淺談熱電廠降低廠用電率的優(yōu)化調(diào)整

吳宙林

（中石化巴陵石化分公司湖南岳陽(yáng)414003）

淺談熱電廠降低廠用電率的優(yōu)化調(diào)整

吳宙林

（中石化巴陵石化分公司湖南岳陽(yáng)414003）

通過(guò)優(yōu)化調(diào)整熱電廠廠用6kV母線電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)綜合功率損耗影響進(jìn)行分析，并結(jié)合熱電廠現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，論證了廠用母線電壓在6.0～6.1kV優(yōu)化調(diào)整對(duì)熱電廠降低廠用電率效果顯著，同時(shí)可以保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

廠用電率母線電壓；電動(dòng)機(jī)；優(yōu)化調(diào)整；安全運(yùn)行；廠用電率

某熱電廠汽輪發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量為72MW，鍋爐額定蒸發(fā)量900t/h，廠用母線電壓等級(jí)為6kV。鍋爐設(shè)備由6kV大電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所消耗的電量占發(fā)電機(jī)組發(fā)電量比率較大。因此，廠用電率是衡量熱電廠一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。大電機(jī)節(jié)能技術(shù)中，多運(yùn)用變頻或永磁調(diào)試技術(shù)、選用節(jié)能型電機(jī)、優(yōu)化運(yùn)行方式等節(jié)能措施。當(dāng)上述節(jié)能措施已經(jīng)實(shí)施，還需要進(jìn)一步節(jié)能，可基于在安全可靠的前提下優(yōu)化調(diào)整廠用母線電壓，以控制大電機(jī)耗能，進(jìn)一步降低廠用電率。

1 廠用電量消耗狀況

用于發(fā)電的設(shè)備用電量與發(fā)電量之比即為廠用電率。該廠高壓電機(jī)共42臺(tái)，累計(jì)銘牌功率26660kW，據(jù)統(tǒng)計(jì)，85%以上的廠用電是由6kV高壓電動(dòng)機(jī)消耗產(chǎn)生，其廠用電率2013年平均為25.25%，該項(xiàng)指標(biāo)在中石化熱電企業(yè)處于中下游水平。

2 廠用電壓調(diào)整的經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，6kV廠用電壓維持在6.3±0.3kV。目前該廠廠用電壓實(shí)際控制在6.2～6.3kV，而電動(dòng)機(jī)廠家一般要求電機(jī)在額定電壓變動(dòng)±10%的范圍內(nèi)運(yùn)行。當(dāng)電動(dòng)機(jī)機(jī)端電壓變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子電流、轉(zhuǎn)子電流等都會(huì)發(fā)生變化，勢(shì)必對(duì)電動(dòng)機(jī)綜合功率損耗造成影響。

高壓電動(dòng)機(jī)功率損耗以電動(dòng)機(jī)的綜合功率損耗表征。

電動(dòng)機(jī)的綜合功率損耗包括有功損耗及無(wú)功當(dāng)量損耗：

通常各類(lèi)損耗占有功損耗的比例為：定子鐵損耗20～25%，定子銅損耗35～40%，轉(zhuǎn)子銅損耗20～25%，附加損耗15～35%。下面具體分析電壓調(diào)整對(duì)電動(dòng)機(jī)各種損耗的影響，為分析方便用腳標(biāo)1和2表示母線電壓由U1降至U2時(shí)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。

2.1 定子鐵損耗差

一般認(rèn)為電動(dòng)機(jī)定子鐵損PFE與定子電壓的平方成正比，當(dāng)額定電壓時(shí)的鐵損為PFEe，則不同電壓下的損耗差（△PFE）為：

但當(dāng)電壓高于額定值時(shí)，由于鐵芯的飽和，上面的公式將不能使用，各種電機(jī)在高于額定電壓范圍內(nèi)，鐵損與電壓的關(guān)系是不同的，有四次方關(guān)系也有2.5次方關(guān)系，高于額定電壓運(yùn)行時(shí)鐵損明顯增加。但不管怎樣，電壓從U1降至U2時(shí)△PFE＞0。

