淺談熱電廠降低廠用電率的優(yōu)化調(diào)整

吳宙林

（中石化巴陵石化分公司湖南岳陽414003）

淺談熱電廠降低廠用電率的優(yōu)化調(diào)整

吳宙林

（中石化巴陵石化分公司湖南岳陽414003）

通過優(yōu)化調(diào)整熱電廠廠用6kV母線電壓對電動機綜合功率損耗影響進行分析，并結(jié)合熱電廠現(xiàn)場的試驗數(shù)據(jù)，論證了廠用母線電壓在6.0～6.1kV優(yōu)化調(diào)整對熱電廠降低廠用電率效果顯著，同時可以保障電力系統(tǒng)安全運行。

廠用電率母線電壓；電動機；優(yōu)化調(diào)整；安全運行；廠用電率

某熱電廠汽輪發(fā)電機組裝機容量為72MW，鍋爐額定蒸發(fā)量900t/h，廠用母線電壓等級為6kV。鍋爐設(shè)備由6kV大電機驅(qū)動，所消耗的電量占發(fā)電機組發(fā)電量比率較大。因此，廠用電率是衡量熱電廠一項重要的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。大電機節(jié)能技術(shù)中，多運用變頻或永磁調(diào)試技術(shù)、選用節(jié)能型電機、優(yōu)化運行方式等節(jié)能措施。當(dāng)上述節(jié)能措施已經(jīng)實施，還需要進一步節(jié)能，可基于在安全可靠的前提下優(yōu)化調(diào)整廠用母線電壓，以控制大電機耗能，進一步降低廠用電率。

1 廠用電量消耗狀況

用于發(fā)電的設(shè)備用電量與發(fā)電量之比即為廠用電率。該廠高壓電機共42臺，累計銘牌功率26660kW，據(jù)統(tǒng)計，85%以上的廠用電是由6kV高壓電動機消耗產(chǎn)生，其廠用電率2013年平均為25.25%，該項指標(biāo)在中石化熱電企業(yè)處于中下游水平。

2 廠用電壓調(diào)整的經(jīng)濟性分析

根據(jù)運行規(guī)程規(guī)定，6kV廠用電壓維持在6.3±0.3kV。目前該廠廠用電壓實際控制在6.2～6.3kV，而電動機廠家一般要求電機在額定電壓變動±10%的范圍內(nèi)運行。當(dāng)電動機機端電壓變化時，電動機定子電流、轉(zhuǎn)子電流等都會發(fā)生變化，勢必對電動機綜合功率損耗造成影響。

高壓電動機功率損耗以電動機的綜合功率損耗表征。

電動機的綜合功率損耗包括有功損耗及無功當(dāng)量損耗：

通常各類損耗占有功損耗的比例為：定子鐵損耗20～25%，定子銅損耗35～40%，轉(zhuǎn)子銅損耗20～25%，附加損耗15～35%。下面具體分析電壓調(diào)整對電動機各種損耗的影響，為分析方便用腳標(biāo)1和2表示母線電壓由U1降至U2時電機的運行參數(shù)。

2.1 定子鐵損耗差

一般認為電動機定子鐵損PFE與定子電壓的平方成正比，當(dāng)額定電壓時的鐵損為PFEe，則不同電壓下的損耗差（△PFE）為：

但當(dāng)電壓高于額定值時，由于鐵芯的飽和，上面的公式將不能使用，各種電機在高于額定電壓范圍內(nèi)，鐵損與電壓的關(guān)系是不同的，有四次方關(guān)系也有2.5次方關(guān)系，高于額定電壓運行時鐵損明顯增加。但不管怎樣，電壓從U1降至U2時△PFE＞0。

2.2 定子銅損耗差

定子銅損與定子電流的平方成正比，則不同電壓下的損耗差（△PCU1）為：

一般認為隨著電壓的下降，電動機的電流會增加，銅損增加。這種關(guān)系只適用于負載固定不變的電動機。實際上，當(dāng)電壓下降時，電動機轉(zhuǎn)速下降，機械軸功率減小，以及激磁無功電流的減小，使定子電流增加不明顯；部分廠用電動機，當(dāng)電壓降低時，定子電流會同步減小。因此△PCU1可能大于零、等于零或小于零。

2.3 轉(zhuǎn)子銅損耗差

轉(zhuǎn)子銅損與電機的軸功率及轉(zhuǎn)差率成正比，則不同電壓下的損耗差（△PCU2）為：

對于恒阻力矩機械（如：磨煤機）等式取“-”號，對于風(fēng)機型阻力矩機械（如：風(fēng)機、水泵）等式取“+”號。

2.4 附加損耗差

電動機的附加損耗分為空載附加損耗和短路附加損耗。短路附加損耗一般取0.5%額定功率，當(dāng)負載偏離額定值時，其與定子電流的平方成正比，則不同電壓下的損耗差（△PF）J為：

當(dāng)電壓從U1降至U2時，附加損耗差△PFJ和定子銅損差△PCU1一樣可能大于零、等于零或小于零。

2.5 無功當(dāng)量損耗差

電動機的無功當(dāng)量為無功經(jīng)濟當(dāng)量與無功功率之積，則不同電壓下的損耗差（△KQQ）為：

當(dāng)電壓變化時無功功率也會變化，電壓變小，無功功率變小，反之。因此當(dāng)電壓從U1降至U2時，△KQQ＞0。

2.6 電動機綜合功率損耗差

△Pc=PFE（eU12-U2）2+PCU1（eI12-I2）2±PeK（S1-S）2+0.005×P（eI12-I2）2+K（QQ1-Q）2（7）

在式（7）中，對于恒阻力矩機械設(shè)備的電動機，第三項取“-”號，對于風(fēng)機型機械設(shè)備的電動機，第三項取“+”號，因為電壓下降轉(zhuǎn)速也下降，節(jié)流損耗的減小值總比轉(zhuǎn)子銅耗的增加值大。在熱電廠廠用電動機中，絕大部分為風(fēng)機型機械，因而可以預(yù)計，當(dāng)電壓降低時，就整個廠用電動機而言，第三項總是為正值。

