小型電廠電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的探討

丁宇康

摘要：文章從優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、合理使用新技術(shù)、應(yīng)用節(jié)能型設(shè)備及優(yōu)化設(shè)備安裝等幾個(gè)方面，對(duì)小型電廠的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：小型電廠；新技術(shù)；節(jié)能設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）08-0116-02

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各種工業(yè)企業(yè)規(guī)模日益增大，對(duì)能源的消耗也越來(lái)越大，能源的供需矛盾已日漸突出。在這種形勢(shì)下，可持續(xù)發(fā)展和綠色經(jīng)濟(jì)概念不可避免成為主流，以往粗放式的、以高能耗換高產(chǎn)能的發(fā)展方式將不復(fù)存在。作為現(xiàn)代能源的主導(dǎo)，電力行業(yè)轉(zhuǎn)變觀念，加大節(jié)能投入，加快開(kāi)發(fā)及應(yīng)用各種節(jié)能技術(shù)是對(duì)國(guó)家節(jié)能減排政策的積極響應(yīng)。

小型電廠一般單機(jī)容量在125MW以下，從近些年的電廠建設(shè)來(lái)看，此類電廠往往出現(xiàn)在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部，作為企業(yè)的自備電廠為企業(yè)本身提供電能。電廠燃料也以鋼廠本身的富余煤氣為主，是企業(yè)重要的節(jié)能減排手段。從能源消耗的比重來(lái)看，電廠工藝專業(yè)能耗占明顯主導(dǎo)地位，一般情況下，節(jié)能也從這方面入手。在電廠設(shè)計(jì)時(shí)，充分利用鋼廠這一特殊內(nèi)部環(huán)境，盡量考慮節(jié)約燃料、提高鍋爐燃燒利用效率，提高熱力循環(huán)效率、降低傳輸熱量損耗等等都是很好的節(jié)能手段。

隨著此類電廠設(shè)計(jì)理念的進(jìn)一步完善，加之受設(shè)備材料制造水平的制約，在工藝方面繼續(xù)挖掘節(jié)能的潛力已經(jīng)不大。此時(shí)，在以往節(jié)能設(shè)計(jì)中往往不被重視的電氣專業(yè)恰恰可以作為節(jié)能設(shè)計(jì)新的突破口。隨著新材料、新技術(shù)的更新，電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)大有潛力可挖，節(jié)能效果也十分明顯。

2 電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

從電廠電氣能源的損耗來(lái)看，大電流在傳輸?shù)倪^(guò)程中線路的損耗無(wú)疑占據(jù)著相當(dāng)?shù)谋戎亍Ｒ虼耍谶M(jìn)行電廠節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行考慮：

2.1.1 優(yōu)化線路路徑，合理選擇導(dǎo)體類型，縮短大電流的傳輸距離。在電廠內(nèi)部，最大的線路電流一般出現(xiàn)在發(fā)電機(jī)出口至電廠升壓變之間。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，盡量縮短發(fā)電機(jī)出口與升壓變之間的電氣距離，縮短導(dǎo)體長(zhǎng)度無(wú)疑可以大大降低輸電損耗。同時(shí)，在布置和安裝可能的基礎(chǔ)上，應(yīng)優(yōu)先使用絕緣銅管母線或離相封閉母線。尤其是近些年來(lái)，隨著絕緣銅管母線的制造工藝進(jìn)一步的成熟，其屏蔽效果有了很大提高，溫升也進(jìn)一步降低。相比同類常規(guī)共箱母線，溫升降低60%左右，節(jié)約電能45%左右，具有很好的節(jié)能效果。另外在運(yùn)行可靠性方面，減少維護(hù)工作量和美觀程度上也有很大提升，安裝難度也進(jìn)一步降低。因此，絕緣銅管母線目前在此類小型電廠的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，深受運(yùn)行單位和安裝單位的歡迎。

