寶鋼自備電廠廠用電負荷的計算與分析

徐吉吉(寶山鋼鐵股份有限公司，上?！?00941)

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寶鋼自備電廠廠用電負荷的計算與分析

徐吉吉
(寶山鋼鐵股份有限公司，上海200941)

【摘要】介紹了火力發電機組廠用電負荷計算的方法和重要性，并結合近年來發電行業特點提出了負荷核算的必要性，通過計算實例對一套2×350 MW火電系統進行計算并分析，為今后廠用電改造的方向提出了方案建議。

【關鍵詞】火電廠；廠用電；負荷計算

1　概述

近年來，隨著環保節能成為我國的一項國家戰略，控制火電機組廠用電負荷、降低廠用電率，正在越來越多地得到各方面的重視。這不僅關乎火電廠本身的發電成本控制，更關乎火電機組綠色環保性能指標提升，因此受到了全社會的關注。

廠用電：指發電廠在生產過程中，自身所使用的電能。

廠用電率：指機爐發電所需的自用電能消耗量與同時期對應機組發電量之間的比值。

2　廠用電負荷的計算方式

在確定廠用電負荷容量時，應按機組輔機可能出現的最大運行方式計算，具體原則如下：

（1）連續運行的設備應予計算。

（2）當機組運行時，對于不經常而連續運行的設備（如備用勵磁機、備用電動給水泵等）也應予計算。

（3）不經常而短時及不經常而斷續運行的設備不予計算，但由電抗器供電的應全部計算。

（4）由同一廠用電源供電的互為備用的設備只計算運行的部分。

（5）互為備用而由不同廠用電源供電的設備，應全部計算。

（6）其他類型設備負荷的計算方法可參照如下：

①根據換算系數法，廠用電計算負荷為：

式中：Se——計算負荷，kVA；

K——換算系數，可取數值見表1；

P——電動機的計算功率，kW。

表1　換算系數表

其中電動機的計算功率P應按負荷特點確定：

經常連續和不經常連續運行的電動機為：P=Pe

式中，Pe——電動機額定功率，kVA。

短時及斷續運行的電動機為：P＝0.5Pe

式中，Pe——電動機額定功率，kVA。

3　核算廠用電負荷的必要性及重大意義

3.1系統設計及輔機選型的偏差

由于火電系統中最主要的兩類輔機：風機和水泵，在工藝系統設計階段一般會根據最大運行工況再加上足夠的系統冗余度（一般取1.15倍）來選定設計容量；在選擇輔機驅動電動機時，電氣專業設計人員還要考慮充足的儲備系數（一般取1.15倍）并根據電動機的標準系列容量進行選擇，因此往往導致電動機計算功率遠超實際運行功率，從而導致廠用電總負荷無謂偏高的情況發生。

3.2機組負荷率的影響

隨著我國超高壓遠距離輸電網的大規模投入運行，大多數火電廠在運行中越來越多地遭遇低負荷發電的情況。由于系統輔機按照滿負荷發電出力進行選擇，因此當機組實際負荷降低時，由于廠用電負荷的減小比例低于機組發電負荷的減小比例，從而導致廠用電率在實際運行中進一步偏高。

3.3煤種變化

由于我國近年來迅猛的經濟發展，資源市場瞬息萬變，過去那種以單一設計煤種的限定運行條件已經不再適應新形勢下火電機組的實際運行情況。燃煤的熱值、灰分、含水量變動大、煤矸石等雜質含量上升，一方面對給煤系統的負荷提出了更高的要求，一方面也不可避免地使給煤系統設備故障率上升，因此需要預留充分的系統余量，從而也不可避免地造成了廠用電負荷的進一步上升。

3.4新技術的使用

近年來新型電氣傳動技術的發展，在火電領域內掀起了一股大規模技術改造的新浪潮。從原有工頻交流電動機加擋板門實現調節控制的技術手段迅速過渡到了以高壓變頻及永磁調速為代表的一系列節能技術實現調節控制。這使得原先的廠用輔機電量從離散式調節轉變成連續式調節，從而有效降低廠用電負荷。同時，由于設備制造水平的提高以及各種在線檢測、設備診斷等技術的發展，單臺輔機的運行可靠性大為提高，事故維修率大為降低，在實現廠用輔機大型化、節能化的同時，也可有效降低廠用電負荷。

