1 000 MW機(jī)組循環(huán)水泵廠用電率計算方法的探討

劉慧軍，胡建忠，袁軍

（1.華東電力設(shè)計院，上海市，200063；2.國電北侖發(fā)電廠，浙江省寧波市，315800）

0 引言

廠用電率高低直接影響機(jī)組的供電煤耗和發(fā)電量指標(biāo)，是影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。隨著對電廠節(jié)能、減排工作的更加重視，對廠用電率的關(guān)注度較從前有了大幅提高。國內(nèi)已投運1 000MW機(jī)組項目的廠用電率性能考核值普遍低于設(shè)計值，且不同電廠的設(shè)計值相差也較大，引起業(yè)界關(guān)注。

因性能考核試驗所處的氣候、工藝、運行條件的不同，都會造成廠用電率性能考核值的不同，尤其對循環(huán)水采用一次循環(huán)的機(jī)組廠用電率受氣候的影響明顯，更需要深入研究。循環(huán)水泵（以下簡稱循泵）是火力發(fā)電廠不可或缺的重要輔機(jī)設(shè)備，不但占廠用負(fù)荷比例高（以北侖三期工程為例約占12.3％），且受冷卻水溫度、泵的配置數(shù)量等條件影響大，采用常規(guī)廠用電率估算方法難以反映年度運行情況，本文參考北侖三期工程的相關(guān)參數(shù)，分析循環(huán)水系統(tǒng)的廠用電率估算方法。

1 北侖三期工程相關(guān)參數(shù)

北侖三期工程循環(huán)水采用海水直流冷卻系統(tǒng)，每臺機(jī)組配2臺固定葉循泵、擴(kuò)大單元制，循泵電機(jī)的容量為3.8MW、效率η=93％、功率因數(shù)cosφ=0.8，循泵流量3泵2機(jī)運行（3/2）×17.61m3/s、2泵1機(jī)運行2×15.69m3/s、1泵1機(jī)運行19.5m3/s。

2 國內(nèi)部分1 000 MW機(jī)組廠用電率指標(biāo)

對于具體工程，由于所處地理位置、工藝特點、煤質(zhì)、新建還是擴(kuò)建等條件不同，斷定其廠用電率指標(biāo)的高低有一定難度，但對足夠數(shù)量的機(jī)組所作的數(shù)據(jù)統(tǒng)計還是能說明一些問題。表1列出國內(nèi)已投運和已完成初步設(shè)計的部分1 000MW級機(jī)組廠用電率指標(biāo)。

由表1可見，已完成設(shè)計的18個工程38臺機(jī)組廠用電率設(shè)計均值為5.19％，上下變動范圍-36.9％～21.5％，波動較大；已投運的9個工程20臺機(jī)組的廠用電率性能考核均值為4.19％，變動范圍-10.2％～9.9％，相對接近；投運時間較長的5個電廠12臺機(jī)組的運行均值為4.72％。可見廠用電率設(shè)計均值較性能考核均值高出約23.9％，較運行均值高出9.7％。對于新投產(chǎn)的電廠，由于設(shè)備新、效率高、保溫和密封好，廠用電率優(yōu)于設(shè)計值可以理解，但偏差較多，需對廠用電率的計算方法進(jìn)行分析改進(jìn)。

表1 國內(nèi)部分1 000MW級電廠機(jī)組廠用電率Tab.1 Auxiliary power ratio sheet of 1 000MW class domesticunit

3 廠用電率計算方法

《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》[1]（以下簡稱廠用技規(guī)）提供的凝汽式發(fā)電廠廠用電率e的估算方法為

式中：Pe為發(fā)電機(jī)功率，kW；cosφav為電動機(jī)功率因數(shù)，一般取0.8；Sc為廠用電計算負(fù)荷，kVA。對Sc的統(tǒng)計提供了換算系數(shù)法和軸功率法2種方法，一般采用換算系數(shù)法[2]，即Sc=∑（KPe），換算系數(shù)K=（KtKf）/（ηcosφ），Kt為同時率、Kf為負(fù)荷率，K值是根據(jù)對運行電廠進(jìn)行調(diào)研基礎(chǔ)上得出的，按照廠用技規(guī)提供的數(shù)據(jù)，循泵、凝結(jié)水泵電機(jī)K值取1，其他高壓電機(jī)K值取0.85，其他低壓電機(jī)K值取0.7。據(jù)此方法得出的北侖三期工程施工圖階段（表1均為初步設(shè)計階段廠用電率設(shè)計值）廠用電率計算結(jié)果列于表2，表2中Sc=61 885 kVA，e=4.95％。

