寶鋼自備電廠廠用電負(fù)荷的計(jì)算與分析

徐吉吉(寶山鋼鐵股份有限公司，上海　200941)

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寶鋼自備電廠廠用電負(fù)荷的計(jì)算與分析

徐吉吉
(寶山鋼鐵股份有限公司，上海200941)

【摘要】介紹了火力發(fā)電機(jī)組廠用電負(fù)荷計(jì)算的方法和重要性，并結(jié)合近年來發(fā)電行業(yè)特點(diǎn)提出了負(fù)荷核算的必要性，通過計(jì)算實(shí)例對(duì)一套2×350 MW火電系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算并分析，為今后廠用電改造的方向提出了方案建議。

【關(guān)鍵詞】火電廠；廠用電；負(fù)荷計(jì)算

1　概述

近年來，隨著環(huán)保節(jié)能成為我國的一項(xiàng)國家戰(zhàn)略，控制火電機(jī)組廠用電負(fù)荷、降低廠用電率，正在越來越多地得到各方面的重視。這不僅關(guān)乎火電廠本身的發(fā)電成本控制，更關(guān)乎火電機(jī)組綠色環(huán)保性能指標(biāo)提升，因此受到了全社會(huì)的關(guān)注。

廠用電：指發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中，自身所使用的電能。

廠用電率：指機(jī)爐發(fā)電所需的自用電能消耗量與同時(shí)期對(duì)應(yīng)機(jī)組發(fā)電量之間的比值。

2　廠用電負(fù)荷的計(jì)算方式

在確定廠用電負(fù)荷容量時(shí)，應(yīng)按機(jī)組輔機(jī)可能出現(xiàn)的最大運(yùn)行方式計(jì)算，具體原則如下：

（1）連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備應(yīng)予計(jì)算。

（2）當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，對(duì)于不經(jīng)常而連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備（如備用勵(lì)磁機(jī)、備用電動(dòng)給水泵等）也應(yīng)予計(jì)算。

（3）不經(jīng)常而短時(shí)及不經(jīng)常而斷續(xù)運(yùn)行的設(shè)備不予計(jì)算，但由電抗器供電的應(yīng)全部計(jì)算。

（4）由同一廠用電源供電的互為備用的設(shè)備只計(jì)算運(yùn)行的部分。

（5）互為備用而由不同廠用電源供電的設(shè)備，應(yīng)全部計(jì)算。

（6）其他類型設(shè)備負(fù)荷的計(jì)算方法可參照如下：

①根據(jù)換算系數(shù)法，廠用電計(jì)算負(fù)荷為：

式中：Se——計(jì)算負(fù)荷，kVA；

K——換算系數(shù)，可取數(shù)值見表1；

P——電動(dòng)機(jī)的計(jì)算功率，kW。

表1　換算系數(shù)表

其中電動(dòng)機(jī)的計(jì)算功率P應(yīng)按負(fù)荷特點(diǎn)確定：

經(jīng)常連續(xù)和不經(jīng)常連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)為：P=Pe

式中，Pe——電動(dòng)機(jī)額定功率，kVA。

短時(shí)及斷續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)為：P＝0.5Pe

式中，Pe——電動(dòng)機(jī)額定功率，kVA。

3　核算廠用電負(fù)荷的必要性及重大意義

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)及輔機(jī)選型的偏差

由于火電系統(tǒng)中最主要的兩類輔機(jī)：風(fēng)機(jī)和水泵，在工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段一般會(huì)根據(jù)最大運(yùn)行工況再加上足夠的系統(tǒng)冗余度（一般取1.15倍）來選定設(shè)計(jì)容量；在選擇輔機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電氣專業(yè)設(shè)計(jì)人員還要考慮充足的儲(chǔ)備系數(shù)（一般取1.15倍）并根據(jù)電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系列容量進(jìn)行選擇，因此往往導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率遠(yuǎn)超實(shí)際運(yùn)行功率，從而導(dǎo)致廠用電總負(fù)荷無謂偏高的情況發(fā)生。

3.2機(jī)組負(fù)荷率的影響

隨著我國超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)的大規(guī)模投入運(yùn)行，大多數(shù)火電廠在運(yùn)行中越來越多地遭遇低負(fù)荷發(fā)電的情況。由于系統(tǒng)輔機(jī)按照滿負(fù)荷發(fā)電出力進(jìn)行選擇，因此當(dāng)機(jī)組實(shí)際負(fù)荷降低時(shí)，由于廠用電負(fù)荷的減小比例低于機(jī)組發(fā)電負(fù)荷的減小比例，從而導(dǎo)致廠用電率在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)一步偏高。