3.5火電機組可持續性發展的要求

環保節能作為可持續性發展的國家型戰略，正在受到越來越多的關注。作為能源行業中高能耗重污染的組成部分，火電機組面臨的壓力是前所未有的。為了滿足相關國家及行業的排放標準及能耗標準，在對機組進行大量技術改造的同時，也給廠用電系統帶來了巨大的負擔?？梢?，伴隨著逐步深入的環保節能改造，廠用電負荷的逐步升高是很難改變的趨勢。

3.6火電廠設備檢修管理及運行管理的要求

由于檢修水平不斷提高，火電機組定員的不斷減少，如何在較短時間內完成既定檢修任務，如何通過整合負荷、優簡化系統等方式切實降低廠用電系統的復雜程度，在確保供電安全性的同時提高其操作便捷性也是亟待解決的課題。而核算廠用電負荷則是對系統結構進行合理變化最有力的理論基礎。

3.7小結

綜上所述，大量新增的負荷需求構成了控制廠用電負荷的迫切性，通過對原有負荷進行整合優化構成了控制廠用電負荷的可行性，對于任何一臺火電機組來說，通過核算廠用電負荷找到平衡上述兩者矛盾的癥結所在，從而將廠用電率維持在合理范圍之內甚至略微降低就成為提高機組運行效率的重要途徑，在指引下一步技術改造方向、設定改造技術目標等方面具有重要的意義。

4　通過實際情況對寶鋼電廠1#、2#機組的廠用電進行核算

4.1機組情況簡介

寶鋼電廠的1#、2#機組為日本三菱電機生產，兩臺機組均為獨立單元制接線形式。每臺機組主系統由一臺發電機（型號為MB-J 412000 kVA、21 kV、50 Hz）、一臺主變壓器（型號為SUB 400 MVA、121/21 kV）、一臺高壓廠用工作變（型號為CRB 24/30 MVA、21/6.3 kV）組成。另外設有一臺起動/備用變壓器（型號為CRB 24/30 MVA、21/6.3 kV），用于向兩臺機組的公用負荷供電。

4.2廠用電核算

對廠用電進行核算的重點，即在于對2臺高壓廠用工作變壓器和1臺高壓廠用起動/備用變壓器的容量進行核算，并結合未來數年內可預計的用電負荷變化，為廠用電系統的改造規劃提供正確的技術評判依據。

高壓廠用工作變壓器的容量宜按高壓電動機廠用計算負荷與低壓廠用電的計算負荷之和選擇。如公用負荷正常由高壓廠用起動/備用變壓器供電，則應考慮起動/備用變壓器檢修時，由第一臺（組）高壓廠用工作變壓器接帶全部公用負荷，也可由第一臺（組）與第二臺（組）高壓廠用工作變壓器各接帶50%公用負荷。

高壓廠用備用變壓器或起動/備用變壓器的容量不應小于最大一臺（組）高壓廠用工作變壓器的容量；當起動/備用變壓器帶有公用負荷時，其容量還應滿足最大一臺（組）高壓廠用工作變壓器備用要求。