表2 高壓電機(jī)和低廠變負(fù)荷統(tǒng)計及廠用電率計算TTab.2 Load and auxiliary power ratio sheet forhigh voltage motorand low voltage auxiliary transformer

由于此時優(yōu)化設(shè)計已完成，去掉了因輔助系統(tǒng)不確定而預(yù)留的裕度，故廠用電率較初設(shè)階段設(shè)計值有所下降，施工圖階段調(diào)整后的廠用電率下降到4.95％，但仍高出性能考核值約31.7％。設(shè)計值是年平均的概念，而性能考核值因考核期短，機(jī)組是滿負(fù)荷運行且往往扣除公用負(fù)荷，所以設(shè)計值高出性能考核值是合理的。與運行值相比，施工圖階段調(diào)整后的廠用電率僅高出4.5％，是可以接受的[8]。

對照《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算方法》[3]提供的電廠生產(chǎn)廠用電率Lcy計算方法：式中：Wcy為統(tǒng)計期內(nèi)廠用電量；Wf為統(tǒng)計期內(nèi)發(fā)電量。與廠用電率設(shè)計值對比更貼切的是年運行值而不是性能考核值。

表2中調(diào)整系數(shù)的概念是依據(jù)廠用技規(guī)[1]附錄A3得出的，主要反映輔機(jī)的運行日平均運行率，如24 h內(nèi)負(fù)荷變動大的輸煤系統(tǒng)取0.33，空壓機(jī)、制氯、照明、公用取0.5。對用于變壓器容量選擇而言，這樣的負(fù)荷統(tǒng)計法是合適的，因變壓器不能因某一季節(jié)或工況負(fù)荷的變動而選小，必須選擇適應(yīng)各種工況的較大容量。用于廠用電率計算的負(fù)荷統(tǒng)計則不同，它是長期累積的概念，需要廠用各工況的加權(quán)均值。

對循泵而言，負(fù)荷隨季節(jié)變動大，在廠用電率估算時需引入年平均負(fù)荷的概念。

4 季節(jié)變化對循泵廠用電率估算的影響

汽輪機(jī)設(shè)計背壓、凝汽器冷卻面積及循泵系統(tǒng)設(shè)置方式都是根據(jù)電廠所在地的平均冷卻水溫、最高水溫條件并結(jié)合煤價、電價等經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計按綜合費用最低得出的[2]，如北侖三期工程汽機(jī)設(shè)計背壓4.9 kPa（a）、凝汽器冷卻面積為4.9萬m2。實際運行中，凝汽器冷卻面積和循泵系統(tǒng)設(shè)置方式是確定的，而不同季節(jié)水溫是變化的。北侖各月平均水溫（粗線）和季平均水溫（細(xì)線）如圖1，考慮到溫排放的影響，各季平均水溫考慮溫升0.5℃，頻率為10％的最高水溫為28.9℃。如何隨水溫的變化調(diào)整循泵的運行模式，從而達(dá)到最節(jié)能的目的是循泵運行管理的關(guān)鍵[6]。

北侖三期工程冷端優(yōu)化設(shè)計中提供了循泵的3種設(shè)計運行工況：夏季工況為1機(jī)2泵、春秋季工況為2機(jī)3泵、冬季工況為1機(jī)1泵運行，如表3。按照這一全年運行模式，循泵年平均運行臺數(shù)是每臺機(jī)組1.5臺。循泵的統(tǒng)計負(fù)荷就由表2中的7 600 kVA下降到5 700 kVA，可見循泵自身廠用電率設(shè)計值高估了33.3％。如將這一情況歸入調(diào)整系數(shù)的概念中，則循泵應(yīng)有0.75的調(diào)整系數(shù)。

