王曉飛

（江西贛能股份有限公司豐城二期發(fā)電廠，江西豐城 331100）

0 引言

大型火力發(fā)電廠已邁入“大容量、高參數(shù)、高效率、低能耗、低排放”時(shí)代，“高效、節(jié)能、環(huán)保、綠色、低碳”理念已融入電廠設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)每個(gè)環(huán)節(jié)。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，節(jié)能設(shè)計(jì)水平?jīng)Q定整體能耗水平，做好電氣節(jié)能降耗、高效運(yùn)行設(shè)計(jì)至關(guān)重要[1]。

1 合理選擇中、高壓系統(tǒng)電壓等級(jí)，降低損耗

在滿足電網(wǎng)安全和容量的前提下，選取500 kV或1000 kV 接入電網(wǎng)，比220 kV 能減小損耗,提高輸電效率。最終接入電網(wǎng)電壓等級(jí)與形式在接入系統(tǒng)研究中確定。通過以10 kV 代替6 kV 電壓，電纜線路損耗平均下降20%[2,3]。

考慮設(shè)690 V 電壓等級(jí)。火力發(fā)電廠大量使用75 kW～200 kW 電動(dòng)機(jī)，按規(guī)范200 kW 以下電動(dòng)機(jī)采用400 V 供電。75 kW～200 kW 電動(dòng)機(jī)采用400 V 供電時(shí)啟動(dòng)電流大，會(huì)造成母線電壓大幅下降，系統(tǒng)損耗增大。采用690 V 電壓后，可有效降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流和運(yùn)行損耗。75 kW～200 kW 電動(dòng)機(jī)在輸煤系統(tǒng)大量使用，普遍存在電纜距離較遠(yuǎn)。采用690 V 電壓后，能有效降低啟動(dòng)和運(yùn)行電流，減小線路壓降和損耗，損耗相當(dāng)于400 V 系統(tǒng)的30%[4]。

2 優(yōu)化總平面布置和廠用電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

火力發(fā)電廠電氣設(shè)備主要有電動(dòng)機(jī)、開關(guān)、變壓器、電纜線路、照明等，通過電纜連接成廠用電系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)2×1000 MW 火力發(fā)電廠使用10 kV 電纜45 kM～50 kM，400V 動(dòng)力電纜300 kM～350 kM ，數(shù)量巨大，損耗總量不容忽視。

因地制宜，合理功能分區(qū)，充分利用地形地勢(shì)，盡量按工藝流程布置設(shè)備，減少介質(zhì)輸送距離、高度差、彎度和不必要的往返輸送等，從根本上減少用電設(shè)備和減小用電負(fù)荷。總平面緊湊布置，合理統(tǒng)計(jì)和分配負(fù)荷，在負(fù)荷中心就近設(shè)配電裝置，控制供電半徑，縮短電纜距離，降低損耗。選用銅電纜，導(dǎo)體截面按經(jīng)濟(jì)電流密度并適當(dāng)增大選擇，可大幅降低電纜損耗，也降低電纜火災(zāi)的概率。電廠30 年周期內(nèi)，降低損耗所節(jié)省電費(fèi)大幅超過適當(dāng)增大截面所增加的費(fèi)用。

合理設(shè)計(jì)電氣設(shè)備布置、電纜走向及短電纜長(zhǎng)度，減少電纜及降低電壓損耗。有區(qū)別地追求供電可靠性，不盲目追求雙電源電纜不同路徑造成電纜迂回。溫度越低，電阻率越小，損耗越小。在電纜橋架、溝道、隧道、夾層等設(shè)計(jì)時(shí)盡量遠(yuǎn)離熱源，設(shè)置通風(fēng)設(shè)施。在電纜敷設(shè)中，適當(dāng)增大電纜間間距，降低充滿度，中高壓電纜間隔敷設(shè)，大截面低壓電纜不疊層敷設(shè)。改善電纜運(yùn)行環(huán)境，降低電纜運(yùn)行溫升，減少損耗。不設(shè)或少設(shè)電纜接頭，降低接觸電阻和損耗。

