水电站节能降耗的设计措施

张宪林，苟 敏

(1.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081，2.贵州省水利水电工程移民局，贵州 贵阳 550004)

1 工程简介

某水电站的电站地下厂房中共设计了10台容量为650MW的水轮发电机组，机组的额定水头为188m，最大水头为215m。最小水头为153m，年平均的发电量为238.1*108KW/h，调节库的总容量为114.1*108m3，水库主要用来发电、发展旅游业、改善航运、农田防洪等，具有综合利用的价值。

2 水电站节能降耗的效益分析

在大多数的水电站建设过程中，主要把水能和煤炭作为主要的能量来源，而煤炭作为我国一种重要的能源主体，储存数量是非常有限的。在科学技术的不断发展下，已经从煤中提炼出来了非常多的稀有贵重元素和一百多种副产品，而且这些贵重元素和副产品是经济建设和人民日常生活中不可或缺的物质。目前，我国对煤炭资源的利用率并不高，多数的煤炭资源只是被燃烧掉，为了降低对煤炭资源的开采速度。减少对煤炭资源的浪费，提高煤炭资源的可持续利用率，就需要对煤炭资源进行保护。此水电站的装机容量为5855MW，在电站建设好以后，每年可以节省煤炭790.2万吨。而且水电站的建设还可以减少各地污染物和温室气体的排放，降低二氧化碳的排放量，经过计算证明水电站每年可以降低23.4万吨SO2的排放量、1892.9万吨CO2的排放量和8.79万吨NO2的排放量，可以有效的防止酸雨的形成。

3 水电站节能降耗的设计措施

在对水电站的设备机械能选择的过程中，要按照节能、低损耗、高效、舒适、有利于环境保护、安全等基本原则进行选取，在选择水电站主机设备的参数时，要对比类似的设备和工程，在选择的过程中，要考虑节省能耗和提升效率的基本要求。

3.1 水轮发电机的参数选择

(1)定子铁芯的设计。使用高导磁率、高质量、机械性能良好、无时效性、低损耗的进口冷轧薄硅钢进行冲片叠装成定子铁芯。扇形片冲压成形后，要对其进行磨光和去毛刺，为了降低涡流的损耗，要使用F级绝缘漆对两面进行涂抹，为了提升铁心的强度，降低端部附加损耗和铁心的振动，要使用胶水把F级环氧硅钢片粘结成一个整体。在布置定子铁芯内部的通风槽时，要保证空气流通的平稳性、通畅性，确保铁心冷却的高效性、充分性和均匀性，要把风阻损耗降到最低。为了降低损耗，要使用非磁性材料支撑通风沟的撑条，在设计绕组时，要把环流引起的发热量和热损耗降到最低，在定子线的汇流排、棒端部、中性点和引出线的四周使用非磁性的材料进行支撑，从而来避免出现电磁感应发热的情况。(2)设计发电机的技术参数。要对功率因数、额定电压等技术参数进行设计，为了降低绝缘材料和有效材料的使用量，要对电机电磁设计的经济性进行详细的考虑，选择合理的槽电流，发电机的额定效率要控制在98.8%以上，加权平均效率要控制在98.6%以上。

3.2 水轮机的选择

在选择水轮机时，加权平均效率要在93.6%以上，要把最高效率控制在96.3%以内，在水轮机上设置圆筒阀，可以有效的降低导水机构停机期间的磨耗和空隙，提高水轮机检修的周期。除了可以降低导水叶漏水的电量损失外，还可以提高机组运行的可靠性、灵活性和速度。在发电的初期，水电站水轮机的漏水量为 1.3m3/s，8000 小时后漏水量为 1.8m3/s，安装圆筒阀后，在停机时，关圆筒和关导叶的漏水量只有45L/s。每年可以降低2.22亿m3的漏水量。

3.3 变压器的设计

(1)选择10型电力变压器，使用优质低损耗冷轧取向硅钢片叠制来作为铁芯，为了降低变压器的损耗。要使用精炼铜线来制作绕组，要对噪音水平进行控制，最大限度的降低对环境造成的影响。(2)由于水冷却的散热效率比较高，可以节省材料的使用，降低变压器自身的大小，所以可以使用单相式冷变压器作500KV主变压器。

3.4 离相封闭母线

对母线进行离相封闭，因为外壳具有屏蔽的效果，减少了母线四周钢结构发热损耗的情况。由于电站发电机的电压为18kV，电机容量为650MW。额定的电流为2316A，当发电机欠压5%带额定的负荷时，持续工作电流为24324A，在对母线进行自然冷却离相封闭时，可以选择25000A来作为额定电流，保留适当的充裕度，可以降低损耗，减少母线的散热量。

