王夢(mèng)琦

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽，550002)

1 輸水工程閘(閥)門布置特點(diǎn)及供電方案比較

輸水工程線長、面廣、點(diǎn)多且分散，各類不同作用的閘(閥)門品種、數(shù)量繁多，這些閘(閥)門能否安全可靠運(yùn)行，直接關(guān)系著城鄉(xiāng)廣大居民的生活用水以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水安全問題。水利工程輸水工程往往位于人煙稀少的偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通不便，用電設(shè)備的電力供應(yīng)一直是一個(gè)比較普遍的困擾問題。沿線用電設(shè)備多但負(fù)荷小，使用頻次低，單次運(yùn)行時(shí)間短，用電量小，但對(duì)工程設(shè)備運(yùn)行的保證率要求高，相應(yīng)對(duì)設(shè)備的供電電源的保證率要求較高。長期以來，輸水工程閘(閥)門啟閉所需電力大都是從周邊電網(wǎng)接入并通過遠(yuǎn)距離架設(shè)輸電線路來提供，線路長、占地多，不僅工期長、造價(jià)高，工程運(yùn)行管理難度大，運(yùn)行費(fèi)用高。輸電線路受冰雨、雷電等惡劣天氣影響較大，供電可靠性低，為此大都采用移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)作備用電源，其體積、重量較大，運(yùn)輸不便。針對(duì)輸水工程閘(閥)門的使用及負(fù)荷特點(diǎn)，風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)可有效解決以上問題，符合建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)的時(shí)代發(fā)展需要。

風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)是一種將光能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，共用一套送變電設(shè)備，可為遠(yuǎn)離電網(wǎng)覆蓋的地區(qū)提供低成本、高可靠性且不會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境的獨(dú)立供電系統(tǒng)。其彌補(bǔ)了風(fēng)能與太陽能獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)在資源上的不平衡性、不穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)晝夜互補(bǔ)(白天太陽能發(fā)電，夜晚風(fēng)能發(fā)電)、季節(jié)互補(bǔ)(夏秋季日照強(qiáng)烈，冬春季風(fēng)能強(qiáng)盛)，供電穩(wěn)定可靠。風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)采用直流低壓供電，運(yùn)行安全維護(hù)簡單。自發(fā)自用獨(dú)立供電，無需修建變電站、架設(shè)高低壓線路等工程，在保證供電可靠性的同時(shí)可大幅降低工程造價(jià)，不僅設(shè)備安裝費(fèi)用低，而且后期維護(hù)費(fèi)用低，極大地減少了工程運(yùn)行成本。其建設(shè)不受地域環(huán)境限制，占地少，節(jié)能環(huán)保。

2 黃家灣水利樞紐工程兩種供配電方案投資對(duì)比

黃家灣水利樞紐工程位于貴州省安順市紫云縣，工程主要任務(wù)是以城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主并結(jié)合發(fā)電。工程規(guī)模為大(2)型，水庫總庫容1.572億m3，多年平均供水量為9321萬m3。輸水工程由1條干渠、3條支渠及3條輸管線組成，全長115.5km。干、支渠及管線布置各類閘(閥)門500多個(gè)，各渠道上采用電動(dòng)控制的閘門，裝機(jī)容量小(5.5kW～7.5kW)，布置分散，設(shè)備用電電壓0.4kV。設(shè)計(jì)對(duì)各類不同用途的閘、閥門，考慮了設(shè)計(jì)水平年正常運(yùn)行和非正常供水工況，進(jìn)行了操作頻次(半個(gè)月、3個(gè)月、半年1次，或備用，或持續(xù)等)分析，通過現(xiàn)場采集測試試驗(yàn)、設(shè)備選型試驗(yàn)及各類模擬試驗(yàn)、實(shí)測試驗(yàn)等，從供電可靠性、施工安裝、閘門(閥門)控制、運(yùn)行管理、檢修維護(hù)及故障率等方面進(jìn)行方案比較，確定了最終的風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。對(duì)輸水工程風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)與傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)進(jìn)行了工程建設(shè)投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的對(duì)比分析。

2.1 工程建設(shè)投資

交流供電方案設(shè)備安裝費(fèi)用7087.2萬元(其中，設(shè)備費(fèi)2784.7萬元、安裝費(fèi)4302.5萬元)；風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)方案設(shè)備安裝費(fèi)用2746.5萬元，較交流供電方案減少4340.7萬元，減少了約61%。

表1 工程建設(shè)投資對(duì)比

2.2 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用

根據(jù)《水利水電工程合理使用年限及耐久設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 654-2014)，本輸水工程永久性水工建筑物的合理使用年限為30年，因此本項(xiàng)目按30年使用壽命測算工程運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用?，F(xiàn)階段本工程灌區(qū)全部輸電線路費(fèi)用總共為1412.354萬元，主變費(fèi)用總共為99萬元，根據(jù)《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》(電氣一次部分)第21頁表1-20，取輸電線路年折舊維修率7%，取主變年折舊維修率14%，故傳統(tǒng)交流供電的年運(yùn)行費(fèi)用為112.73萬元，傳統(tǒng)交流供電30年的運(yùn)行費(fèi)為3381.75萬元。