對于單元制接線的發電機，當發電機出口裝有斷路器或負荷開關時，高壓廠用備用變壓器的容量可為1臺高壓廠用變壓器的60%~100%。

最大運行方式下1#或2#6 kV目前總負荷：23160 kW（計算）、16832 kW（實際）；

引增合一實施后總負荷：26016 kW（計算）、20494 kW（實際）；

1C6kV總負荷：4395 kW（計算）、1255 kW（實際）；

2C6kV總負荷：4905 kW（計算）、1495 kW（實際）；

1C－2C6 kV聯絡運行總負荷：6705 kW（計算）、1685 kW（實際）。

5　結論

5.1計算結果

①機組正常運行時，廠用工作變的計算負荷為23 MVA，實際負荷為17 MVA；此時起動/備用變的計算負荷為9 MVA，實際負荷為2.7 MVA。

②當1臺機組啟動時，起動/備用變的最大負荷出現在廠用電切換前，此時以二磨運行方式為準，則計算負荷為23 MVA，實際負荷為12 MVA。

③當考慮1C-2C 6 kV聯絡且由1臺機組工作變壓器供電的極端情況時，此時起動/備用變退出運行，工作變計算負荷為9.8 MVA，實際負荷為18.5 MVA。

④當更換完引-增合一風機后，機組正常運行時，廠用工作變的計算負荷為26 MVA，實際負荷約為20 MVA；此時起動/備用變的計算負荷為9 MVA，實際負荷為2.7 MVA。

⑤當更換完引-增合一風機后，當1臺機組啟動時，起動/備用變的最大負荷出現在廠用電切換前，此時以二磨運行方式為準，則計算負荷為26.6 MVA，實際負荷約為15.4 MVA。

⑥當更換完引-增合一風機后，考慮1C-2C 6 kV聯絡且由1臺機組工作變壓器供電的極端情況時，此時起動/備用變退出運行，工作變計算負荷為32.7 MVA，實際負荷為22.1 MVA。此時計算負荷已超過廠用電工作變額定容量。

5.2分析結果

由以上的計算，我們不難得出下列結論：

①在目前廠用電正常運行方式下，24/30 MVA的廠用工作變壓器和24/30 MVA的起動/備用變壓器在自冷模式下均可滿足正常使用。當發生任1臺機組停役情況時，起動/備用變壓器仍可維持在自冷模式下滿足公用負荷及1臺機組啟動過程中的負荷需求。當考慮起動/備用變壓器退出運行時，此時廠用工作變壓器在維持強有循環運行模式下可滿足正常使用。

②如未來廠用電系統進行引-增合一改造，且采用2+1模式，即2臺新建引-增合一風機替代原有4臺吸風機，1臺新建引-增合一風機替代原有1臺脫硫系統增壓風機，則24/30 MVA的廠用工作變壓器可在強油循環模式下滿足正常使用。當發生任1臺機組停役情況時，起動/備用變壓器仍可維持在自冷模式下滿足公用負荷及1臺機組啟動過程中的負荷需求。當考慮起動/備用變壓器退出運行時，此時現有的廠用工作變壓器無法滿足正常使用（32.7 MVA>30 MVA）。

③因此，如需進行該項目的改造，應考慮在原有公用廠用電系統基礎上進行擴容改造，如：更換額定容量更大的起動/備用變壓器，或從外部系統引接電源至新增風機，無論何種方案均將引起項目投資的變更。

④作為另一種解決方案，也可考慮在2臺發電機出口各加裝1臺出口斷路器。加裝出口斷路器后，可消除機組啟動過程中的廠用電切換步驟，同時可減小機組故障時的系統變動，便于日后的檢修、維護及試驗進行，同時該變壓器的額定容量可調整為1臺高壓廠用變壓器的60%，即由30 MVA縮小到18 MVA。由于我廠1#、2#機組的起動/備用變壓器投運已經超過30年，升級改造或整體置換已提上日程，

因此在權衡利弊的基礎上最終確定改造方案，將是非常具有現實意義的。

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Calculation and Analysis of Auxiliary Power Load of BaoSteel’s Self-provided Power Plant

XU Zhe
(Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 200941, China)

【Abstract】The method for auxiliary electricity load calculation of the thermal power plant and its importance are introduced; and the necessity of load calculation is put forward in light of the technical characteristics of domestic power generating sector in recent years. Through actual calculating cases a 2×350 MW thermal power system is calculated and analyzed and proposal on the transformation direction of auxiliary power supply system in the future is provided.

【Keywords】thermal power plant; auxiliary power; load calculation

作者簡介：徐吉吉（1980－），男，2003年畢業于上海交通大學電氣工程及自動化專業，工程師，現從事火電廠技術管理工作。

收稿日期：2015－05－25

【中圖分類號】TM621.22

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)10-0001-03