3 選用高效節(jié)能變壓器，合理選擇變壓器容量、臺(tái)數(shù)和接線形式

2×1000 MW 發(fā)電機(jī)通常采用單元接線形式與配電裝置相連，主變?nèi)萘考s1140 MVA，2 臺(tái)；高廠變及啟備變約（82/48～48）MVA，三繞組分裂變，3 臺(tái)；勵(lì)磁變約3×3.7 MVA 三個(gè)單體變，2 臺(tái)；中壓系統(tǒng)設(shè)低壓干式變約54 臺(tái)，總?cè)萘考s85 MVA。變壓器數(shù)量多，容量大，節(jié)能降耗空間巨大。

3.1 設(shè)計(jì)及政策依據(jù)

變壓器設(shè)計(jì)及政策依據(jù)見表1。

表1 變壓器設(shè)計(jì)及政策依據(jù)

3.2 選用高效節(jié)能變壓器

非晶合金鐵芯變壓器具有損耗低、效率高等特點(diǎn)，較普通低壓干式變壓器損耗降低約28%，節(jié)能效果顯著。采用節(jié)能變壓器后，1600 kVA 和2000 kVA 變壓器損耗可分別下降4.7 kW 和6 kW 左右。目前大量使用節(jié)能型主要有SCB-11、SCB-13系列。

3.3 合理選擇變壓器

依據(jù)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，合理選擇變壓器容量、臺(tái)數(shù)，科學(xué)分配負(fù)荷，使變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在高效區(qū)間。當(dāng)負(fù)荷率長(zhǎng)期低于30%，應(yīng)更換變壓器，負(fù)荷率超過80%，適當(dāng)增大變壓器容量。

保持變壓器三相負(fù)載平衡。不平衡時(shí)，中性線電流增大，低壓供電線損增大，同時(shí)變壓器零序電流產(chǎn)生的零序磁通加大變壓器損耗。不平衡率在20%以上時(shí)，線損率升高2%～3%。

自動(dòng)調(diào)容變壓器容量按負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整，使變壓器運(yùn)行在高效區(qū)間，降低變壓器損耗。自動(dòng)調(diào)容變壓器適用于負(fù)荷分散、季節(jié)性強(qiáng)、平均負(fù)荷率低、峰谷負(fù)荷差較大的場(chǎng)所。

選用調(diào)壓變壓器。通過手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整變壓器分接頭位置以及投切無功補(bǔ)償裝置容量，調(diào)整運(yùn)行電壓，使電壓維持在合理水平。

合理選擇變壓器阻抗。變壓器容量越大，阻抗越大、損耗越大。在不引起下級(jí)系統(tǒng)設(shè)備短路電流水平提高等級(jí)情況下，合理降低變壓器阻抗，降低變壓器本身?yè)p耗。通常10 kV 配電變壓器阻抗約5%，500 kV變壓器阻抗約12%～18%。

盡量選用星三角形接線變壓器，減少三次諧波污染引起的損耗及功率因素降低。

大件運(yùn)輸允許時(shí)，三相一體主變代替三個(gè)單相變。高廠變、啟備變選用三繞組分裂變代替兩個(gè)兩繞組變壓器等。變壓器冷風(fēng)扇、軸流風(fēng)機(jī)依據(jù)負(fù)荷和溫度自動(dòng)智能啟停，避免風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期無區(qū)別運(yùn)行。

4 選用高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)

4.1 設(shè)計(jì)及政策依據(jù)

關(guān)于發(fā)電機(jī)，國(guó)家和地方未出臺(tái)大型同步發(fā)電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)大型同步發(fā)電機(jī)效率達(dá)到99.0%為先進(jìn)水平。低壓電機(jī)按《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》規(guī)定的1 級(jí)能效選擇。高壓電機(jī)按《高壓三相籠型異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》1級(jí)能效選取。

