小浪底水电站厂房照明系统优化改造

摘要：介绍了小浪底水电站厂房照明系统基本运行情况和相关弊端，提出了厂房照明优化改造方案，为厂房照明智能化、节约厂用电提供技术保障。 关键词：照明系统；优化；水电站 0 引言

在水利枢纽的水工建筑物中，地下厂房照明尤为重要，照明设备质量及其控制方式都对枢纽电站安全生产运行起着至关重要的作用。小浪底水电站位于河南省洛阳市以北30km黄河中游最后一段峡谷出口处，地下厂房安装6台300MW的混流式水轮发电机组，电站于2000年投产发电。随着时间推移，电站地下厂房目前使用照明灯具类型老旧，照明规划存在诸多弊端，开关控制方式复杂不便于进行系统化管理，耗费在厂房照明以及灯具维护上的费用已经与当今节能环保的理念相违背。在满足国家标准要求下，对小浪底地下厂房照明进行优化势在必行。

1 前期分析工作

据统计，小浪底水电站地下厂房照明多年平均负荷为276KW，每年用于照明的电量约242万度。

以下是几年来小浪底水电站地下厂房照明电量在整个厂用电中的比例：

可以看出，电站厂用电中约19%的电量用于厂房照明，考虑到厂房中照明富余以及在不经常工作地点24小时保持高强度照明灯对能源的浪费情况，可以通过照明优化来减少厂用电量。

小浪底水电站地下厂房许多区域照明控制开关位置设置不明显、不易于操作且标识不清，控制方式复杂，难以进行有效管理。

对小浪底水电站地下厂房照明系统进行改造，深入贯彻节能环保理念，建设绿色小浪底，有效提高电站精益运行水平，便于运行人员对电站进行系统化合理化管理；同时又在很大程度上减少厂用电用电率，节约发电成本。

2 小浪底地下厂房照明现状特点及优化思路 2.1 灯具类型、布置及安装方式

小浪底水电站发电厂房为地下式，主要由发电机层、母线层、水轮机层、主变室、空压机室、地下副厂房、高压电缆夹层及电缆洞、104廊道及检修排水泵房、120廊道及渗漏泵房、121廊道、17#交通洞等构成。

小浪底水电站目前使用的灯具类型主要包括金属卤化物工矿灯，金属卤化物双端石英灯，荧光灯，吸顶灯等。

工矿灯主要安装于发电机层顶部、17#交通洞顶部、以及104泵房内顶部；照明强度高，启动过程缓慢。

双端石英灯的应用较为广泛，主要安装于母线层顶部、母线洞内顶部、水轮机层顶部、水车室侧壁墙洞内等场所；照明强度高，启动过程缓慢。

荧光灯从使用数量到使用范围都是最多的，既安装于发电机层墙壁柱体内、母线层墙壁、水轮机层墙壁上充当辅助照明，又安装于各配电室室内、电缆夹层顶部、电缆洞顶部当做工作照明，还安装于120廊道、104廊道顶部提供廊道照明；照明强度中等，启动迅速。 吸顶灯主要用于各楼梯照明；照明强度中等，启动迅速。 2.2 照明强度分布

目前小浪底水电站地下厂房内对发电机层、母线层、水轮机层、主变室的照明强度要求较高，均使用高功率金属卤化物灯作为主要照明，使用双管荧光灯作为辅助照明。其他区域照明强度要求较低，一般采用荧光灯照明。厂内所有照明均保持24小时常亮的方式运行。 厂房内各区域照明功率比例统计如下表2：

厂房内照明负荷电量消耗从高到低依次为发电机层、17#交通洞、母线层、水轮机层、地下厂房副楼、主变区域、开关站、高压电缆夹层及电缆洞、104及120及121廊道、空压机及照明变、场外油库。可以看出在厂房内对日常照明强度要求不高的区域存在着对照明用电量的严重浪费情况，需要着重考虑对这些区域的照明进行优化。 3 照明灯具及控制方式优化 3.1 灯具优化

3.1.1金属卤化物灯具优化

金属卤化物灯的功率较高，占据整个照明系统用电量的绝大部分，同时金属卤化物灯又是小浪底水电站地下厂房内主要工作照明，是不可轻易切断的重要负荷。对其改造思路有如下三种：

（1）在保证各区域正常工作足够照明的前提下切断部分金属卤化物灯。改造部分区域照明接线以及增设开关，施工难度中等，一次性投入较少，效益中等。

（2）在白天和夜晚通过开关控制金属卤化物的通断来保证工作时段的照明充足以及夜晚非工作时段的应急照明。无需对设备进行改造，无投入，增加运行人员工作量，加快卤化物灯老化速度，效益中等。

（3）将金属卤化物灯改造为LED工矿灯。施工难度大，一次性投入大，需专业团队设计施工，效益高。

3.1.2荧光灯具改造

荧光灯功率相对较小，多用于非重要负荷以及廊道的照明，但其分布范围较广，使用数量庞大，且存在严重的浪费情况，应将厂房内荧光灯作为重要改造项目。对其改造思路如下： （1）在非重要负荷区域通过现有开关关闭部分荧光灯只保留应急照明，如有工作时，将其打开保证工作照明。无需对设备进行改造，无投入，增加运行人员工作量，效益中等。 （2）改造部分线路及开关，在保证需求用照明的情况下以一定间隔切除各廊道等非重要负荷区域荧光灯。改造部分区域照明接线以及增设开关，施工难度中等，一次性投入较少，效益中等。