2.2 定子銅損耗差

定子銅損與定子電流的平方成正比，則不同電壓下的損耗差（△PCU1）為：

一般認(rèn)為隨著電壓的下降，電動(dòng)機(jī)的電流會(huì)增加，銅損增加。這種關(guān)系只適用于負(fù)載固定不變的電動(dòng)機(jī)。實(shí)際上，當(dāng)電壓下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械軸功率減小，以及激磁無(wú)功電流的減小，使定子電流增加不明顯；部分廠用電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電壓降低時(shí)，定子電流會(huì)同步減小。因此△PCU1可能大于零、等于零或小于零。

2.3 轉(zhuǎn)子銅損耗差

轉(zhuǎn)子銅損與電機(jī)的軸功率及轉(zhuǎn)差率成正比，則不同電壓下的損耗差（△PCU2）為：

對(duì)于恒阻力矩機(jī)械（如：磨煤機(jī)）等式取“-”號(hào)，對(duì)于風(fēng)機(jī)型阻力矩機(jī)械（如：風(fēng)機(jī)、水泵）等式取“+”號(hào)。

2.4 附加損耗差

電動(dòng)機(jī)的附加損耗分為空載附加損耗和短路附加損耗。短路附加損耗一般取0.5%額定功率，當(dāng)負(fù)載偏離額定值時(shí)，其與定子電流的平方成正比，則不同電壓下的損耗差（△PF）J為：

當(dāng)電壓從U1降至U2時(shí)，附加損耗差△PFJ和定子銅損差△PCU1一樣可能大于零、等于零或小于零。

2.5 無(wú)功當(dāng)量損耗差

電動(dòng)機(jī)的無(wú)功當(dāng)量為無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量與無(wú)功功率之積，則不同電壓下的損耗差（△KQQ）為：

當(dāng)電壓變化時(shí)無(wú)功功率也會(huì)變化，電壓變小，無(wú)功功率變小，反之。因此當(dāng)電壓從U1降至U2時(shí)，△KQQ＞0。

2.6 電動(dòng)機(jī)綜合功率損耗差

△Pc=PFE（eU12-U2）2+PCU1（eI12-I2）2±PeK（S1-S）2+0.005×P（eI12-I2）2+K（QQ1-Q）2（7）

在式（7）中，對(duì)于恒阻力矩機(jī)械設(shè)備的電動(dòng)機(jī)，第三項(xiàng)取“-”號(hào)，對(duì)于風(fēng)機(jī)型機(jī)械設(shè)備的電動(dòng)機(jī)，第三項(xiàng)取“+”號(hào)，因?yàn)殡妷合陆缔D(zhuǎn)速也下降，節(jié)流損耗的減小值總比轉(zhuǎn)子銅耗的增加值大。在熱電廠廠用電動(dòng)機(jī)中，絕大部分為風(fēng)機(jī)型機(jī)械，因而可以預(yù)計(jì)，當(dāng)電壓降低時(shí)，就整個(gè)廠用電動(dòng)機(jī)而言，第三項(xiàng)總是為正值。

從式（7）不難看出，對(duì)廠用電動(dòng)機(jī)，如果電壓降低時(shí)定子電流減小，則式（7）中的各項(xiàng)均為“+”號(hào)。△Pc值越大，電動(dòng)機(jī)降低電壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效果越好。從理論分析可見(jiàn)降低母線電壓確實(shí)能夠起到一定的經(jīng)濟(jì)效果，但還需實(shí)踐定量論證。

3 廠用電壓調(diào)整的安全可靠性分析

目前廠用各級(jí)母線電壓的偏移允許值決定于各母線上所接負(fù)載的性質(zhì)，一般為額定電壓的±5%，熱電廠為保守起見(jiàn)，母線電壓規(guī)程定為6.3±0.3kV。電動(dòng)機(jī)廠家一般要求電機(jī)在額定電壓變動(dòng)±10%的范圍內(nèi)運(yùn)行，其電機(jī)的額定出力不變。同時(shí)電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程要求正常運(yùn)行時(shí)6kV電壓保持在±5%范圍，380V電壓在-5～+10%范圍。因廠用負(fù)載主要為電機(jī)負(fù)載，在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)的電壓變化不會(huì)引起電機(jī)出力的變化，不會(huì)引起機(jī)組工況的大幅變動(dòng)。但低壓系統(tǒng)電機(jī)負(fù)載是由變頻器驅(qū)動(dòng)的，必須考慮電壓調(diào)低后，大功率電機(jī)聯(lián)動(dòng)對(duì)系統(tǒng)影響。根據(jù)電力設(shè)計(jì)規(guī)范，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的85%。當(dāng)電壓調(diào)低后，大功率電機(jī)啟動(dòng)，如母線壓降大于額定電壓85%則認(rèn)為安全可靠。