3.3煤種變化

由于我國近年來迅猛的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，資源市場瞬息萬變，過去那種以單一設(shè)計(jì)煤種的限定運(yùn)行條件已經(jīng)不再適應(yīng)新形勢(shì)下火電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況。燃煤的熱值、灰分、含水量變動(dòng)大、煤矸石等雜質(zhì)含量上升，一方面對(duì)給煤系統(tǒng)的負(fù)荷提出了更高的要求，一方面也不可避免地使給煤系統(tǒng)設(shè)備故障率上升，因此需要預(yù)留充分的系統(tǒng)余量，從而也不可避免地造成了廠用電負(fù)荷的進(jìn)一步上升。

3.4新技術(shù)的使用

近年來新型電氣傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，在火電領(lǐng)域內(nèi)掀起了一股大規(guī)模技術(shù)改造的新浪潮。從原有工頻交流電動(dòng)機(jī)加擋板門實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制的技術(shù)手段迅速過渡到了以高壓變頻及永磁調(diào)速為代表的一系列節(jié)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制。這使得原先的廠用輔機(jī)電量從離散式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變成連續(xù)式調(diào)節(jié)，從而有效降低廠用電負(fù)荷。同時(shí)，由于設(shè)備制造水平的提高以及各種在線檢測(cè)、設(shè)備診斷等技術(shù)的發(fā)展，單臺(tái)輔機(jī)的運(yùn)行可靠性大為提高，事故維修率大為降低，在實(shí)現(xiàn)廠用輔機(jī)大型化、節(jié)能化的同時(shí)，也可有效降低廠用電負(fù)荷。

3.5火電機(jī)組可持續(xù)性發(fā)展的要求

環(huán)保節(jié)能作為可持續(xù)性發(fā)展的國家型戰(zhàn)略，正在受到越來越多的關(guān)注。作為能源行業(yè)中高能耗重污染的組成部分，火電機(jī)組面臨的壓力是前所未有的。為了滿足相關(guān)國家及行業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)及能耗標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)機(jī)組進(jìn)行大量技術(shù)改造的同時(shí)，也給廠用電系統(tǒng)帶來了巨大的負(fù)擔(dān)。可見，伴隨著逐步深入的環(huán)保節(jié)能改造，廠用電負(fù)荷的逐步升高是很難改變的趨勢(shì)。

3.6火電廠設(shè)備檢修管理及運(yùn)行管理的要求

由于檢修水平不斷提高，火電機(jī)組定員的不斷減少，如何在較短時(shí)間內(nèi)完成既定檢修任務(wù)，如何通過整合負(fù)荷、優(yōu)簡化系統(tǒng)等方式切實(shí)降低廠用電系統(tǒng)的復(fù)雜程度，在確保供電安全性的同時(shí)提高其操作便捷性也是亟待解決的課題。而核算廠用電負(fù)荷則是對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理變化最有力的理論基礎(chǔ)。

3.7小結(jié)

綜上所述，大量新增的負(fù)荷需求構(gòu)成了控制廠用電負(fù)荷的迫切性，通過對(duì)原有負(fù)荷進(jìn)行整合優(yōu)化構(gòu)成了控制廠用電負(fù)荷的可行性，對(duì)于任何一臺(tái)火電機(jī)組來說，通過核算廠用電負(fù)荷找到平衡上述兩者矛盾的癥結(jié)所在，從而將廠用電率維持在合理范圍之內(nèi)甚至略微降低就成為提高機(jī)組運(yùn)行效率的重要途徑，在指引下一步技術(shù)改造方向、設(shè)定改造技術(shù)目標(biāo)等方面具有重要的意義。