（3）将荧光灯改造为LED节能灯。施工难度大，一次性投入大，需专业团队设计施工，效益高。

3.2 控制优化

目前小浪底水电站厂房内没有照明控制开关的区域主要包括：120廊道、121廊道、104廊道。

有照明控制开关但开关控制范围较大，切断后整片区域失去照明，无法实现精细分段控制的区域主要包括：母线层、母线洞、水轮机层、水车室内、17C交通洞、120渗漏泵房、104检修排水泵房。

同时小浪底水电站厂房内现有开关均没有较为明确的编号标识和统一的管理体系，多数开关控制方式无法实现优化运行的要求，只能一直保持开启，无法控制。对其改造思路如下： （1）将开关设置在廊道进出口或者房间门口；

（2）对分工时、闲时照明的区域，改造开关形状使其便于操作；

（3）每个工作区域只保留开关开启时所有工作照明在亮，关闭时只保留强度较低的闲时照明；

4 照明改造可行性方案

统筹上述照明改造思路，并结合小浪底水电站地下发电厂房实际情况，现给出以下两种可行性改造方案，两种方案存在递进关系，后者是在前者的基础上进行改进。 4.1 方案一：基于电站厂房内现有照明线路及开关的自动化改造 4.1.1方案一内容

（1）统计全厂开关控制区域，统计照明强度过剩区域，将该区域部分灯具设置为常闭； （2）实地考察全厂照明布线情况，改造发电机层、水轮机层、母线层、120廊道、121廊道、104廊道、17C廊道、30#排水洞廊道灯具布线，使用双线路布线，以一定间隔设置常亮灯，以满足日常工业监视照明需求，其中一条线为该常亮灯供电，不设置控制开关；其余剩余灯具使用另一条线路供电，设置自动控制开关并增加定时启闭功能；

（3）如遇该区域临时工作时，工作人员可将该区域未自动开启灯具对应开关手动打开，

以满足工作照明需求。

方案一执行后，对于高压电缆夹层、17#洞、17C洞等非重要区域内过剩照明将大大减少，小浪底水电站厂房照明系统负荷同比目前下降55%，年耗电量将由现在的2748432.48KWh降至1287089.28KWh，节约用电量约186万KWh，按照小浪底水电站每千瓦时0.31元上网电站折算，改造后预计电站厂用电系统每年可节约58万人民币左右的效益。 4.1.2方案一优势及存在问题

方案一仅针对小浪底水电站厂房内现有设备进行优化管理，关闭过剩照明，通过改造部分线路及开关以及添加定时启闭功能，实现自动化照明控制，以达到节约部分照明用电量的目的。

方案优势：大大节省了人力投入，针对厂房内闲时和工作时段对照明强度要求不同的特点来规划照明灯具的启闭情况，有效保障工作得正常进行，同时又能在最大程度上节约电量。前期投入较少，施工较为简单，耗费时间中等，节电效益中等。

方案劣势：对开关及线路改造复杂，同时仍未彻底解决照明灯具老旧及功率过大问题，且施工期间对厂内照明有所影响。

4.2 方案二：用LED照明灯具代替传统照明灯具的照明优化方案

将厂房内金属卤化物灯和荧光灯改造为LED灯是最为彻底和长远的照明优化方案，将厂房内现有的灯具替换为与其照度相当的LED灯，需要专业的计算和设计，这里只给出大致的替换建议。

4.2.1 灯具选择

将平均照度相似的250W金卤灯与80WLED工矿灯参数进行对比，同时将平均照度相似的36W荧光灯12W日光灯参数相比较，数据如表4：

可以看出在提供同等照度的情况下LED工矿灯比金卤灯的功率要小得多，同时LED工矿灯对电能的利用效率及灯具寿命都比金卤灯要好得多；而对于传统荧光灯，LED日光灯在各个参数上也是具有很大优势使用LED材质的灯具在节约用电的同时，也可以节约大量的灯具维护费用。

4.2.2方案二内容

将现有照明灯具替换为相同照明强度的LED灯。结合方案一内容，可以在以下2种情况下，分别计算出将厂房内灯具改造为对应功率LED灯后的节省电量。

（1）只替换灯具：只将现有灯具改造为LED灯具时，电站照明负荷总功率总计约为94.5kW，照明负荷总功率同比目前275kW降低180.5kW，即负荷同比目前下降66%；年耗电量约83万度，全年可节省电量159万kWh。

（2）替换灯具并执行方案一：将现有灯具改造为LED灯具，同时执行方案一时，照明负荷总功率总计为50.6kW，照明负荷总功率同比目前降低225.4kW，同比目前下降82%，年消耗电量约44万度，全年可节省电量198万kWh。 4.2.3方案二优势及存在问题

方案二的优化内容主要为改造全厂照明灯具，是具有专业规划设计并实施的长远而彻底的改造方式。

方案优势：改造彻底，可以极大的解决电厂照明对电能的浪费，同时也极大得的节省照明维护费用，长远效益高。

方案劣势：需进行专业考察设计，施工时间长，施工期间对电厂运行影响较大。一次性投入过高，收回成本时间长。 建议

小浪底水电站照明系统有着巨大的改造空间，改造后的经济效益也相当可观。随着信息化科技的发展，电厂的管理方式必定向着智能化电厂方向迈进。电厂照明作为智能电厂的一部分，无论是照明设备本身还是其控制系统也将具备智能化的功能。智能化照明体系可以针对全厂任何区域制定适合该区域的照明方式，将保障工作与节约电能和谐的统一起来，同时也需建立完善的一体式管理终端，可以在电站中控室管理终端远方对全厂照明进行实时控制，根据需要开启或关闭任一区域照明，并可远程调节任何区域照明为全照明、基本照明和节能照明模式，从而实现智能控制，最大限度节约能源。