摘要：勵(lì)磁系統(tǒng)為同步發(fā)電機(jī)提供磁場(chǎng)電流，是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分。實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，在計(jì)算火電機(jī)組的發(fā)電煤耗指標(biāo)時(shí)，都不考慮勵(lì)磁系統(tǒng)的電能消耗影響，因此根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)的不同種類，分別就勵(lì)磁系統(tǒng)用電量對(duì)火電機(jī)組發(fā)電煤耗指標(biāo)計(jì)算的影響進(jìn)行了分析，希望能使核算更加準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：火電；勵(lì)磁系統(tǒng)；發(fā)電煤耗；節(jié)能

引言

勵(lì)磁系統(tǒng)是提供同步發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流的裝置，是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分。勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行也要消耗一部分的電能，因此需要分析研究該部分電能的統(tǒng)計(jì)情況是否會(huì)對(duì)機(jī)組的發(fā)電煤耗計(jì)算產(chǎn)生影響，助力節(jié)能降耗目標(biāo)更好地實(shí)現(xiàn)。

1 常用的勵(lì)磁系統(tǒng)種類

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主要分為勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和靜止勵(lì)磁系統(tǒng)[1]。其中，勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是指使用勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁功率單元的勵(lì)磁系統(tǒng)，一般有直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和無刷勵(lì)磁系統(tǒng)；靜止勵(lì)磁系統(tǒng)是指使用靜止勵(lì)磁功率單元的勵(lì)磁系統(tǒng)，主要采用變壓器或變流器作為交流勵(lì)磁電源，勵(lì)磁變壓器或變流器接在發(fā)電機(jī)出口或廠用電母線上，有自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)、復(fù)勵(lì)-可控整流勵(lì)磁系統(tǒng)等方式。隨著火力發(fā)電相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，目前工程中常用的勵(lì)磁系統(tǒng)主要有交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、無刷勵(lì)磁系統(tǒng)和自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，本文主要就這3種常用勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行分析。

1.1交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

交流勵(lì)磁系統(tǒng)采用與主機(jī)同軸的交流發(fā)電機(jī)作為交流勵(lì)磁電源，經(jīng)硅整流或晶閘管整流，供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。常見的交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)原理如圖1所示。交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)通過靜止硅整流器，將交流勵(lì)磁機(jī)產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)過整流輸出給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，通常由中頻副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)硅整流裝置供給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，機(jī)組的調(diào)節(jié)通過控制交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流來進(jìn)行。由于交流勵(lì)磁電源來自主機(jī)同軸的交流發(fā)電機(jī)，因此交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的電源來自發(fā)電機(jī)外的其它獨(dú)立電源。

1.2無刷勵(lì)磁系統(tǒng)

無刷勵(lì)磁系統(tǒng)是使用旋轉(zhuǎn)整流器交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁功率單元的勵(lì)磁系統(tǒng)，硅整流元件和交流勵(lì)磁機(jī)電樞與主軸一同旋轉(zhuǎn)，給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組供給勵(lì)磁電流，不需要經(jīng)過轉(zhuǎn)子集電環(huán)和電刷引入。

根據(jù)勵(lì)磁電流的不同來源，可將無刷勵(lì)磁系統(tǒng)分為2種，即勵(lì)磁電流來源于副勵(lì)磁機(jī)的三機(jī)組式無刷勵(lì)磁系統(tǒng)；勵(lì)磁電流來源于勵(lì)磁變壓器的兩機(jī)組式無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。其中，三機(jī)組式無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組電源由副勵(lì)磁機(jī)引接，交流勵(lì)磁機(jī)的電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)經(jīng)整流橋后，送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子供給勵(lì)磁，交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由副勵(lì)磁機(jī)通過自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，其系統(tǒng)原理如圖2所示；兩機(jī)組式無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，其交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由勵(lì)磁變壓器通過自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，系統(tǒng)原理如圖3所示。由于無刷勵(lì)磁系統(tǒng)中交流勵(lì)磁機(jī)產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器變換為直流后，供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組，因此交流勵(lì)磁機(jī)的三相交流繞組、硅整流器和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子也都在一個(gè)軸上一同旋轉(zhuǎn)。

1.3 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)

自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)屬于靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，采用變壓器或變流器作為交流勵(lì)磁電源，勵(lì)磁變壓器或變流器接在發(fā)電機(jī)出口或廠用電母線上，系統(tǒng)原理如圖4所示。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)是靜止勵(lì)磁系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的一種勵(lì)磁方式，采用接在發(fā)電機(jī)端的勵(lì)磁變壓器作為勵(lì)磁電源，可通過晶閘管整流裝置直接控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁。

