火力發(fā)電廠電氣節(jié)能設計方法研究

蔣漢宏

【摘 要】目前，包括中國在內(nèi)的世界各國紛紛把保護環(huán)境與節(jié)約能源利用緊密結(jié)合在一起，這也是能源危機和環(huán)境惡化在世界范圍內(nèi)爆發(fā)的必然要求?；鹆Πl(fā)電廠是耗能量相當驚人的行業(yè)，因此必須從整體用電率降低的角度著手，同時全面實施有關節(jié)能降耗的措施，以實現(xiàn)火力發(fā)電廠電氣節(jié)能。本文從變電過程的變壓器損耗、輸電過程的鐵磁性損耗和線路損耗兩個方面淺析火力發(fā)電廠電氣節(jié)能的設計方法。

【關鍵詞】火力發(fā)電廠 電氣節(jié)能 設計方法 變壓器損耗

【中圖分類號】TM621【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0436-01

一、控制變電過程的變壓器損耗

變壓器損耗通常包括負載損耗和空載損耗，其中空載損耗由變壓器內(nèi)部的結(jié)構和變壓器鐵心的材料決定；負載損耗由導體的截面和線圈的材料決定?；诖耍菊鹿?jié)主要從節(jié)能型變壓器、變壓器運行方式兩個方面淺談變電過程變壓器損耗的控制。

（一）節(jié)能型變壓器

變壓器結(jié)構的優(yōu)化升級和材料技術的發(fā)展實現(xiàn)了節(jié)能型變壓器更新周期越來越短?，F(xiàn)階段，“10”型節(jié)能變壓器已被大量推向市場，而“11”型節(jié)能變壓器會陸續(xù)推向市場，此時技術節(jié)能技術的“9”型變壓器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)今社會對節(jié)能環(huán)保的要求。表一對比列出了“7、9、10”型10kV級配電變壓器的損耗情況。

由表一可知，節(jié)能型系列的變壓器皆具有相當理想的節(jié)能效果，其中節(jié)能效果最佳的節(jié)能變壓器屬“10”型變壓器。

（二）變壓器運行方式

研究證實，空載運行變壓器的數(shù)量是導致變電過程變壓器損耗的重要因素。眾所周知，火力發(fā)電廠通常皆會設置容量較大的高壓啟動備用變壓器，即電氣啟動電源和高壓廠備用變壓器，其容量和空載損耗皆非常大，堪比最大的高壓常用變壓器。一般而言，2*300MW電廠啟動/備用變壓器的容量和空載損耗分別為40MW、46kW，現(xiàn)以全年空載運行8000h折算出其耗電量約370 000千瓦時。若把啟動/備用變壓器換作“冷備用”變壓器，即備用狀態(tài)的變壓器不帶電，因此節(jié)省的電能和經(jīng)費是驚人的（備注：“冷備用”變壓器的使用必須綜合考慮業(yè)主對變壓器運行方式的意見和大區(qū)電網(wǎng)的規(guī)定）。啟動/備用變壓器的“冷備用”運行方式通常要求啟動/備用變壓器正常不帶公用負荷，此時公用負荷可被合理分配到1號、2號機組高壓常用變壓器或直接設計成1號機組高壓常用變壓器全帶。

然而，廠用電的可靠性必須符合規(guī)程規(guī)范的有關要求，基于此，低壓廠用電接線方式最好設計為暗備用動力中心方式。就基于暗備用動力中心接線方式的變壓器而言，互為備用的兩臺變壓器在運行中分別帶有一半的負荷，此時單臺變壓器的負載損耗約為原全部負荷的25%，由此體現(xiàn)出非常理想的節(jié)能效果，但其經(jīng)濟性卻并不明顯?；诖?，暗備用動力中心方式能從火力發(fā)電廠變電站長期運行方面體現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。

二、輸電過程的鐵磁性損耗的線路損耗

（一）載流導體載面的選擇

導體的合理選擇直接關乎到輸電過程的線路損耗，而選擇導體必須綜合考慮配電裝置的匯流母線、回路（特點：較大的全年負荷利用小時數(shù)、較長的母線、較大的傳輸容量），其中配電裝置的匯流母線和回路皆應根據(jù)經(jīng)濟電流密度選擇導體載面。研究證實，此導體載面選擇方式具有線路損耗低、投資化優(yōu)等優(yōu)點。

（二）選用封閉母線

發(fā)電機引出線載流導體的選擇標準為經(jīng)濟電流密度，其次應基于安裝和布置的可操作性選用離相封閉母線，由此實現(xiàn)主廠房內(nèi)部母線布置緊湊、導體長度被有效控制、輸電線損被最大化減少。此外，封閉母線具有良好的屏蔽效果，進而實現(xiàn)了輸電路徑鐵磁性損耗的最大化降低，同時可減少線路維護的工作量、提高線路運行的可靠度。傳統(tǒng)設計方法主張≥200MW機組的發(fā)電機出線皆選用離相封閉母線，但隨著技術的發(fā)展，離相封閉母線已經(jīng)覆蓋了≥60（50）MW機組。離相封閉母線的應用徹底裸母線的局限性，同時取得了非常理想的節(jié)能降耗效果。