4　通過實(shí)際情況對(duì)寶鋼電廠1#、2#機(jī)組的廠用電進(jìn)行核算

4.1機(jī)組情況簡介

寶鋼電廠的1#、2#機(jī)組為日本三菱電機(jī)生產(chǎn)，兩臺(tái)機(jī)組均為獨(dú)立單元制接線形式。每臺(tái)機(jī)組主系統(tǒng)由一臺(tái)發(fā)電機(jī)（型號(hào)為MB-J 412000 kVA、21 kV、50 Hz）、一臺(tái)主變壓器（型號(hào)為SUB 400 MVA、121/21 kV）、一臺(tái)高壓廠用工作變（型號(hào)為CRB 24/30 MVA、21/6.3 kV）組成。另外設(shè)有一臺(tái)起動(dòng)/備用變壓器（型號(hào)為CRB 24/30 MVA、21/6.3 kV），用于向兩臺(tái)機(jī)組的公用負(fù)荷供電。

4.2廠用電核算

對(duì)廠用電進(jìn)行核算的重點(diǎn)，即在于對(duì)2臺(tái)高壓廠用工作變壓器和1臺(tái)高壓廠用起動(dòng)/備用變壓器的容量進(jìn)行核算，并結(jié)合未來數(shù)年內(nèi)可預(yù)計(jì)的用電負(fù)荷變化，為廠用電系統(tǒng)的改造規(guī)劃提供正確的技術(shù)評(píng)判依據(jù)。

高壓廠用工作變壓器的容量宜按高壓電動(dòng)機(jī)廠用計(jì)算負(fù)荷與低壓廠用電的計(jì)算負(fù)荷之和選擇。如公用負(fù)荷正常由高壓廠用起動(dòng)/備用變壓器供電，則應(yīng)考慮起動(dòng)/備用變壓器檢修時(shí)，由第一臺(tái)（組）高壓廠用工作變壓器接帶全部公用負(fù)荷，也可由第一臺(tái)（組）與第二臺(tái)（組）高壓廠用工作變壓器各接帶50%公用負(fù)荷。

高壓廠用備用變壓器或起動(dòng)/備用變壓器的容量不應(yīng)小于最大一臺(tái)（組）高壓廠用工作變壓器的容量；當(dāng)起動(dòng)/備用變壓器帶有公用負(fù)荷時(shí)，其容量還應(yīng)滿足最大一臺(tái)（組）高壓廠用工作變壓器備用要求。

對(duì)于單元制接線的發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)出口裝有斷路器或負(fù)荷開關(guān)時(shí)，高壓廠用備用變壓器的容量可為1臺(tái)高壓廠用變壓器的60%~100%。

最大運(yùn)行方式下1#或2#6 kV目前總負(fù)荷：23160 kW（計(jì)算）、16832 kW（實(shí)際）；

引增合一實(shí)施后總負(fù)荷：26016 kW（計(jì)算）、20494 kW（實(shí)際）；

1C6kV總負(fù)荷：4395 kW（計(jì)算）、1255 kW（實(shí)際）；

2C6kV總負(fù)荷：4905 kW（計(jì)算）、1495 kW（實(shí)際）；

1C－2C6 kV聯(lián)絡(luò)運(yùn)行總負(fù)荷：6705 kW（計(jì)算）、1685 kW（實(shí)際）。

5　結(jié)論

5.1計(jì)算結(jié)果

①機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，廠用工作變的計(jì)算負(fù)荷為23 MVA，實(shí)際負(fù)荷為17 MVA；此時(shí)起動(dòng)/備用變的計(jì)算負(fù)荷為9 MVA，實(shí)際負(fù)荷為2.7 MVA。

②當(dāng)1臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)/備用變的最大負(fù)荷出現(xiàn)在廠用電切換前，此時(shí)以二磨運(yùn)行方式為準(zhǔn)，則計(jì)算負(fù)荷為23 MVA，實(shí)際負(fù)荷為12 MVA。

③當(dāng)考慮1C-2C 6 kV聯(lián)絡(luò)且由1臺(tái)機(jī)組工作變壓器供電的極端情況時(shí)，此時(shí)起動(dòng)/備用變退出運(yùn)行，工作變計(jì)算負(fù)荷為9.8 MVA，實(shí)際負(fù)荷為18.5 MVA。

④當(dāng)更換完引-增合一風(fēng)機(jī)后，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，廠用工作變的計(jì)算負(fù)荷為26 MVA，實(shí)際負(fù)荷約為20 MVA；此時(shí)起動(dòng)/備用變的計(jì)算負(fù)荷為9 MVA，實(shí)際負(fù)荷為2.7 MVA。

