全年的运行维护情况，在对8#机组检修记录和安全措施进行核查后，发现7#机组停机是因为8#机组正进行为期75天的计划性A级检修，影响了7#机可开机的时间。其根本原因是7#、8#机组柜顶小母线接线存在问题，7#/8#机柜顶小母线原接线。

小浪底反调节电站7#、8#机公用一条10KV母线，机压设备室在同一间厂房，当时设计因为一次高压设备布置在一起，二次设备柜顶小母线设计时有些不合理的地方。机压设备柜顶小母线的主要供电负荷有供继电器，仪表、信号指示、操作开关等元器，负荷总量相对较小。

2.2 改造技术方案

由上述机制原因分析可知，需对7#、8#机组柜顶接线方式进行改造，解决小母线冗余电源不独立的问题。改造中主要是通过拆除相互影响多余的电气连接，实现电源接入点的独立。（1）断开公用设备厂用1回路与厂用2回路的电气连接，断开公用设备厂用2回路与1#主变低压侧PT柜之间的电气连接，断开了1#主变低压侧PT柜与8#机机压设备柜之间的连接。

（2）将公用设备厂用1回路VCB柜的3个开关DK1、DK2、DK3三个空气开关通过新增加的电缆从厂用400V配电室和继保室直流盘单独接入电源。在公用设备厂用2回路VCB柜增加DK4、DK5、DK6三个空气开关通过电缆从厂用400V配电室和继保室直流盘单独接入电源。在1#主变低压侧PT柜增加两个空气开关DK7、DK8通过新加电缆从厂用400V配电室和继保室直流盘单独接入电源。样机拆除了压设备室柜顶小母线之间的多余电气连接，相互之间的电源也相互独立。

2.3 组织实施

（1）现场设备清查统计，经过仔细查图和现场核对设备，编制设备参数清单，统计出柜顶小母线负荷设备，计算出所需电源容量，并选择相应型号的空气开关及电缆。电源点的选择本着容量可扩展、位置就近、负荷平衡、安全可靠的原则。

（2）现场勘察地形，在现场通过对电缆洞、电缆沟、电缆架实地勘察和测量，发现了在实际施工中将会遇到一些问题，经汇报领导和与维护人员沟通后最终得以解决。并对盘柜内的可用空间进行测量，标画准确方位，做到新设备增加后整体布局合理、整洁美观、便于维护。

（3）根据设计方案和现场数据进行现场施工，改造施工过程由运行维护人员共同完成。电源改造改线情况,所有改造新加电缆布置完毕，新加空气开关安装到位，再对照编制的接线图进行接线。弃用原有电缆中11根电缆，断开这些电缆的两端接线，重新布置14根电缆，增加5个同型号的空气开关。改造后的柜顶小母线电源形成7#机组机压设备、8#机组机压设备和7#、8#机组机压设备公用各部分独立运行的形式。

3 效益分析

3.1 安全效益

机压设备柜顶小母线的负荷为控制、信号、照明等，没有大的负荷，电压等级为220V交流和220V直流的低压，改造使用的电缆、开关均有较大的冗余量，完全可以满足需要。改造后形成7#、8#机组柜顶小母线电源均从各自的机旁动力盘和机旁直流负荷屏取，中间公用部分从继保室直流负荷屏和400V配电室取，三部分相对独立，中间公用部分1#隔离变进线或1#主变低压侧共箱母线PT柜或F1021开关柜也相对独立。大修一台机组或检修中间公用部分中任意一设备时都能保证检修间隔彻底断电，发电设备的可靠率提高，设备检修时的安全隐患彻底消除，保证设备、人员安全。自7#、8#机柜顶小母线改造完成后，未发生一起与其相关的人身伤害、设备损坏的事故。

3.2 经济效益

3.2.1 改造成本计算

（1）人工：共需要15个人工工时；根据河南省建筑工程标准定额文件，豫建标定[2012]11号，电工人工单价为71元，人工费用Cr为71×15= 0.11万元。

（2）材料：电缆16520元；开关5136元； 材料费用Cc为16520+5136=2.17万元改造成本费用共计C q为C q=Cc+Cr=16520+5136+1065=2.27万元。

3.2.2 发电效益计算

7#、8#机柜顶小母线改造后，7#、8#机两台机大修时可以做到互不影响，7#机可用小时数有了明显增加增加。机组可用小时数计算方法为：

Hk =Hq—Hj —Hf

式中：Hk为机组可用小时数；Hq为全年时间；Hj为计划停运时间；Hf为非计划停运时间。

根据实际统计7#机组年可用小时数2011年的7988小时提高到2012年的8353小时，提高了365个小时，大约15天的时间。7#、8#机组柜顶小母线改造后，7#、9#、10#机组年可用小时数统计表如下（因2008年机组刚开始投运受不确定影响因素多未进行统计，8#机进行过A级大修也未进行对比参考）：

反调节电站机组每四年A级检修一次，避免8#机检修造成7#机15天不能并网发电，同时也避免了7#机组检修造成8#机15天不能并网发电。

两台机组共可增加可用小时数H1为24×15×2=720小时，全年机组实际利用小时数Hs与可用小时数Hk的比r为=3084.3/7988=0.3688，按此机组利用率两台机组共可增加小时数HZ=H1×r=278小时，则15天2台机电量产生发电效益Qz为Qz =HZ×V=278×3.5×0.312元=303.58万元。

3.3.3 净效益计算

因为每四年可以避免2次机组大修影响机组可用小时数减少的情况，每年产生净经济效益Q1为=（303.58 -2.17）万元/4=75.35万元

(注：反调节机组单机容量为3.5万kW.h，3084.3为2012年7#机组年利用小时数，上网电量价格为0.312元/kW.h)

3.3 社会效益

水电作为一种绿色能源，机组可用小时提高哟后增加了水能利用率，减少其他传统能源的消耗，取得了一定的社会效益。小浪底电站作为河南电网唯一一座大容量的调峰电站在河南电网中起着重要作用，自2009年以来，小浪底、西霞院梯级水库联合调度运用。机组可用小时数的提高，方面了两库联合运用，大大提高了小浪底的运行效率和调峰效益。

4 结语

通过对比分析找到7#机可用小时数降低原因，进而提出7#、8#机柜顶小母线改造方案，又将7#机可用小时数提高到到正常水平。这次电气改造项目提升了电厂机组设备的安全健康水平，避免了黄河大流量下泄而弃水造成水资源的浪费，增强了小浪底电站的调峰能力。通过一年多的运行情况证明改造效果良好，并取得了明显的经济效益、安全效益和社会效益，对于同样接线方式电站有一定的借鉴意义。

[1] 张利新.西霞院工程建设与管理[J].人民黄河,2009,31（10）：1-2.

[2] 吕元龙,成超,李银铛等.西霞院电站投产初期的运行管理经验总结[J].水利科技与经济,2008,14（5）：349-350。

[3] 白涛,畅建霞,方建熙,等.小浪底、西霞院梯级水电站短期调峰调度研究[J].水力发电学报,2012,31(8)：83-88