江口县车坝河水库工程电气节能设计

马 勇

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵阳 550002)

1 工程概况

车坝河水库坝址位于贵州省铜仁市江口县民和镇和万山区大坪乡交界处的大仿家，距离江口县约21km。车坝河水库工程任务为城乡生活和工业供水、灌溉，兼顾发电等综合利用。工程建成后到2030年，总供水量为10572万m3/年，城乡生活及工业供水量为9634万m3/a。

本工程设有2座电站：水库在大坝下游左岸设置一座坝后电站，装机容量7.5MW，多年平均发电量2124万kW·h，年利用小时数为2832h，下放环境水量7253万m3/年。在铜仁干管前端设置一座渠首电站，装机容量1.4MW，多年平均发电量490万kW·h，年利用小时数为3503h。工程共设置3座提水泵站：清塘泵站(3×0.75MW)向玉屏县中心城区供水，年供水量2358万m3,设计流量为0.949m3/s，泵站年耗电量为756.92万kW·h；挞扒洞泵站(3×1MW)向铜仁市开天-茶店组团供水，年供水量1262万m3,设计流量为0.49m3/s，泵站年耗电量为1352.01万kW·h；独角龙泵站(2×75kW)向民和乡供水，年供水量64万m3,设计流量为0.0293/s,泵站年耗电量为35.28万kW·h。

2 电气设计节能措施

2.1 供配电系统节能措施

水利工程中水电站作为清洁能源，其电能传输过程中的能耗主要体现在变压器和输电线路损耗两方面。在设计阶段尽量优选高效节能型变压器，减少变压器的负载损耗和空载损耗。输电线路的能耗表现在线路输送电能中产生的功率损耗，该损耗值与所选用的线路及输送负荷大小等因素有关，为了降低线路无功功率损耗，在输电线路截面选择时通常采用经济电流密度选择，以减少输电线路电能损耗。负荷中心尽量靠近电网变电站，减少变配电级数，缩短供电半径。

水利工程中泵站作为提水工程，其机组的运行耗电量较高，如何降低电动机的运行电耗量，成为提水泵站的重要节能措施之一。在提水泵站中，因为丰枯水期的提水扬程差异较大，通常需要调节进口阀门开度或倒开大小水泵机组。因此水泵频繁启停会带来的冲击，使水泵、电动机、阀门的故障率增加，设备的维修费用必然加大，从而造成了大量能源的浪费。在以往泵站的综合调研中，采用大功率变频器进行扬程及水流量的恒压控制，能有效实现降低能耗、节约成本，以及提高供水的质量。

在电气开关设备选择方面，本工程35kV和10kV配电装置采用KYN型手车柜，0.4kV侧选用GCS型低压开关柜，此类全封闭开关柜具有运行可靠，外形小巧等特点，取消了户外开关设备的布置，有效的减小了厂房尺寸和占地面积[1]。

在电气主接线选择方面，结合工程建设规模简化电站主接线，减少电压等级及出线回路数，降低网损和调度运行事故处理的灵活，选择可靠性高、灵活强和经济性较优的主接线方案，从而达到电气设备投资及土建投资的最优化。

2.2 厂用电系统节能措施

对于水电站来说，运行期的能量损失除在能量转换与传输中损失的电量，主要能耗为厂用电系统。因此降低厂用电率，将会对电站厂用电系统的节能功能降耗带来较大的收益。而水电站和泵站厂房由于照明、通风、排水等负荷相对较大，厂用变压器的负荷率又相对较高，厂用变压器能耗占了厂用电相当大的部分。因此选择节能型厂用变压器相当重要。对比传统硅钢干式变压器，选用节能型损耗低的环氧浇注非晶体合金干式变压器，其年损耗可降低约56%，节能效果显著。对于长距离的厂用负荷供电，可采用高压送电，从而避免低压长距离输电的损耗。

在设计电缆和导线的选择时，各线路应选择电阻率较小的铜芯导线，并在满足用电设备的工作电流、动(热)稳定性、保护配合及电压降要求的前提下，合理选择导线截面，可有效的降低线路电能损耗，节约有色金属消耗，提高配电系统综合经济效益。