從式（7）不難看出，對廠用電動機，如果電壓降低時定子電流減小，則式（7）中的各項均為“+”號。△Pc值越大，電動機降低電壓運行的經(jīng)濟效果越好。從理論分析可見降低母線電壓確實能夠起到一定的經(jīng)濟效果，但還需實踐定量論證。

3 廠用電壓調(diào)整的安全可靠性分析

目前廠用各級母線電壓的偏移允許值決定于各母線上所接負載的性質(zhì)，一般為額定電壓的±5%，熱電廠為保守起見，母線電壓規(guī)程定為6.3±0.3kV。電動機廠家一般要求電機在額定電壓變動±10%的范圍內(nèi)運行，其電機的額定出力不變。同時電力系統(tǒng)運行規(guī)程要求正常運行時6kV電壓保持在±5%范圍，380V電壓在-5～+10%范圍。因廠用負載主要為電機負載，在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)的電壓變化不會引起電機出力的變化，不會引起機組工況的大幅變動。但低壓系統(tǒng)電機負載是由變頻器驅(qū)動的，必須考慮電壓調(diào)低后，大功率電機聯(lián)動對系統(tǒng)影響。根據(jù)電力設(shè)計規(guī)范，電動機起動時，不宜低于額定電壓的85%。當(dāng)電壓調(diào)低后，大功率電機啟動，如母線壓降大于額定電壓85%則認為安全可靠。

通過對該廠35kV/6kV升壓變的有載分接開關(guān)調(diào)整廠用6kVⅡ段母線的電壓，現(xiàn)場試驗分廠用系統(tǒng)分支饋線、單一電機有功變化、大功率電機聯(lián)動對母線壓降影響及變頻器晃電進行試驗，以下數(shù)據(jù)均為現(xiàn)場實測所得。

3.1 經(jīng)濟性分析

3.1.1 廠用系統(tǒng)分支饋線試驗

該廠共有4段6kV廠用母線，通過3條饋線接至2臺35kV/6kV升壓變。在機爐負荷不變的情況下，通過升壓變的有載分接開關(guān)調(diào)整其中一條分支饋線2202所帶廠6kVⅡ段母線電壓，并記錄2202開關(guān)柜電表參數(shù)，具體數(shù)據(jù)見表1。

從表1可知，當(dāng)廠6kVⅡ段母線電壓從6.2kV下降至6.05kV時，分支饋線有功功率下降幅度及所占比例為77.94kW和1.39%。

表1 廠6kVⅡ段母線電壓調(diào)整與有功功率數(shù)據(jù)趨勢表

3.1.2 單臺電機試驗

鍋爐磨煤機電機560kW，在機爐負荷不變的情況下，當(dāng)廠用母線電壓從6.2kV下降至6.05kV時，記錄其開關(guān)柜235A電表參數(shù)，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 磨煤機電機電壓調(diào)整與有功功率數(shù)據(jù)趨勢表

從表2可知，當(dāng)廠用電壓從6.2kV下降至6.05kV時，磨煤機有功功率下降幅度及所占比例為15.59kW和4.55%。

該廠將母線電壓從6.2kV降低至6.05kV，在滿負荷情況下，每天廠用電量下降4000kWh左右，廠用電率由25.25%下降至24.48%，達到預(yù)期節(jié)能效果。

3.2 安全可靠性試驗

以該廠最大容量電機給水泵電機（2300kW）進行聯(lián)動試驗，觀察母線電壓壓降。首先通過理論建模計算，當(dāng)廠用母線電壓維持在6.05kV時，聯(lián)動一臺給水泵，其母線電壓下降至89.8%Ue；實踐試驗中當(dāng)廠用母線電壓維持在6.05kV時，聯(lián)動一臺給水泵，其母線電壓下降至89.6%Ue，低壓400kV系統(tǒng)壓降下降至95%，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，未有機泵及變頻裝置跳閘。

從上述的理論分析及實驗數(shù)據(jù)可以看出，降低熱電廠廠用母線電壓有助于降低廠用電動機綜合損耗，減少廠用電量。但過份降低廠用電壓將引起轉(zhuǎn)子電流增加，引起定、轉(zhuǎn)子的銅耗增大，廠用電反而會增加；而且母線電壓過低，一旦遇到大功率電機聯(lián)動，母線壓降下降過大，還將引起輔機運行不穩(wěn)定。故從安全性、經(jīng)濟性角度綜合比較，6kV電壓正常運行時可控制在6.0～6.1kV之間運行較為節(jié)能。

[1]荷小耐，皮華忠.火電廠節(jié)能淺析.江西能源，2005，4：38～39.

[2]趙慷.火力熱電廠降低廠用電率的有效措施.甘肅電力技術(shù)，2007，3.

TM621

A

1004-7344（2016）24-0065-02

2016-8-10

吳宙林（1984-），男，工程師，本科，主要從事電氣技術(shù)管理方面的工作。