⑤當(dāng)更換完引-增合一風(fēng)機(jī)后，當(dāng)1臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)/備用變的最大負(fù)荷出現(xiàn)在廠用電切換前，此時(shí)以二磨運(yùn)行方式為準(zhǔn)，則計(jì)算負(fù)荷為26.6 MVA，實(shí)際負(fù)荷約為15.4 MVA。

⑥當(dāng)更換完引-增合一風(fēng)機(jī)后，考慮1C-2C 6 kV聯(lián)絡(luò)且由1臺(tái)機(jī)組工作變壓器供電的極端情況時(shí)，此時(shí)起動(dòng)/備用變退出運(yùn)行，工作變計(jì)算負(fù)荷為32.7 MVA，實(shí)際負(fù)荷為22.1 MVA。此時(shí)計(jì)算負(fù)荷已超過廠用電工作變額定容量。

5.2分析結(jié)果

由以上的計(jì)算，我們不難得出下列結(jié)論：

①在目前廠用電正常運(yùn)行方式下，24/30 MVA的廠用工作變壓器和24/30 MVA的起動(dòng)/備用變壓器在自冷模式下均可滿足正常使用。當(dāng)發(fā)生任1臺(tái)機(jī)組停役情況時(shí)，起動(dòng)/備用變壓器仍可維持在自冷模式下滿足公用負(fù)荷及1臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)過程中的負(fù)荷需求。當(dāng)考慮起動(dòng)/備用變壓器退出運(yùn)行時(shí)，此時(shí)廠用工作變壓器在維持強(qiáng)有循環(huán)運(yùn)行模式下可滿足正常使用。

②如未來廠用電系統(tǒng)進(jìn)行引-增合一改造，且采用2+1模式，即2臺(tái)新建引-增合一風(fēng)機(jī)替代原有4臺(tái)吸風(fēng)機(jī)，1臺(tái)新建引-增合一風(fēng)機(jī)替代原有1臺(tái)脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)，則24/30 MVA的廠用工作變壓器可在強(qiáng)油循環(huán)模式下滿足正常使用。當(dāng)發(fā)生任1臺(tái)機(jī)組停役情況時(shí)，起動(dòng)/備用變壓器仍可維持在自冷模式下滿足公用負(fù)荷及1臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)過程中的負(fù)荷需求。當(dāng)考慮起動(dòng)/備用變壓器退出運(yùn)行時(shí)，此時(shí)現(xiàn)有的廠用工作變壓器無法滿足正常使用（32.7 MVA>30 MVA）。

③因此，如需進(jìn)行該項(xiàng)目的改造，應(yīng)考慮在原有公用廠用電系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)容改造，如：更換額定容量更大的起動(dòng)/備用變壓器，或從外部系統(tǒng)引接電源至新增風(fēng)機(jī)，無論何種方案均將引起項(xiàng)目投資的變更。

④作為另一種解決方案，也可考慮在2臺(tái)發(fā)電機(jī)出口各加裝1臺(tái)出口斷路器。加裝出口斷路器后，可消除機(jī)組啟動(dòng)過程中的廠用電切換步驟，同時(shí)可減小機(jī)組故障時(shí)的系統(tǒng)變動(dòng)，便于日后的檢修、維護(hù)及試驗(yàn)進(jìn)行，同時(shí)該變壓器的額定容量可調(diào)整為1臺(tái)高壓廠用變壓器的60%，即由30 MVA縮小到18 MVA。由于我廠1#、2#機(jī)組的起動(dòng)/備用變壓器投運(yùn)已經(jīng)超過30年，升級(jí)改造或整體置換已提上日程，

因此在權(quán)衡利弊的基礎(chǔ)上最終確定改造方案，將是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。

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Calculation and Analysis of Auxiliary Power Load of BaoSteel’s Self-provided Power Plant

XU Zhe
(Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 200941, China)

【Abstract】The method for auxiliary electricity load calculation of the thermal power plant and its importance are introduced; and the necessity of load calculation is put forward in light of the technical characteristics of domestic power generating sector in recent years. Through actual calculating cases a 2×350 MW thermal power system is calculated and analyzed and proposal on the transformation direction of auxiliary power supply system in the future is provided.

【Keywords】thermal power plant; auxiliary power; load calculation

作者簡介：徐吉吉（1980－），男，2003年畢業(yè)于上海交通大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事火電廠技術(shù)管理工作。

收稿日期：2015－05－25

【中圖分類號(hào)】TM621.22

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764(2015)10-0001-03