3.5 辅助系统的设计

(1)为了降低滤水器、供水泵等设备的容量，减少冷却水量的要求，要尽量使用热效率高的产品作为主变压器水/油冷却器、发电机空气冷却器的辅助设施，进而达到降低厂用电负荷的目的，辅助设备的电动机要尽量选择效率高的电动及，从而达到降低无功损耗，提升电动机功率因素的目的。(2)此水电站使用公用设备控制系统，确保所有的辅助设备都处于最佳的节能降耗的运行状态。为了对电动机的启动特性进行改善，减少电动机启动的电流，符合电站节能降耗运行的基本要求，要根据电动机的运行情况，选择合理的启动方式.(3)使用顶盖取水技术作为机组的供水系统，一台机组总冷却水量为2167m3/h。要使用两台功率为200KW的水泵进行供水。顶盖供水可以对废水进行利用，通过使用水轮机顶盖下方转轮上的冠密宫的有压漏水作为机组的供水技术，不需要额外的消耗电能和水能，投入的资金比较小、设备的使用数量不高，有良好的经济效益。在本电站使用顶盖取水为主，水泵供水为辅的方案每年可以为电厂省1470.6*104KW/h。(4)为了降低除湿机的使用量，达到节省能耗的目的，要使用保温材料对蜗壳层结露的问题和水轮机层的问题进行解决。

3.6 机组励磁系统的设计

(1)此水电站使用能耗低、可靠性高的微型励磁调节器，使用电压比较大的晶闸管作为励磁功率单元，在工业生产中，高电压大功率的晶闸管使用非常的广泛，和高压小功率晶闸管相比具有散热性和可靠性好的特点，随着高电压大功率晶闸管散热功能的不断提高，可以有效的减少外部冷却系统风机的容量，有效的降低了电站运行过程中的能耗。(2)选择质量优秀、能耗小的励磁变压器。

3.7 照明的设计

(1)水电站使用新型的节能光源进行照明，使用材料和质量都比较好的新型材料以及电子式镇流器对质量差的反射器进行更换，为了达到降低照明用电的使用量，降低发电对环境造成的破坏，对生态系统进行平衡，要根据场合的不同选择合理的照明节点技术和灯具的结构。(2)在设计照明节能的措施中，要尽可能的降低配电线路电能的损耗。对于功率比较高的照明设备，可以通过在镇流器上增加补偿电容的方法来降低线损率，对配电方式进行优化，如果回路供电距离比较远，使用三相四线对配电进行控制，和单项供电相比，线损可以降低76% ～81%。(3)和传统的照明设备相比，新型的环保节能照明设具有节能效率高使用寿命长等方面的优点，因此要使用新型的节能设备进行照明。

3.8 通风空调的设计

(1)要尽可能使用天然的能源作为空调系统的能源，水库中深层的低温水，是非常好的空调系统能源，非常的实惠经济。为了可以减少设备的投资，充分的对水库中的水进行利用，要对水库中水的温度进行详细的分析，经过分析计算，此水电站空调用水的温度取18度，为了降低二级表制冷需要使用的冷量，节省电能的使用，可以使用水库中的水为地下厂房中空调系统的一级表进行制冷。(2)此工程设计了进排风干道，更有利于风路的走向，在夏季使用机械+空调进行通风，过渡季节使用局部机械通风+自然通风，对厂房隧洞的降温能力进行充分的使用，尽量使用水库中的低温水和自然通风进行制冷，进而达到节省用电量的目的。(3)由于此水电站的系统非常多、通风空调规模非常的大，布置点相对来说非常的分散，在厂房中机电设备的运行情况以及室外的空气参数产生变化时，要对空调系统的通风参数进行调整，为了保证厂内设备运行的正常性，对空调用水和厂用电进行节省，此水电站使用了全厂微机监控系统，从而保证大型水电站人员和设备运行的安全性，根据机组投入运行的具体台数对通风空调的控制系统进行调整，确保系统运行状态的良好性。

4 结束语

此水电站经过节能降耗设计后，水电站照明设备的年用电量590.1*104KW/h水电站的水、气、油、水以及通风空调设备年用电量3914*104kw/h，水电站的金属结构设备、通信设备、二次设备、其他的零星用电设备的年用电量为 174.1*104KW/h。生活、办公用电设备的用电量为279*104KW/h，水电站运行过程中，总的能耗量为4758.6*104KW/h。此水电站的年发电量为240.1*108kw/h，用电量仅为发电量的0.198%，所以此水电站在运行的过程中，能耗非常的低，达到了节能降耗的目的。

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［2］李岩，付林.电厂循环水余热利用技术综述［J］.建筑科学，2010，(10).

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