（三）控制輸電過程的鐵磁性損耗

鋼材料經(jīng)交變磁場必然會產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，即鐵磁性損耗。其中過大的鐵磁性損耗會引起鋼材料局部異常熱，進而對設備安全、人身安全、結(jié)構安全、電能損耗造成負面影響，而鐵磁性損耗的主要成因有屏蔽效果差、鋼材料使用過量、閉合回路的形成、載流導體與鋼材料的空間關系不合理等。基于此，本文結(jié)合輸電過程鐵磁性損耗的成因，從如下方面剖析鐵磁性損耗的控制措施。

1.導體金具的型號應適當做升級處理，如選用非導磁性材質(zhì)的金具，以此實現(xiàn)鐵磁性損耗和溫升的降低，同時實現(xiàn)金具使用年限的延長。

2.電抗器四周鋼結(jié)構空間范圍的布設應以制造成所提供的空間尺寸為基礎，盡可能把電抗器四周鋼材料的用量控制到最低，同時盡可能延長一定范圍內(nèi)電抗器與鋼結(jié)構的距離。

3.就某些大電流敞露導體和電抗器周圍等強交變磁場，閉合磁路不宜選用單相導體支持夾板和單相導體支持鋼構等零件。母線與鋼構的距離應適當延長，其中橫越鋼構中心與母線中心的絕對距離應≥母線電流的7/ 10倍（距離單位：mm、電流單位：A）。母線與鋼構的相對位置應合理選擇，即導體與鋼構應盡可能呈相互垂直關系，以免產(chǎn)生環(huán)流或感應電勢。母線與較長鋼結(jié)構間不得相互平行。

4.就大體積鋼筋砼的鋼結(jié)構而言，必須把鋼結(jié)構切割為不連續(xù)的小尺寸或?qū)v橫鋼筋交叉點實施絕緣包扎，以此控制環(huán)流的產(chǎn)生。火力發(fā)電廠電氣節(jié)能設計通常要求規(guī)避大電流母線周圍鋼構件出現(xiàn)一相或兩相閉合回路，其中絕緣板隔離磁路或黃銅焊縫隔離磁路等方式可降低閉合回路的負面影響。

5.把非導磁材質(zhì)的低電阻率屏蔽板安裝到鋼構與大電流敞開式母線間的適當位置，以此有效控制鋼構的鐵磁性損耗。其次，把非導磁率材質(zhì)的低電阻率屏蔽環(huán)安裝到大電流敞開式母線支持鋼結(jié)構的適當位置，以此控制鋼構的鐵磁性損耗。

三、討論

能源危機的急劇加重和生態(tài)環(huán)境的極具惡化已經(jīng)威脅到了整個人類的生存和發(fā)展，由此全球各國紛紛參與到節(jié)能的行列內(nèi)，其中也包括中國。我國是世界上火力發(fā)電最大的國家，而火力發(fā)電的環(huán)保性非常差，即火力發(fā)電的耗能量大且對環(huán)境的污染程度重，則優(yōu)化火力發(fā)電廠電氣節(jié)能設計具有現(xiàn)實意義。一般而言，火力發(fā)電廠電氣節(jié)能設計皆應考慮變電過程的變壓器損耗、輸電過程的鐵磁損耗和線路損耗、電力拖動過程的損耗、照明損耗等，而本文主要從變電過程的變壓器損耗、輸電過程的鐵磁損耗和線路損耗兩個方面展開討論。

研究證實，較為有效的變電過程變壓器損耗控制措施主要包括：使用節(jié)能型變壓器，其中目前以“10”型變壓器的節(jié)能效果最佳；優(yōu)化變壓器的運行方式，即采用“冷備用”運行方式和暗備用動力中心接線方式。輸電過程線路損耗的控制措施主要包括：載流導體載面的選擇以經(jīng)濟電流密度為標準和選用封閉母線。輸電過程鐵磁性損耗的控制措施主要從增加屏蔽、減少交變磁場內(nèi)的鋼材用量、改善載流導體與鋼材料的空間關系等角度進行考慮。

總體而言，火力發(fā)電廠電氣節(jié)能是大勢所趨，是人類社會生存和發(fā)展的必要要求，則提高火力發(fā)電廠電氣節(jié)能設計方法的先進性和科學性意義重大。

參考文獻

[1] 宋琳.火力發(fā)電廠電氣節(jié)能降耗措施研究[J].電源技術與應用， 2012，（10）：18-19.

[2] 張猛.火力發(fā)電廠幾種電氣節(jié)能降耗的方法[J].中國新技術新產(chǎn)品，2009，（17）：128.

[3] 李凱.淺究火力發(fā)電廠中的電氣節(jié)能降耗問題[J].能源與節(jié)能， 2012，（10）：39-40.

[4] 許方偉.火力發(fā)電廠幾種電氣節(jié)能降耗的方法分析[J].科學與財富，2012，（5）：342-342.

[5] 門莊重，楊啟娟.廠用電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）在火力發(fā)電廠的應用[C].//2008年全國冶金熱電專業(yè)年會論文集.2008：95-97，100.