火力發電廠電氣節能設計方法研究

蔣漢宏

【摘 要】目前，包括中國在內的世界各國紛紛把保護環境與節約能源利用緊密結合在一起，這也是能源危機和環境惡化在世界范圍內爆發的必然要求。火力發電廠是耗能量相當驚人的行業，因此必須從整體用電率降低的角度著手，同時全面實施有關節能降耗的措施，以實現火力發電廠電氣節能。本文從變電過程的變壓器損耗、輸電過程的鐵磁性損耗和線路損耗兩個方面淺析火力發電廠電氣節能的設計方法。

【關鍵詞】火力發電廠 電氣節能 設計方法 變壓器損耗

【中圖分類號】TM621【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0436-01

一、控制變電過程的變壓器損耗

變壓器損耗通常包括負載損耗和空載損耗，其中空載損耗由變壓器內部的結構和變壓器鐵心的材料決定；負載損耗由導體的截面和線圈的材料決定。基于此，本章節主要從節能型變壓器、變壓器運行方式兩個方面淺談變電過程變壓器損耗的控制。

（一）節能型變壓器

變壓器結構的優化升級和材料技術的發展實現了節能型變壓器更新周期越來越短。現階段，“10”型節能變壓器已被大量推向市場，而“11”型節能變壓器會陸續推向市場，此時技術節能技術的“9”型變壓器已經不能滿足現今社會對節能環保的要求。表一對比列出了“7、9、10”型10kV級配電變壓器的損耗情況。

由表一可知，節能型系列的變壓器皆具有相當理想的節能效果，其中節能效果最佳的節能變壓器屬“10”型變壓器。

（二）變壓器運行方式

研究證實，空載運行變壓器的數量是導致變電過程變壓器損耗的重要因素。眾所周知，火力發電廠通常皆會設置容量較大的高壓啟動備用變壓器，即電氣啟動電源和高壓廠備用變壓器，其容量和空載損耗皆非常大，堪比最大的高壓常用變壓器。一般而言，2*300MW電廠啟動/備用變壓器的容量和空載損耗分別為40MW、46kW，現以全年空載運行8000h折算出其耗電量約370 000千瓦時。若把啟動/備用變壓器換作“冷備用”變壓器，即備用狀態的變壓器不帶電，因此節省的電能和經費是驚人的（備注：“冷備用”變壓器的使用必須綜合考慮業主對變壓器運行方式的意見和大區電網的規定）。啟動/備用變壓器的“冷備用”運行方式通常要求啟動/備用變壓器正常不帶公用負荷，此時公用負荷可被合理分配到1號、2號機組高壓常用變壓器或直接設計成1號機組高壓常用變壓器全帶。

然而，廠用電的可靠性必須符合規程規范的有關要求，基于此，低壓廠用電接線方式最好設計為暗備用動力中心方式。就基于暗備用動力中心接線方式的變壓器而言，互為備用的兩臺變壓器在運行中分別帶有一半的負荷，此時單臺變壓器的負載損耗約為原全部負荷的25%，由此體現出非常理想的節能效果，但其經濟性卻并不明顯。基于此，暗備用動力中心方式能從火力發電廠變電站長期運行方面體現出其獨特的優勢。

二、輸電過程的鐵磁性損耗的線路損耗

（一）載流導體載面的選擇

導體的合理選擇直接關乎到輸電過程的線路損耗，而選擇導體必須綜合考慮配電裝置的匯流母線、回路（特點：較大的全年負荷利用小時數、較長的母線、較大的傳輸容量），其中配電裝置的匯流母線和回路皆應根據經濟電流密度選擇導體載面。研究證實，此導體載面選擇方式具有線路損耗低、投資化優等優點。

（二）選用封閉母線

發電機引出線載流導體的選擇標準為經濟電流密度，其次應基于安裝和布置的可操作性選用離相封閉母線，由此實現主廠房內部母線布置緊湊、導體長度被有效控制、輸電線損被最大化減少。此外，封閉母線具有良好的屏蔽效果，進而實現了輸電路徑鐵磁性損耗的最大化降低，同時可減少線路維護的工作量、提高線路運行的可靠度。傳統設計方法主張≥200MW機組的發電機出線皆選用離相封閉母線，但隨著技術的發展，離相封閉母線已經覆蓋了≥60（50）MW機組。離相封閉母線的應用徹底裸母線的局限性，同時取得了非常理想的節能降耗效果。