4.2 合理選擇設(shè)備高效運(yùn)行區(qū)間

火力發(fā)電廠輔機(jī)容量按發(fā)電機(jī)額定出力選定，但發(fā)電機(jī)實(shí)際負(fù)荷按電網(wǎng)調(diào)度在30%～100%額定負(fù)荷不斷調(diào)整，各輔機(jī)真正運(yùn)行在效率較高點(diǎn)時(shí)間是有限的。在火電廠規(guī)劃科研階段，對(duì)電網(wǎng)充分研究，合理確定機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)，選擇輔機(jī)效率較高點(diǎn)與發(fā)電機(jī)較長(zhǎng)運(yùn)行負(fù)荷區(qū)間相匹配，降低損耗。

4.3 合理選擇電動(dòng)機(jī)容量

對(duì)風(fēng)煙、制粉、水汽、除灰渣等系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，給出合理軸功率。依據(jù)設(shè)備重要性科學(xué)劃分I、Ⅱ、Ⅲ類負(fù)荷。電氣依據(jù)運(yùn)行方式、負(fù)荷分類做好統(tǒng)計(jì)，確定變壓器和電動(dòng)機(jī)容量。通常電動(dòng)機(jī)按機(jī)械設(shè)備軸功率110%～115%選擇，容量過大，損耗大；容量過小，運(yùn)行溫度較高，軸承、絕緣易損壞。

4.4 選用高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)

高效節(jié)能電機(jī)采用新型設(shè)計(jì)、新工藝及新材料可降低電磁能、熱能和機(jī)械能損耗，效率高。與傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)相比，高效節(jié)能電機(jī)效率平均提高4%，損耗平均下降20%。選用功率因數(shù)大于0.85 的電動(dòng)機(jī)，降低空載電流，減少繞組發(fā)熱。

5 在負(fù)荷工況變化較大輔機(jī)上使用變頻器、永磁電機(jī)、永磁傳遞、雙速電機(jī)等

發(fā)電機(jī)負(fù)荷按電網(wǎng)調(diào)度在30%～100%額定負(fù)荷不斷調(diào)整時(shí)，鍋爐和汽輪機(jī)的風(fēng)煙、燃燒、汽水、除灰渣等系統(tǒng)輔機(jī)負(fù)荷也急劇變化。若電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無法調(diào)整，則只能通過調(diào)整風(fēng)機(jī)擋板、管路閥門開度、啟停設(shè)備臺(tái)數(shù)來實(shí)現(xiàn)風(fēng)量和水流量等調(diào)整匹配發(fā)電機(jī)負(fù)荷，造成大量節(jié)流損失和能量浪費(fèi)。

對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)類電動(dòng)機(jī)采用變頻器、永磁電機(jī)或永磁傳遞技術(shù)，調(diào)整機(jī)械負(fù)荷轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量、流量、壓力和系統(tǒng)出力調(diào)整。據(jù)統(tǒng)計(jì)負(fù)荷率在50%時(shí)節(jié)電率在50%以上，負(fù)荷率100%時(shí)節(jié)電率在30%左右。

據(jù)國(guó)家發(fā)改委2010 年第33 號(hào)公告《國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄（第三批）》關(guān)于電機(jī)變頻技術(shù)內(nèi)容，交流電機(jī)變頻調(diào)速一般能節(jié)電30%。永磁傳遞節(jié)能量與變頻調(diào)速相似。

季節(jié)性強(qiáng)的場(chǎng)所使用雙速電動(dòng)機(jī)。冷卻塔用于循環(huán)冷卻水降溫。在建成后，淋水面積固定，降溫效果與環(huán)境溫度和循環(huán)水流速相關(guān)。1000 MW火電機(jī)組每臺(tái)泵配3 臺(tái)2040 kW/3200 kW 雙速循環(huán)水泵電機(jī)，依據(jù)季節(jié)靈活調(diào)節(jié)。4 月～10 月熱季，環(huán)境溫度高，3 臺(tái)電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行；11 月～3 月冷季，環(huán)境溫度低，2臺(tái)電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行。

多臺(tái)小容量設(shè)備并列運(yùn)行代替大容量單設(shè)備運(yùn)行，以增強(qiáng)適應(yīng)性。依據(jù)負(fù)荷變化，靈活啟停不同電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)來匹配需要，降低電能消耗。