2.1.2 調(diào)整變壓器的運(yùn)行方式，降低空載損耗。變壓器在空載運(yùn)行的同時(shí)伴隨著空載損耗，變壓器容量越大，空載損耗也越大。因此，充分利用變壓器的容量，減少空載變壓器數(shù)量也能大大節(jié)約能耗。一般在電廠內(nèi)設(shè)專用備用變壓器時(shí)，備用變壓器容量與最大的一臺(tái)工作變壓器相同。明備用空載運(yùn)行時(shí)，按年運(yùn)行8000h計(jì)算，空載損耗巨大。如果在充分考慮用電可靠性情況下，將明備用改為暗備用，或者在備用電源距離不遠(yuǎn)的情況下取消備用變壓器，改為由線路進(jìn)行備用都將大大降低能耗。同時(shí)，在保證用電可靠性情況下，低壓廠用電接線盡量采用暗備用動(dòng)力中心接線方式。正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)互為備用的變壓器各帶一半低壓廠用負(fù)荷運(yùn)行，每臺(tái)變壓器的負(fù)載損耗也將降低為滿負(fù)荷時(shí)的1/4，節(jié)能效果也很明顯。另外，在電廠分期建設(shè)時(shí)，在經(jīng)濟(jì)條件合理情況下，盡量采用發(fā)變組的主接線形式，充分利用主變?nèi)萘浚棺儔浩鏖L(zhǎng)期運(yùn)行在額定容量左右，也能相應(yīng)減小變壓器的負(fù)載損耗。

2.1.3 提高系統(tǒng)功率因數(shù)。電廠內(nèi)部的用電設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、水泵等等，絕大部分是感性負(fù)載，在運(yùn)行時(shí)要消耗大量無(wú)功。無(wú)功在線路傳輸時(shí)，會(huì)在傳輸線路上產(chǎn)生有功損耗。因此，適當(dāng)在系統(tǒng)中運(yùn)用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高功率因數(shù)，對(duì)系統(tǒng)消耗的無(wú)功進(jìn)行就地補(bǔ)償，可以大大降低電廠的無(wú)功損耗，進(jìn)而減小線路的有功損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

2.2 合理使用新技術(shù)

近些年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保的重視，大批的新技術(shù)及新材料也廣泛地應(yīng)用到各個(gè)企業(yè)和工廠中來(lái)，對(duì)于小型電廠，在新技術(shù)的合理利用方面有以下兩點(diǎn)值得考慮：

2.2.1 變頻節(jié)能技術(shù)。在電廠內(nèi)部，大部分的風(fēng)機(jī)水泵都是按額定功率運(yùn)行。在對(duì)風(fēng)機(jī)水泵的電機(jī)進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，考慮到裕量和電動(dòng)機(jī)型號(hào)的不匹配，電機(jī)功率選擇一般都偏大，冗余量也很大。在對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制時(shí)，如調(diào)節(jié)水量、風(fēng)量時(shí)，往往利用調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度、風(fēng)門開(kāi)度、擋板或啟停電機(jī)來(lái)控制，無(wú)法對(duì)控制閉環(huán)，也很少考慮省電節(jié)能。風(fēng)機(jī)水泵在實(shí)際運(yùn)行中，大部分時(shí)間也并非工作于滿負(fù)荷狀態(tài)。

采用變頻器直接控制風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載是最科學(xué)的控制方法。利用變頻器的閉環(huán)控制技術(shù)，直接調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使其保持恒定的水壓、風(fēng)壓，從而滿足系統(tǒng)要求的壓力。在電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的80%運(yùn)行時(shí)，其消耗的功率理論上為額定功率的（80%）3，即51.2%；即使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的90%，其消耗的功率理論上也僅為額定功率的72.9%。由此可見(jiàn)，變頻器的投入使用對(duì)于節(jié)能的效果是十分明顯的。同時(shí)，由于變頻器可實(shí)現(xiàn)大功率的電動(dòng)機(jī)的軟停、軟啟，避免了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊，減小了電動(dòng)機(jī)的故障率，同時(shí)也降低了對(duì)電網(wǎng)的容量要求。

2.2.2 高速開(kāi)關(guān)的投入使用。在小型發(fā)電機(jī)組投入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，往往其接入的原有系統(tǒng)短路容量已接近飽和，加入新的發(fā)電機(jī)后，如果不采取相應(yīng)措施，系統(tǒng)的短路電流將超過(guò)原有系統(tǒng)的高壓斷路器額定短路電流分?jǐn)嗄芰Γ@是不允許的。為了限制短路故障情況下發(fā)電機(jī)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的短路電流，通常在出線處安裝限流電抗器以減小短路電流。此時(shí)，電抗器帶來(lái)的無(wú)功及有功損耗也不容忽視。

