火電機組電氣節(jié)能降耗措施的研究

張方明，張瑞明

（1.浙江浙能電力工程技術(shù)有限公司；2.浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司，浙江 杭州 315048）

火力發(fā)電廠的節(jié)能降耗對于低碳運行、綠色發(fā)展的社會意義重大，對提升企業(yè)的市場競爭力也有非凡的意義。而廠用電率是衡量火電機組經(jīng)濟性能的最主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。而目前在降低廠用電率的措施相關(guān)的研究如制定合理的運行制度規(guī)避不科學(xué)的運行與管理造成的電能的損耗，通過更換高質(zhì)量的節(jié)能照明燈避免劣質(zhì)燈具帶來的電能浪費，通過使用不同的導(dǎo)體材料較少鐵磁損耗，進行變頻改造達到節(jié)能降耗的目的。這些技術(shù)措施已無法滿足現(xiàn)在火電機組通過電氣手段降低廠用電率達到節(jié)能降耗的目的，正值適應(yīng)“雙控”、降本增效的新形勢之際，本文提出電氣節(jié)能方面降低發(fā)電廠廠用電率新思路：廠用電氣設(shè)備運行方式的優(yōu)化組合、外圍高耗能電動機的更換升級、運行方式優(yōu)化升級，同時采用在線監(jiān)測技術(shù)，使電氣設(shè)備運行在最優(yōu)狀態(tài)，為打造節(jié)能領(lǐng)跑、綠色發(fā)展的氛圍提供有力支撐。

1 火力發(fā)電廠節(jié)能降耗的現(xiàn)實意義

火電廠節(jié)能降耗舉措的采取，將會對國家的經(jīng)濟產(chǎn)生很多積極而正面的影響，有效地降低生產(chǎn)成本是很重要的。在傳統(tǒng)火力發(fā)電廠的生產(chǎn)模式下，因為受生產(chǎn)水平的許多制約，人們對許多資源的利用價值都不能進行合理的獲取與充分的使用，而這也是導(dǎo)致傳統(tǒng)廢熱火力發(fā)電廠產(chǎn)出效益偏低的主要原因之一。在這種的狀況之下，傳統(tǒng)火力發(fā)電廠也將需要更多的人力資源、物力及財力作為支撐才能完成預(yù)定的生產(chǎn)目標(biāo)。因此，若是有效實行節(jié)能降耗的政策，就能在一定程度上使相關(guān)火電廠的生產(chǎn)技術(shù)得到顯著的進步，從而實現(xiàn)對于資源最大化地提取和利用。為更好地達到節(jié)能降耗的目標(biāo)，政府還要求有關(guān)技術(shù)人員積極進行能源產(chǎn)品科技方面的技術(shù)創(chuàng)新工作，以通過科學(xué)、有效的技術(shù)使資源的實際利用價值極大地充分發(fā)揮，使資源的合理使用率獲得更進一步的提高，從而實現(xiàn)了節(jié)能降耗的終極目的。從這種角度來看，火力發(fā)電廠的節(jié)能降耗措施可以為能源的生產(chǎn)利用提供科技上的巨大進步，而這些進步措施不但可以在較大程度上提升火力發(fā)電廠的產(chǎn)能效益，還能夠給火力發(fā)電廠的長期發(fā)展帶來科技上的保障。

2 火力發(fā)電廠汽輪機的概述

汽輪機作為一個能夠使用蒸發(fā)的熱能進行做功使用的旋轉(zhuǎn)機器，它運用了沖擊功能基本原理和反動功能基本原理，使它在使用的流程中能夠進行從熱能向機器能的轉(zhuǎn)換，從而進行產(chǎn)生功。利用沖擊功能的基本原理的應(yīng)用由噴嘴中流出，在汽輪機液壓氣道內(nèi)變音易轍后，在葉片上做功。此外，葉輪能夠轉(zhuǎn)動，完成了機器作用。反動基本原理的運用，它就是在渦輪的蒸氣流到動葉，產(chǎn)生了蒸氣通道的擴張，從而進一步促進了水蒸氣的流通，使轉(zhuǎn)動葉形成抗動力，從而使葉輪能夠轉(zhuǎn)動，形成了機器工作。正是由于上述這二個基本原理的運用，使汽輪機具備了下述應(yīng)用特性。

（1）高熱效率。由于渦輪最重要的工作就是將電能轉(zhuǎn)化成機器能，所以，渦輪在工作中很易于形成巨大電能，所以形成了超高熱效率。（2）單機輸出功率大。由于汽輪機處于回旋的范圍，所以在汽輪機的持續(xù)運轉(zhuǎn)中，會耗費巨大的輸出功率，進而引起汽輪機功率的增大。（3）擁有較長的壽命，且經(jīng)久耐用，能夠采用各種相對便宜的燃油等。（4）在運行過程中，汽輪機主機具有較高的穩(wěn)定性能，事故的發(fā)生率很低，在通常狀況下，使用3年左右以后才需要進行一次大型維修，這也使得設(shè)備的利用率大大提升。