2火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電煤耗指標(biāo)計(jì)算

根據(jù)火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法[2]，

統(tǒng)計(jì)期內(nèi)平均每發(fā)出1kWh電能所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤量，即發(fā)電煤耗，按式（1）計(jì)算。

由式（1）可見在計(jì)算發(fā)電煤耗指標(biāo)時(shí)是以機(jī)組的發(fā)電量作為分母，在機(jī)組耗用的標(biāo)準(zhǔn)煤量確定的情況下，統(tǒng)計(jì)發(fā)電量的多少與機(jī)組發(fā)電煤耗成反比例關(guān)系。統(tǒng)計(jì)發(fā)電量多了，則機(jī)組實(shí)際發(fā)電煤耗下降；統(tǒng)計(jì)發(fā)電量少了，則機(jī)組實(shí)際發(fā)電煤耗上升。

3勵(lì)磁系統(tǒng)消耗電量對(duì)發(fā)電煤耗計(jì)算的影響

由于發(fā)電機(jī)的發(fā)電量是通過電流互感器、電壓互感器測(cè)量后所得，因而通常情況下該計(jì)量的電量即為發(fā)電機(jī)的發(fā)電量。勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組的重要構(gòu)成部分，勵(lì)磁系統(tǒng)的存在及勵(lì)磁系統(tǒng)消耗電能的來源情況，使得該計(jì)量點(diǎn)所統(tǒng)計(jì)的電量與機(jī)組實(shí)際發(fā)電量并不完全一致，因此若機(jī)組計(jì)量的發(fā)電量中包含了用于勵(lì)磁系統(tǒng)的電量則應(yīng)予以扣除。

勵(lì)磁系統(tǒng)消耗的電量直接影響機(jī)組的發(fā)電量，進(jìn)而對(duì)機(jī)組發(fā)電煤耗計(jì)算產(chǎn)生影響，如表1所示，應(yīng)根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)種類分情況進(jìn)行計(jì)算。

3.1采用交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)發(fā)電煤耗計(jì)算的影響

由圖1可知，交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電源來自與主機(jī)同軸的交流發(fā)電機(jī)，根據(jù)圖1所示原理，該交流發(fā)電機(jī)的動(dòng)力來源于汽輪機(jī)，這種情況下機(jī)組出口側(cè)所統(tǒng)計(jì)的發(fā)電量即機(jī)組的發(fā)電量。此時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)用電量對(duì)該交流發(fā)電機(jī)發(fā)電量沒有影響，勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)用電量對(duì)交流發(fā)電機(jī)組統(tǒng)計(jì)的發(fā)電量數(shù)據(jù)沒有影響，對(duì)以此計(jì)算的發(fā)電煤耗指標(biāo)也沒有影響。

3.2采用無刷勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)發(fā)電煤耗計(jì)算的影響

由于無刷勵(lì)磁系統(tǒng)分為三機(jī)組式無刷勵(lì)磁系統(tǒng)與兩機(jī)組式無刷勵(lì)磁系統(tǒng)2種類型，因此需分別對(duì)2種無刷勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行分析。

3.2.1三機(jī)組式無刷勵(lì)磁系統(tǒng)

三機(jī)組式無刷勵(lì)磁系統(tǒng)的硅整流元件和交流勵(lì)磁機(jī)電樞與主軸一同旋轉(zhuǎn)，給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組供給勵(lì)磁電流，勵(lì)磁系統(tǒng)消耗的能量來自電機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，即來自汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)出口處計(jì)量的發(fā)電量即為機(jī)組的實(shí)際發(fā)電量，因此三機(jī)組式無刷勵(lì)磁系統(tǒng)不影響機(jī)組的發(fā)電量計(jì)量，也不影響以此計(jì)算的發(fā)電煤耗指標(biāo)。

3.2.2兩機(jī)組式無刷勵(lì)磁系統(tǒng)

兩機(jī)組式無刷勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電流來自勵(lì)磁變壓器，根據(jù)圖3的接線圖可以看出，其消耗的電能來自發(fā)電機(jī)發(fā)出的電量，但由于勵(lì)磁變壓器的接線位置在發(fā)電機(jī)出口與電壓互感器、電流互感器之間，其消耗的電能并未被測(cè)量裝置所計(jì)量，計(jì)量所得的發(fā)電量即為發(fā)電機(jī)出口全部電量減去勵(lì)磁變壓器消耗電量后的電量，勵(lì)磁系統(tǒng)消耗電量沒有被計(jì)入測(cè)量所得發(fā)電量，因此兩機(jī)組式無刷勵(lì)磁系統(tǒng)不影響機(jī)組的發(fā)電量計(jì)量，也不影響以此計(jì)算的發(fā)電煤耗指標(biāo)。