大容量高速限流開(kāi)關(guān)裝置的投入使用能有效地彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，從而降低能耗。在短路故障發(fā)生時(shí)，高速開(kāi)關(guān)能以3～6m/s的速度切斷短路電流，即在短路電流的第一個(gè)周波到達(dá)波峰之前就將發(fā)電機(jī)隔離到系統(tǒng)以外，從而大大減小短路電流對(duì)于系統(tǒng)的沖擊，避免系統(tǒng)受到損壞。在實(shí)際使用中，高度開(kāi)關(guān)往往與限流電抗器并聯(lián)使用，正常運(yùn)行時(shí)，電抗器被短路，不產(chǎn)生任何損耗，故障情況下，高速開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電抗器投入，保證發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。目前，這種運(yùn)行方式也被越來(lái)越多的運(yùn)行單位接受和使用。

2.3 應(yīng)用節(jié)能型電氣設(shè)備

2.3.1 使用節(jié)能型變壓器、電抗器。變壓器的空載損耗主要取決于變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及變壓器鐵芯的材質(zhì)。由于變壓器廠家對(duì)變壓器結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，以及材料的快速更新和技術(shù)的進(jìn)步，新開(kāi)發(fā)的高設(shè)計(jì)序號(hào)節(jié)能型變壓器比低設(shè)計(jì)序號(hào)的節(jié)能型變壓器的空載損耗低。如10kV級(jí)的SF11系列比SF9系列干式變壓器空載損耗平均下降30%，年運(yùn)行成本下降11.68%。

同時(shí)，在經(jīng)濟(jì)條件合理的情況下，使用銅芯變壓器、電抗器也能大大降低變壓器及電抗器的阻抗，從而降低負(fù)載運(yùn)行時(shí)的有功損耗，獲得較好的節(jié)能效果。

2.3.2 節(jié)能燈具的使用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和國(guó)家相關(guān)節(jié)能政策的推動(dòng)，節(jié)能型燈具也已得到大力發(fā)展。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，比起傳統(tǒng)的照明燈具，相同功耗下的節(jié)能燈具在照度和光通量上有著明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，大范圍應(yīng)用節(jié)能燈具能大大減少燈具數(shù)量及照明功耗，有著顯著的節(jié)能效果。如今，節(jié)能燈具壽命已經(jīng)逐步提高，價(jià)格也在不斷下降，其應(yīng)用前景廣泛。

2.4 優(yōu)化電力設(shè)備安裝

在交變磁場(chǎng)的作用下，導(dǎo)磁材料，如鐵、鋼等都會(huì)產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗，統(tǒng)稱為鐵磁性損耗。如果鐵磁損耗過(guò)大，會(huì)造成材料的局部過(guò)熱，威脅設(shè)備安全或結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)造成大量的電能損失。要減少鐵磁損耗，可以從以下兩個(gè)方面入手：

2.4.1 盡量使用符合安裝要求的非導(dǎo)磁性材料或使用設(shè)計(jì)更為先進(jìn)的金具來(lái)進(jìn)行安裝，這樣既降低了損耗，也延長(zhǎng)了金具的使用壽命。

2.4.2 在有強(qiáng)交變磁場(chǎng)的空間內(nèi)，如電抗器或流通大電流的導(dǎo)體（如封閉母線、絕緣銅管母線等）的空間內(nèi)，不應(yīng)使鋼結(jié)構(gòu)形成閉合磁路。增加采用非導(dǎo)磁材料制作的屏蔽板，合理加大鋼構(gòu)與導(dǎo)體的距離，在閉合的磁路上采用非導(dǎo)磁材料進(jìn)行磁路分割等等，都可以明顯降低鋼構(gòu)的溫升，從而降低電能損耗。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，優(yōu)化電廠的電氣設(shè)計(jì)方案，合理使用新的技術(shù)，大力應(yīng)用節(jié)能型電力產(chǎn)品設(shè)備，優(yōu)化電力設(shè)備的安裝等等，都是電氣節(jié)能的有效手段。在遵循以節(jié)能降耗為核心的設(shè)計(jì)原則，既滿足電廠安全運(yùn)行要求，又充分運(yùn)用各種手段進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化的情況，電廠電氣部分的節(jié)能潛力巨大。同時(shí)值得注意的是，在應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備時(shí)，應(yīng)對(duì)其使用原理、應(yīng)用范圍、節(jié)能效果進(jìn)行充分的了解，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行比較后，再合理選擇和應(yīng)用，以達(dá)到有效節(jié)能的目的。

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（責(zé)任編輯：吳 濤）