3 火力發(fā)電廠電氣損耗方面存在的主要問題

3.1 雙重化配置導(dǎo)致的廠用電率增加

為了滿足電力設(shè)計規(guī)范關(guān)于雙重化配置以保證用戶可靠用電的要求。火電廠在對辦公公寓樓等進行日常生活供電時采取兩臺辦公樓公寓變雙路供電，有時采取分列運行（母聯(lián)開關(guān)分位），一旦某段失電或變壓器檢修時才采用并列運行（母聯(lián)開關(guān)合位）；有時則采取一臺運行、一臺明備用的方式，如圖1所示。某火力發(fā)電廠辦公公寓樓采用雙路供電模式，即辦公公寓樓進線開關(guān)A、B在合位，A/B段母聯(lián)開關(guān)在分位運行方式。一旦某一路供電失去，則采用手動方式斷開供電失去回路進線開關(guān)，同時，合上母聯(lián)開關(guān)進行供電的方式。這樣運行的優(yōu)點是供電可靠性高。

圖1 辦公公寓樓A、B段接線圖

直流系統(tǒng)在設(shè)計時，常常采用“兩用一備”的方式配置直流充電器，平時兩臺充電器各自運行帶一段母線，另一臺充電器明備用空載運行；只有在某臺運行充電器退出時，才切換至備用充電器帶載運行。這種明備用方式同樣增加了電能的損耗，增加了廠用電率。

3.2 高耗能電機造成廠用電率增加

對于外圍脫硫、除灰等電機，在規(guī)劃設(shè)計初期為了降低成本而投運大量高耗能、質(zhì)量差的電動機，這些設(shè)備由于運行效率低、耗電量大、故障率高、經(jīng)常性的啟停等原因，導(dǎo)致機組經(jīng)濟性降低，增加了機組廠用電率。

3.3 設(shè)備運行方式不合理引起廠用電率增加

作為火力發(fā)電廠運行管理過程中非常關(guān)鍵的因素，用電率對火力發(fā)電廠的生產(chǎn)效益有著直接影響的作用。要是在用電管理期間產(chǎn)生問題，那么將會產(chǎn)生一系列的連鎖反應(yīng)，危及火力發(fā)電廠的正常運行。除此之外，出現(xiàn)問題后，還無法清楚地反映出火力發(fā)電廠的運行情況?？偟膩砜?，大部分火力發(fā)電廠的管理人員都沒有對經(jīng)濟性評價指標(biāo)有著清楚的認(rèn)知，平時工作也不太認(rèn)真，導(dǎo)致能源損耗問題愈發(fā)嚴(yán)重。

目前，廠內(nèi)道路照明依然引接于廠用照明變，夜晚的燈火通明增加了廠用電的損耗。

員工長期思想認(rèn)識不足，節(jié)能降耗意識薄弱，下班后電腦、打印機等用電設(shè)備依然運行造成廠用電損耗；凝結(jié)水泵、一次風(fēng)機等電動機雖然已經(jīng)由工頻運行方式改為變頻運行方式，節(jié)約了電能，但變頻器在運行過程中，需要利用電能來驅(qū)動空調(diào)進行散熱以防止變頻器元器件過熱損壞，同樣造成了電能的損耗；同時，隨著投運時間的增長，電力電子元器件已經(jīng)超出其使用壽命。

3.4 設(shè)備處于不正常的運行狀態(tài)使廠用電率增加

電氣設(shè)備尤其是變壓器等電抗性設(shè)備處于過負(fù)荷等不正常運行狀態(tài)時，其產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗將大大增加，同時，鋼結(jié)構(gòu)廠房也增加了鐵磁損耗，在電纜中感應(yīng)很大的感應(yīng)電流，導(dǎo)致電纜損耗增大。

3.5 照明損耗嚴(yán)重

照明是最常見的用電形式。目前，很多火力發(fā)電廠所使用的燈具的壽命周期普遍較短，每間隔一段時間就需要進行更換，這樣一來，頻繁地更換會產(chǎn)生一些電氣故障。另外，我國電氣水平和國外發(fā)達國家還有一定的差距，還沒有大力推廣應(yīng)用節(jié)能燈具，而且節(jié)能技術(shù)開發(fā)工作也一直處于初始階段，可行性偏低。同時，節(jié)能技術(shù)與當(dāng)前火電廠的運行情況有著一定差異，難以有效匹配。而且許多發(fā)電廠照明系統(tǒng)所應(yīng)用的電源和電壓都比較高，普遍在400和230V，由此可見，電能浪費其情況非常嚴(yán)重。