2.3 电站照明系统的节能

照明作为水电站和泵站的重要电能消耗之一，站内的照明种类分为正常照明、应急照明、警卫照明和障碍照明。在设计时应当按室内的室形指数选用配光比合理的节能灯具。在保证室内照明质量的前提下，减少照明光能的损失和提高照明光能的利用，合理选择高光效节能光源、高性能灯具电气附件，同时按照站内区域划分合理选择照明方式和优化照明控制等。目前在很多大型电站中已应用LED照明装置取代传统的光源，采用新型优质材料的反射器取代质量较差的反射器。在不同的场所对照明度、视觉性、功率、密度都有不同的要求，根据使用场所合理选用先进的灯具结构等照明节电技术，以达到节约照明用电的目的。LED照明装置具有以下特点:①具有高效节能、发热量少；②坚固耐用、体积轻巧；③环境污染少；④光效高、光色纯、⑤光束集中；⑥寿命长、费用节省等特点。

除照明灯具的选择外，其照明控制方式也是节能的重要措施，因此应合理选用照明系统控制模式。采用智能照明控制系统，分区控制分级管理，通过网络系统将分布在各现场的照明控制回路连接在一起。有效合理的控制及调整照明模式、实时数据查询等，实现照明系统的高效节能。根据厂房设备间的布置结构特点，充分利用自然光线，增加玻璃窗户。室内顶棚抛光处理提高光线反射率，使用颜色较浅的墙面材料以减少光线吸收率。对厂区道路灯具，根据使用功能的不同采用分时分区控制。

2.4 控制保护系统节能措施

电气二次设备方面选用微机型继电保护及计算监控系统，以减少设备运行的电能损耗。充分利用系统软件功能，结合设备工艺，编辑LCU控制逻辑，使泵组的开停机达到快捷有效、安全可靠的流程，减少不必要的单体设备检测环节，减少泵组频繁启动的次数，从而有效延长电动机的使用寿命。

2.5 厂房防雷接地节能措施

厂房的接地网由自然接地体和人工接地体两部分组成。各级建筑物的防雷接地装置，在设计时可利用建筑物结构钢筋作为自然接地体，以节省钢材耗量。自然接地体和人工接地网之间至少用两根接地干线连接，以构成全厂接地系统。接地网之间分别通过钢管、扁钢、钢筋焊接连接。接地体采用镀锌扁钢，延长接地材料的寿命，避免时常更换带来的不便。

3 项目能耗

本工程在项目建设期主要消耗的能源为柴油、汽油和电力等。在运行期间主要提水泵站电动机组消耗电力、坝区和输水工程各种阀门消耗的柴油和电力以及管理用电等能源。

本工程的施工总工期为48个月，施工期主要为施工机械运行时所消耗的能源，经估算工程施工期的能耗总量为：电能约8222.5万kW·h、柴油约5830.27t、汽油约290.59t。运行期的主要能耗种类为电站和泵站的厂用电负荷、泵站水泵电动机组运行用电、闸门启闭室电机用电以及职工生活用能等。经估算工程运行期能耗总量为：电能约2688.18万kW·h、柴油约5t、汽油约8t。本工程建设期总能耗为19028.34tce，按工程设计寿命为50a，折算成年能源消耗为380.57tce/年。运行期年综合能耗3322.77tce/a。本工程总年综合能耗为3703.34tce。

工程项目建设期能耗总量和运行期能耗总量之和与运行期产生的国民经济净效益的比值(即工程综合能耗指标)小于当地节能计划要求的能耗指标，则可以判定项目符合节能标准要求。所以工程项目综合能耗统计计算结果直接影响对项目节能的评价。

3.1 单位产值能耗指标核定

项目建成之后国民经济效益为45238万元，项目的单位产值能耗指标如下：单位产值能耗指标=项目运行期年综合能耗÷计算国内生产总值=3703.34÷45238=0.082tce/万元

3.2 单位产值能耗指标分析

按照工程经济运行寿命期内的能源消耗和产出量，本工程的能耗指标为0.082t标准煤/万元生产总值。依据《贵州省“十三五”节能减排综合工作方案》，本工程的能耗指标满足我省“十三五”期间节能总体目标“到2020年，全省万元地区生产总值能耗下降14%(即1.62t标准煤)的要求。也满足国务院确定的“十三五”节能减排目标任务(全国万元国内生产总值能耗比2015年下降15%，即0.739t标准煤)的要求。

4 结 语

对于水利工程，建成后多主要利用水库壅水进行自流供水、灌溉和发电，工程的综合能耗指标低，在建设开发上合理。从目前较多水利工程节能数据分析中，项目建设期的能耗均较小，因此在对项目进行节能评价时应着重分析项目运行期的各项能耗指标以及所采用的降耗措施。节能措施中应积极采用新技术、新产品，设备均应选用技术先进、成熟可靠、高效率、能耗低的节能型设备，从而最大程度降低能耗。以上拙见仅供同行交流探讨，以共同做好节能设计工作为目的，为国家节能减排做出应有的贡献。