經(jīng)了解，北侖三期工程實際運行情況是每臺機(jī)組春秋冬三季均運行1臺泵，夏季當(dāng)平均水溫高于22.5℃時2臺機(jī)組運行3臺泵，沒有出現(xiàn)因極端高水溫而2臺機(jī)組運行4臺循泵的情況[7]。因此循泵的年平均運行臺數(shù)還要進(jìn)一步下降到1.125臺，循泵的統(tǒng)計負(fù)荷可下降到4 275 kVA，可見循泵自身設(shè)計廠用電率較實際運行廠用電率高估了77.8％。

表3 北侖三期工程循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計工況Tab.3 Circulated coolingwater systyem’sdesign conditi on of Beilu unN No.3 power plant

由以上分析可見，在循泵配置上，1機(jī)多泵或可調(diào)葉泵更靈活，更有利于降低能耗和廠用電率[9]；在系統(tǒng)配置上擴(kuò)大單元制更有利于降低能耗和廠用電率。其次，對具體項目，將廠用電率設(shè)計值與性能考核值直接進(jìn)行對比有些欠妥，因所處季節(jié)不同，考核期內(nèi)的廠用電率難以反映廠用電率的全年水平，而與年生產(chǎn)廠用電率對比較合理。

5 循泵K值對循泵廠用電率的影響

北侖三期工程循泵在機(jī)組100％負(fù)荷時實際運行功率為3 517 kW，由此得出的負(fù)荷率為0.93[4]，如考慮每段時間內(nèi)循泵均連續(xù)運行，同時率取1，則K值應(yīng)為1.25，按照廠用技規(guī)的要求K值取1，廠用電率低估了20％。統(tǒng)計負(fù)荷為7 125 kVA，廠用電率仍高估了6.7％。

如將年均運行臺數(shù)歸入同時率的概念，則同時率取0.75，K值為0.94，廠用技規(guī)的K值較設(shè)計值高估了6.39％。

對用于選擇廠用變壓器的負(fù)荷統(tǒng)計，因變壓器應(yīng)承受任何季節(jié)、任何工況所量全部負(fù)荷，故廠用技規(guī)提供的K值用于廠用變選擇是相對合適的，而將此值用于廠用電率計算偏差較大，可通過增加調(diào)整系數(shù)的方法予以調(diào)整。

6 結(jié)論與建議

對一次循環(huán)的電廠，機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)廠用電率計算需按年均負(fù)荷量計算；可引入調(diào)整系數(shù)的概念來提高用換算系數(shù)法計算循環(huán)水系統(tǒng)廠用電率的準(zhǔn)確性。建議：根據(jù)冷端優(yōu)化時采用的運行模式計算全年平均廠用電率并確定調(diào)整系數(shù)，以便適應(yīng)環(huán)境溫度的變化；進(jìn)行方案技經(jīng)比較時，選擇更有利于節(jié)電運行的循泵配置方案，如1機(jī)多泵等；電廠應(yīng)加強(qiáng)對循泵的運行管理，制定循泵啟動臺數(shù)與溫度的對應(yīng)關(guān)系，節(jié)約廠用電。

[1]DL/T 5153—2002火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國電力出版社，2002.

[2]DL/T 5339—2006火力發(fā)電廠水工設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2006.

[3]DL/T 940—2004火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算方法[S].北京：中國電力出版社，2004.

[4]西北電力設(shè)計院.電力工程電力設(shè)計手冊[M].北京：水利電力出版社，1989.

[5]戴悅，汪海霞，李淑芳.百萬容量火電機(jī)組廠用電率設(shè)計值與運行值的差異淺析[J].電力勘測設(shè)計，2010（2）：32-35.

[6]魏顯安，聶軍.降低廠用電率的措施和方法[J].電力工程技術(shù)，2006（12）：30-32.

[7]楊旭中，梁玉蘭.火電廠綜合設(shè)計技術(shù)[M].2版.北京：中國電力出版社，2007.

[8]Q/DG 1-D010-2010 1 000MW級機(jī)組廠用電設(shè)計導(dǎo)則[S].北京：中國電力工程顧問集團(tuán)公司，2010.

[9]李青，高山，薛彥廷.火力發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2007.