通過(guò)對(duì)該廠35kV/6kV升壓變的有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)整廠用6kVⅡ段母線的電壓，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分廠用系統(tǒng)分支饋線、單一電機(jī)有功變化、大功率電機(jī)聯(lián)動(dòng)對(duì)母線壓降影響及變頻器晃電進(jìn)行試驗(yàn)，以下數(shù)據(jù)均為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)所得。

3.1 經(jīng)濟(jì)性分析

3.1.1 廠用系統(tǒng)分支饋線試驗(yàn)

該廠共有4段6kV廠用母線，通過(guò)3條饋線接至2臺(tái)35kV/6kV升壓變。在機(jī)爐負(fù)荷不變的情況下，通過(guò)升壓變的有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)整其中一條分支饋線2202所帶廠6kVⅡ段母線電壓，并記錄2202開(kāi)關(guān)柜電表參數(shù)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從表1可知，當(dāng)廠6kVⅡ段母線電壓從6.2kV下降至6.05kV時(shí)，分支饋線有功功率下降幅度及所占比例為77.94kW和1.39%。

表1 廠6kVⅡ段母線電壓調(diào)整與有功功率數(shù)據(jù)趨勢(shì)表

3.1.2 單臺(tái)電機(jī)試驗(yàn)

鍋爐磨煤機(jī)電機(jī)560kW，在機(jī)爐負(fù)荷不變的情況下，當(dāng)廠用母線電壓從6.2kV下降至6.05kV時(shí)，記錄其開(kāi)關(guān)柜235A電表參數(shù)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 磨煤機(jī)電機(jī)電壓調(diào)整與有功功率數(shù)據(jù)趨勢(shì)表

從表2可知，當(dāng)廠用電壓從6.2kV下降至6.05kV時(shí)，磨煤機(jī)有功功率下降幅度及所占比例為15.59kW和4.55%。

該廠將母線電壓從6.2kV降低至6.05kV，在滿(mǎn)負(fù)荷情況下，每天廠用電量下降4000kWh左右，廠用電率由25.25%下降至24.48%，達(dá)到預(yù)期節(jié)能效果。

3.2 安全可靠性試驗(yàn)

以該廠最大容量電機(jī)給水泵電機(jī)（2300kW）進(jìn)行聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)，觀察母線電壓壓降。首先通過(guò)理論建模計(jì)算，當(dāng)廠用母線電壓維持在6.05kV時(shí)，聯(lián)動(dòng)一臺(tái)給水泵，其母線電壓下降至89.8%Ue；實(shí)踐試驗(yàn)中當(dāng)廠用母線電壓維持在6.05kV時(shí)，聯(lián)動(dòng)一臺(tái)給水泵，其母線電壓下降至89.6%Ue，低壓400kV系統(tǒng)壓降下降至95%，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，未有機(jī)泵及變頻裝置跳閘。

從上述的理論分析及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，降低熱電廠廠用母線電壓有助于降低廠用電動(dòng)機(jī)綜合損耗，減少?gòu)S用電量。但過(guò)份降低廠用電壓將引起轉(zhuǎn)子電流增加，引起定、轉(zhuǎn)子的銅耗增大，廠用電反而會(huì)增加；而且母線電壓過(guò)低，一旦遇到大功率電機(jī)聯(lián)動(dòng)，母線壓降下降過(guò)大，還將引起輔機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定。故從安全性、經(jīng)濟(jì)性角度綜合比較，6kV電壓正常運(yùn)行時(shí)可控制在6.0～6.1kV之間運(yùn)行較為節(jié)能。

[1]荷小耐，皮華忠.火電廠節(jié)能淺析.江西能源，2005，4：38～39.

[2]趙慷.火力熱電廠降低廠用電率的有效措施.甘肅電力技術(shù)，2007，3.

TM621

A

1004-7344（2016）24-0065-02

2016-8-10

吳宙林（1984-），男，工程師，本科，主要從事電氣技術(shù)管理方面的工作。