3.3采用自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)發(fā)電煤耗計(jì)算的影響

自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)所消耗的電能來自勵(lì)磁變壓器，在廠用電母線上或發(fā)電機(jī)出口處連接勵(lì)磁變壓器，并按照電力流向，勵(lì)磁變壓器接在電壓互感器、電流互感器外側(cè)，而發(fā)電機(jī)的發(fā)電量則是通過電壓互感器、電流互感器測(cè)量后所得，因此勵(lì)磁系統(tǒng)所消耗電量已經(jīng)計(jì)入測(cè)量所得的發(fā)電量，即發(fā)電機(jī)的發(fā)電量中包含了勵(lì)磁系統(tǒng)的電量消耗。

由于勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組的重要組成部分之一，缺少勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組無法正常工作，該部分電量應(yīng)作為發(fā)電機(jī)組的自身消耗，因而機(jī)組的實(shí)際發(fā)電量應(yīng)該為發(fā)電機(jī)出口電量減去勵(lì)磁系統(tǒng)消耗電量之后的電量。以統(tǒng)計(jì)的發(fā)電量進(jìn)行計(jì)算，其大于實(shí)際的發(fā)電量，進(jìn)而計(jì)算出的發(fā)電煤耗低于實(shí)際的發(fā)電煤耗。

結(jié)合自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)屬于靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的特性，以及勵(lì)磁系統(tǒng)主要為發(fā)電機(jī)組提供建立磁場(chǎng)所需的勵(lì)磁電流特征，計(jì)算出靜止勵(lì)磁系統(tǒng)（自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)）所消耗的電量約占發(fā)電量的0.15%左右[3]，因此以測(cè)量的發(fā)電量進(jìn)行計(jì)算，所得出的發(fā)電煤耗略低于實(shí)際發(fā)電煤耗。

結(jié)論

通過對(duì)不同種類發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的原理分析，以及不同勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)常規(guī)燃煤機(jī)組發(fā)電量計(jì)量和發(fā)電煤耗計(jì)算的影響進(jìn)行分析，得出以下4項(xiàng)結(jié)論。

①當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)電量來源于勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，且勵(lì)磁發(fā)電機(jī)能量來自汽輪機(jī)或發(fā)電機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)消耗的電能都不是來自發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能，因此其對(duì)機(jī)組計(jì)量的發(fā)電量沒有影響，也不影響機(jī)組的發(fā)電煤耗計(jì)算。

②勵(lì)磁系統(tǒng)電量來自勵(lì)磁變壓器時(shí)，若勵(lì)磁變壓器接線位置在發(fā)電機(jī)出口，位于電流互感器和電壓互感器之間的，則勵(lì)磁系統(tǒng)消耗的電能來自發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能。但由于該部分電能消耗在機(jī)組發(fā)電量計(jì)量點(diǎn)之前，因此未被計(jì)入發(fā)電量，這種情況下勵(lì)磁系統(tǒng)的電能消耗對(duì)機(jī)組計(jì)量的發(fā)電量沒有影響，也不影響機(jī)組的發(fā)電煤耗計(jì)算。

③勵(lì)磁系統(tǒng)電量來自勵(lì)磁變壓器時(shí)，若勵(lì)磁變壓器接線位置在發(fā)電機(jī)出口，且位于電流互感器和電壓互感器之后的，勵(lì)磁系統(tǒng)消耗的電量來自發(fā)電機(jī)發(fā)出的電量，并且是被計(jì)量入機(jī)組的發(fā)電量，這種情況下勵(lì)磁系統(tǒng)電能消耗對(duì)機(jī)組計(jì)量的發(fā)電量有影響，將會(huì)導(dǎo)致以計(jì)量統(tǒng)計(jì)的發(fā)電量進(jìn)行計(jì)算所得出的發(fā)電煤耗略小于實(shí)際的發(fā)電煤耗。

④在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)的不同情況，結(jié)合各種勵(lì)磁系統(tǒng)電能消耗對(duì)機(jī)組發(fā)電量計(jì)量和發(fā)電煤耗計(jì)算的影響，核算出更加準(zhǔn)確的發(fā)電煤耗，讓節(jié)能降耗工作效果更加顯著。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

田東蒙（1988—），男，漢族，河南南陽人，碩士，工程師，主要從事節(jié)能監(jiān)察、節(jié)電技術(shù)、電力需求側(cè)管理、碳排放研究等工作。