（三）控制輸電過程的鐵磁性損耗

鋼材料經交變磁場必然會產生磁滯損耗和渦流損耗，即鐵磁性損耗。其中過大的鐵磁性損耗會引起鋼材料局部異常熱，進而對設備安全、人身安全、結構安全、電能損耗造成負面影響，而鐵磁性損耗的主要成因有屏蔽效果差、鋼材料使用過量、閉合回路的形成、載流導體與鋼材料的空間關系不合理等。基于此，本文結合輸電過程鐵磁性損耗的成因，從如下方面剖析鐵磁性損耗的控制措施。

1.導體金具的型號應適當做升級處理，如選用非導磁性材質的金具，以此實現鐵磁性損耗和溫升的降低，同時實現金具使用年限的延長。

2.電抗器四周鋼結構空間范圍的布設應以制造成所提供的空間尺寸為基礎，盡可能把電抗器四周鋼材料的用量控制到最低，同時盡可能延長一定范圍內電抗器與鋼結構的距離。

3.就某些大電流敞露導體和電抗器周圍等強交變磁場，閉合磁路不宜選用單相導體支持夾板和單相導體支持鋼構等零件。母線與鋼構的距離應適當延長，其中橫越鋼構中心與母線中心的絕對距離應≥母線電流的7/ 10倍（距離單位：mm、電流單位：A）。母線與鋼構的相對位置應合理選擇，即導體與鋼構應盡可能呈相互垂直關系，以免產生環流或感應電勢。母線與較長鋼結構間不得相互平行。

4.就大體積鋼筋砼的鋼結構而言，必須把鋼結構切割為不連續的小尺寸或對縱橫鋼筋交叉點實施絕緣包扎，以此控制環流的產生。火力發電廠電氣節能設計通常要求規避大電流母線周圍鋼構件出現一相或兩相閉合回路，其中絕緣板隔離磁路或黃銅焊縫隔離磁路等方式可降低閉合回路的負面影響。

5.把非導磁材質的低電阻率屏蔽板安裝到鋼構與大電流敞開式母線間的適當位置，以此有效控制鋼構的鐵磁性損耗。其次，把非導磁率材質的低電阻率屏蔽環安裝到大電流敞開式母線支持鋼結構的適當位置，以此控制鋼構的鐵磁性損耗。

三、討論

能源危機的急劇加重和生態環境的極具惡化已經威脅到了整個人類的生存和發展，由此全球各國紛紛參與到節能的行列內，其中也包括中國。我國是世界上火力發電最大的國家，而火力發電的環保性非常差，即火力發電的耗能量大且對環境的污染程度重，則優化火力發電廠電氣節能設計具有現實意義。一般而言，火力發電廠電氣節能設計皆應考慮變電過程的變壓器損耗、輸電過程的鐵磁損耗和線路損耗、電力拖動過程的損耗、照明損耗等，而本文主要從變電過程的變壓器損耗、輸電過程的鐵磁損耗和線路損耗兩個方面展開討論。

研究證實，較為有效的變電過程變壓器損耗控制措施主要包括：使用節能型變壓器，其中目前以“10”型變壓器的節能效果最佳；優化變壓器的運行方式，即采用“冷備用”運行方式和暗備用動力中心接線方式。輸電過程線路損耗的控制措施主要包括：載流導體載面的選擇以經濟電流密度為標準和選用封閉母線。輸電過程鐵磁性損耗的控制措施主要從增加屏蔽、減少交變磁場內的鋼材用量、改善載流導體與鋼材料的空間關系等角度進行考慮。

總體而言，火力發電廠電氣節能是大勢所趨，是人類社會生存和發展的必要要求，則提高火力發電廠電氣節能設計方法的先進性和科學性意義重大。

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