6 電除塵采用高頻開關(guān)電源

采用“電除塵器節(jié)能提效控制技術(shù)”，一、二電場(chǎng)采用高頻電源，三、四、五電場(chǎng)采用脈沖電源，較采用工頻電源大幅降低電耗。

“電除塵器節(jié)能提效控制技術(shù)”為《國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄（2016 年版）》推薦技術(shù)。將工頻交流電轉(zhuǎn)換為電壓70 kV 以上、電流峰值4 A～6 A、時(shí)間寬度20μs以下的脈沖電流給電除塵器供電。通過對(duì)電流脈沖采取一定控制模式，增加電除塵器內(nèi)煙電荷量，增加帶電煙塵收集移動(dòng)速度，減少無效能量供給，提高電除塵器除塵效率。根據(jù)《國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄（2016 年版）》，單臺(tái)1000 MW 機(jī)組采用“電除塵器節(jié)能提效控制技術(shù)”后，年節(jié)約電能574×104 kWh。

7 采用綠色智能照明技術(shù)

堅(jiān)持自然采光為主、照明為輔設(shè)計(jì)原則，從根本上減少照明耗能。選用節(jié)能光源、高效燈具加智能控制方式，降低廠用電率。

選用高效節(jié)能燈具、節(jié)能光源、電子鎮(zhèn)流器和節(jié)能電感鎮(zhèn)流器。在滿足照度要求下，可將電廠照明總?cè)萘拷档?0%～30%。

采用配電壓自動(dòng)補(bǔ)償和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，使電壓保持在額定范圍內(nèi)，功率因數(shù)提高至0.9，降低損耗。避免電壓過高、照度過高、光源壽命降低和耗能增加。

合理布置照明燈具，按需設(shè)燈。對(duì)照度要求較高場(chǎng)所，局部增強(qiáng)照明，合理確定安裝高度。采用多種控制方式，按需開關(guān)，避免長(zhǎng)明燈。燈具分組分區(qū)域控制，按需靈活啟停。走廊、樓梯等人少場(chǎng)所采用聲控、感應(yīng)等，人走滅燈。道路、鍋爐、升壓站等采用時(shí)控加光控，自動(dòng)按照度要求開關(guān)。室內(nèi)照度要求較高場(chǎng)所，用調(diào)光開關(guān)。采用智能控制系統(tǒng)，根據(jù)運(yùn)行和照度的要求，在控制系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)燈具的開關(guān)。如人員巡視時(shí)，在后臺(tái)機(jī)上將巡視沿線燈具開啟，巡視完畢后，沿線燈具自動(dòng)關(guān)閉。通過照明智能控制，達(dá)到全廠燈具按需開關(guān)，降低20%～30%電能消耗。

8 合理設(shè)計(jì)計(jì)量裝置，做好節(jié)能監(jiān)督、管理

配備能源計(jì)量器具和人員，建立相應(yīng)的管理制度，對(duì)各系統(tǒng)耗能情況實(shí)施監(jiān)督和評(píng)估，不斷優(yōu)化和調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行方式，及時(shí)改造耗能大戶，為節(jié)能降耗提供決策依據(jù)。

1000 MW 單元機(jī)組電度計(jì)量主要分關(guān)口、考核表和統(tǒng)計(jì)三類。各智能電度表、測(cè)控裝置接入全廠電能采集系統(tǒng)和廠用電監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)一抄表和分析，為生產(chǎn)運(yùn)行提供實(shí)時(shí)指導(dǎo)。

9 結(jié)束語

通過機(jī)務(wù)和電氣采取措施，節(jié)能設(shè)計(jì)和節(jié)能運(yùn)行，廠用電率降低明顯，1000 MW 火力發(fā)電廠廠用電率從5.5%逐步下降至4.0%甚至更低。新廠設(shè)計(jì)值已降至3.62%，與汽機(jī)、鍋爐、電氣、煤炭等各專業(yè)的綜合努力是分不開的。