經(jīng)測算分析，交流供電系統(tǒng)方案運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用3815.77萬元(其中，電費(fèi)303.14萬元、折舊維修費(fèi)3381.75萬元、通信費(fèi)130.88萬元)；風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)方案運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用1531.74萬元，較交流供電方案減少2284.03萬元，減少約60%。

表2 工程運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用對(duì)比

3 夾巖水利樞紐及黔西北供水工程兩種供配電方案投資對(duì)比

夾巖水利樞紐及黔西北供水工程涉及畢節(jié)、遵義兩個(gè)地級(jí)市，工程主要任務(wù)是以供水、灌溉為主并結(jié)合發(fā)電。工程規(guī)模為大(1)型，水庫總庫容13.23億m3，多年平均供水量為6.88億m3，電站總裝機(jī)容量90MW，多年發(fā)電量2.2億kW·h。輸水工程由畢大供水工程及6條干渠、16條支渠組成，全長408.95km。

3.1 工程建設(shè)投資

交流供電方案設(shè)備安裝費(fèi)用7823.17萬元(其中，設(shè)備費(fèi)2184.74萬元、安裝費(fèi)5638.43萬元)；風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)方案設(shè)備安裝費(fèi)用1887.71萬元(其中，設(shè)備費(fèi)1662.49萬元、安裝費(fèi)225.22萬元)，較交流供電方案減少5935.46萬元，減少約76%。

表3 工程建設(shè)投資對(duì)比

3.2 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用

本項(xiàng)目按30年使用壽命測算工程運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

經(jīng)測算分析，交流供電系統(tǒng)方案運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用3553萬元(其中，電費(fèi)201萬元、折舊維修費(fèi)3214萬元、通信費(fèi)138萬元)；風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)方案運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用1684萬元，較交流供電方案減少1868.55萬元，減少約53%。

4 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

對(duì)黃家灣水利樞紐工程風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場試點(diǎn)試驗(yàn)，通過現(xiàn)場充電性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，太陽能光伏充電效果可達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，且在電池組配置較大的情況下，充電時(shí)間均在4～5天內(nèi)充滿。單晶硅太陽能板光電轉(zhuǎn)化率高、性能可靠穩(wěn)定，期間在陰雨天氣、弱光環(huán)境下也可發(fā)電。風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際用電負(fù)荷情況和資源條件進(jìn)行系統(tǒng)容量的合理配置，保證了系統(tǒng)供電的可靠性。

通過現(xiàn)場各類金結(jié)設(shè)備的負(fù)載性能試驗(yàn)，可直觀地看到直流電機(jī)的負(fù)載特性很優(yōu)良。在空載啟動(dòng)時(shí)電流很低，逐步增加負(fù)載過程中電流呈線性變化，且通過帶載啟動(dòng)試驗(yàn)可直觀地看到直流電機(jī)具備降速滿載啟動(dòng)特性，非常適合閘(閥)門的變動(dòng)負(fù)載特性，帶載啟動(dòng)特性可最大程度減少對(duì)閘(閥)門機(jī)械沖擊，這是交流電機(jī)無法比擬的。直流電動(dòng)裝置采用智能一體化結(jié)構(gòu)，具備液晶顯示的人機(jī)交互界面，可直接在現(xiàn)場電動(dòng)和手輪手動(dòng)進(jìn)行操作，手電兩用非常方便，還可切換到遠(yuǎn)程控制模式，控制集成化程度較高。

5 結(jié)語

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對(duì)水利工程設(shè)計(jì)運(yùn)行的安全可靠度以及自動(dòng)化程度的要求越來越高。針對(duì)水利工程長距離輸水線路閘(閥)門數(shù)量多、布置分散、容量小且使用頻率低的特點(diǎn)，風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅可大幅降低工程建設(shè)和運(yùn)營成本，有效避免了山區(qū)遠(yuǎn)距離架設(shè)輸變電的施工、運(yùn)行檢修維護(hù)難度和風(fēng)險(xiǎn)，以及長距離輸配電線路因冰雹等自然災(zāi)害可能導(dǎo)致的斷電等工程風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步提高了供電的安全性、可靠性，進(jìn)而提高了工程運(yùn)行的安全性和可靠性。風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)施工安裝簡便快捷，施工周期大幅度縮短，大量減少了工程建設(shè)占地，有利于環(huán)境保護(hù)和水土保持。風(fēng)光互補(bǔ)自供電智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)極大地推進(jìn)了水利工程的控制水平，從規(guī)范化、科學(xué)化、智能化等方面改善和提高了工程的管理水平，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生態(tài)效益明顯，值得在水利工程以及其他類似的工程建設(shè)中推廣應(yīng)用，發(fā)展前景廣闊。