4 有針對性地解決火力發(fā)電廠電氣損耗的措施

4.1 廠用電氣設(shè)備運行方式的優(yōu)化組合

針對辦公公寓樓變等低負(fù)荷變壓器造成的損耗，進行負(fù)荷優(yōu)化整合，通過一臺變壓器帶所有負(fù)荷，另一臺變壓器處于冷備用狀態(tài)，提升變壓器負(fù)荷率，降低變壓器的損耗，降低廠用電率。同時，為避免在變壓器進行切換時，由于空充變壓器造成保護裝置的誤動，采取帶有勵磁涌流閉鎖功能的變壓器差動保護；同時，為防止由于手動切換速度慢帶來生活、辦公用電的不便，可以加裝快速切換裝置實現(xiàn)冷備用變壓器的自動切換。如圖2所示。采用單回路運行方式，即辦公公寓樓A進線開關(guān)合位、辦公公寓樓A進線開關(guān)分位、辦公公寓樓A/B段母聯(lián)開關(guān)合位的“一運一備”的供電方式。一旦供電回路失電，則通過快速切裝置進行“并聯(lián)切換”或“串聯(lián)切換”來維持供電，確保供電可靠性。

圖2 改進后的運行倒班樓A、B段接線圖

對于采用“兩用一備”方式的直流充電器，可以將備用充電器放置于冷備用狀態(tài)，即拉開交流輸入開關(guān)，由于直流充電器損壞或其他原因突出運行時，仍然有蓄電池可持續(xù)運行1～2h，因而完全不用擔(dān)心由于備用充電器處于冷備用而起不到備用的作用。同時，為了防止處于冷備用的充電器長時間不用而延誤消缺時間，可以定期空載試運行并且按運行充電器檢修周期進行維護校驗。

4.2 外圍高耗能電動機的更換升級

進行機電設(shè)備的全廠排查，對落后的高耗能的設(shè)備逐步實行技術(shù)改造或者換型升級。

火力發(fā)電廠的啟動裝置大都是高電壓系統(tǒng)，變壓器空載或低負(fù)荷運行均造成電能浪費。為最大限度地減少損耗，電廠可將啟動/備換成冷備用。為了達到這一目的，電廠有關(guān)人員在設(shè)計啟備程序時，必須保證機組正常啟備時不帶公用負(fù)荷，這是因為發(fā)電廠的1號、2號機組的廠用變壓器均分。另對1號機組高壓工廠變壓器也進行了全帶設(shè)計。不管采用哪種方法，都必須確保工廠的電氣可靠性符合有關(guān)規(guī)范的要求。在此前提下，低電壓工廠的電接線可采用暗備用電源中心方式，此時，兩臺變壓器相互備份，各自承擔(dān)一半的負(fù)荷，與全部負(fù)荷相比，負(fù)載損耗量降低75%，節(jié)能效果十分明顯。另外，合理地優(yōu)化變壓器容量，使變壓器負(fù)荷控制在65%～75% l5'，能最大限度地避免變壓器低負(fù)荷或空載，有效降低變壓器的能耗。

4.3 運行方式優(yōu)化升級

對有條件的道路路燈實現(xiàn)太陽能供電改造，對沒條件的路燈實現(xiàn)時控改造，降低照明損耗。

完善企業(yè)的管理制度，積極構(gòu)建獎懲制度來規(guī)范員工日常行為，培養(yǎng)員工節(jié)能降耗意識；加強員工辦公室用電管理，打印機、電腦等閑置不用時，或下班時，將其關(guān)閉，降低待機損耗。

將變頻器室內(nèi)冷卻設(shè)備由空調(diào)制冷改為循環(huán)水制冷模式；同時，將變頻器室升級改造自循環(huán)式空間，并且定期清洗濾網(wǎng)，防止空氣不流通導(dǎo)致變頻器過熱跳閘；同時，最大限度地提高變頻器的輸出能力，使其在變頻工況下能滿負(fù)荷運行；同時，進行變頻器的技術(shù)改造。調(diào)整凝結(jié)水泵以及一次風(fēng)機的運行參數(shù)，達到節(jié)能降耗的目的。

4.4 采用在線監(jiān)測技術(shù)使電氣設(shè)備運行于最優(yōu)狀態(tài)

采用局部在線監(jiān)測技術(shù)，實時監(jiān)測電氣設(shè)備的運行狀態(tài)，確保電氣設(shè)備運行在最優(yōu)工作狀態(tài)。

另外，還要加強電氣設(shè)備輔機調(diào)速器的研究和發(fā)展，以科學(xué)的方法降低其能耗。近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速器的應(yīng)用越來越廣泛，它具有其他電器設(shè)備輔機無法比擬的優(yōu)點，如頻率范圍寬、功率因數(shù)大、節(jié)能效果好，可將其替代傳統(tǒng)調(diào)速器，達到節(jié)能的目的。

5 結(jié)語

降低火力發(fā)電廠廠用電率是提升發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟效益的有效措施，是實現(xiàn)發(fā)電企業(yè)節(jié)能領(lǐng)跑、綠色發(fā)展的前提，因而應(yīng)在機組安全穩(wěn)定運行的前提下，在不違背火力發(fā)電廠相關(guān)設(shè)計規(guī)范的要求下，最大限度地想方設(shè)法運用各項節(jié)能降耗措施，不斷挖掘節(jié)能潛力，為企業(yè)的綠色發(fā)展、社會的綠色理念提供新動能。