火力發電廠電能平衡分析

周慶廣

（國能電力技術工程有限公司，濟南 250001）

目前，火力發電廠設備自動化水平高，但依舊存在電量不平衡狀況。因此，有必要對機組電能平衡情況進行排查，核算電能利用率?；鹆Πl電廠電能平衡工作是查清發、供、用電量體系的電量平衡關系，找出主要生產環節的節能潛力，為提高電能利用率、確定節能降耗方向以及實施節能技術改造提供基礎數據。

1 電能平衡范圍及體系

電能的輸入、輸出和損失之間的數量關系構成了全廠電能平衡關系。發電量、外購電量構成全廠電能平衡的輸入部分，外供電量、總用電量構成輸出部分。變壓器損耗電量、電動機損耗電量以及線損電量等構成損失部分。

國神集團各電廠的發變組系統都安裝精度不低于0.5級的電能表。電能采集系統精度高，能正確反映出平衡情況。廠用電系統的電能采集方式、精度各不相同，為保證數據統計精準，全廠電能平衡分解為兩個核心——發變組平衡體系和廠用電平衡體系。

2 測試方法

采集發電機出口、主變壓器高壓側、高廠變高壓側以及其他發變組變壓器的高壓側電量，采集廠用電母線各負載、工作及備用進線電量，以此部分電量為基礎數據進行分析。測試期間，用電體系在正常運行方式下進行，選擇機組負荷100%、75%、50%的額定工況分別進行測試。建議在測試前對相關表記進行精度核查：測試儀表選用有功電能表和無功電能表，要求精度等級不低于1.0級；未加裝計量表計的用電設備，應加裝臨時功率表等計量設備。

3 發變組平衡體系數據及常見問題

3.1 倍率對數據的影響

發變組平衡體系的設備輸入、輸出電量大，需在電能表/功率表采集的數據基礎上乘以倍率進行轉算。倍率由電流互感器和電壓互感器的變比相乘得到[1]，因此各設備倍率不同，且倍率本身極大。

以A電廠為例，發電機的倍率為550萬，主變壓器的倍率為600萬，高廠變的倍率為55萬，勵磁變的倍率6.6萬，脫硫變的倍率13.2萬。在A電廠架設5臺0.1級的功率表與發電機、主變壓器、高廠變、勵磁變、脫硫變的電能表同時采集數據。單元機組調整多種負荷工況，每工況2 h，在50%、75%負荷工況下曾出現不平衡率為負值的情況，在100%負荷工況下不平衡率為正值。由此可見，短時間內的不平衡率不具代表性。同樣，倍率的存在導致按平均瞬時功率計算發變組不平衡率也不精確。

3.2 以平衡期進行分析

以月度、年度為平衡期，可系統分析發變組平衡體系的不平衡情況，參見表1。

表1 A電廠1號機組發變組平衡體系不平衡率

該機組發變組平衡體系12個月不平衡率均在±1%之內，符合《火力發電廠電能平衡導則》要求。

出現不平衡電量的主要原因涉及3個方面[2]。

（1）電能計量系統的誤差。每臺設備的計量電流互感器、計量電壓互感器以及電能表均存在系統誤差，且計量電壓互感器的二次回路存在壓降，不可避免會導致計量表計產生數據誤差。此外，電能計量系統的數據在傳輸過程中也可能出現誤差。

（2）主變壓器的損耗。主變壓器的總損耗，可根據變壓器理論計算損耗公式求得：

式中：ΔWb為變壓器損耗電量；ΔPo為變壓器空載損耗功率；ΔPk為變壓器短路損耗功率；β為變壓器平均負荷率；T為變壓器運行時間；t為變壓器負荷時間；Wg為變壓器輸入電量；Se為變壓器額定容量；cosφ為變壓器平均功率因數。

依據機組的并網、解列時間得到負荷時間推算出負載率，即可計算出負載損耗，再加上空載損耗，即為總損耗。以筆者計算國神集團數家電廠的主變壓器數據為例，這部分損耗占主變壓器輸入電量的0.05%～0.25%。

（3）封閉母線的損耗等。受集膚效應影響，封閉母線不能按截面積、長度計算電阻，需根據出廠報告或技術規范查找電阻率計算。以筆者統計，這部分電量占發電量不足0.001%。其他部分的損耗幾乎可以忽略。

3.3 不平衡電量分析

3.3.1 不平衡電量為負值

以A電廠1號機組為例，主變壓器額定容量750 MVA，空載損耗379.47 kW，負載損耗1 054.02 kW。經計算，某月負載率0.58%，故主變壓器理論計算損耗約占主變壓器輸入電量的0.18%。這部分電量占比小，若電能計量系統誤差偏大，則當月出現發變組不平衡率為負值的現象。

3.3.2 不平衡率超±1%

以B電廠1號機組為例，某段時期出現了主變壓器損耗大的問題。筆者排查1號機主變壓器各項歷史運行數據，如高低壓側電流、溫度等，均無異常，其且噪聲在正常范圍內。該主變壓器額定容量為240 MVA，空載損耗130.42 kW，負載損耗486.75 kW。經計算，“問題月”負載率0.59%，故主變壓器理論計算損耗約占主變壓器輸入電量的0.22%。計算發變組封閉母線的損耗電量，這部分電量占發電量的0.000 6%，推斷主變壓器損耗正常，造成不平衡電量的關鍵在于電能計量系統的誤差。

筆者對該機組發變組電能計量系統進行試驗的范圍為與電能計量有關的發電機、主變壓器、高廠變、勵磁變電流互感器及其二次回路，發電機電壓互感器及其二次回路，發電機、主變壓器、高廠變以及勵磁變電能表，包括電流互感器比差角差、電壓互感器精度測試、二次回路通流通壓測試以及電能表精度測試等。試驗結果表明，以上裝置誤差均在標準范圍內，且對發變組平衡體系電量不平衡無明顯影響。

最終查出異常狀況的原因在于電量自動采集裝置的通信過程中，從電能表到電量自動采集裝置的信號傳輸使用RS-485屏蔽電纜，而該通信線采用多對雙腳屏蔽電纜，其內屏蔽層和外屏蔽層一起引出后在盤柜內接地，且兩端接地。金屬屏蔽層受干擾磁通影響，產生屏蔽環流。通信線接地點分別在B電廠和升壓站，但兩個接地網不連通，電勢不相等，從而形成電勢環流。環流對信號產生抵消衰減效果，造成電量自動采集裝置的數據出現偏差，使得報表電量不準確。

經整改后，B電廠1號機組發變組平衡體系不平衡率正常。

4 廠用電平衡體系數據處理

將高廠變高壓側電量、工作及備用進線電量、廠用母線各負荷累計電量進行比對，計算廠用電平衡體系不平衡率。但是，各電廠廠用電系統配置不盡相同，相關電能計量系統也不相同，或取自綜合測控裝置，或取自電能表，甚至老舊機組仍由運行人員定期抄錄，造成廠用電平衡體系數據難處理。

4.1 現場核查

筆者用三相電能表現場校驗儀與現場綜合測控裝置進行功率比對（或電能表進行精度核查），排查現場儀表是否存在接線錯誤、設置錯誤以及精度不足等問題。

4.2 偏差分析

將一個采集周期內的數據與現場綜合測控裝置（或電能表）功率數據進行比對分析，查找是否存在傳輸錯誤、記錄錯誤等問題。

4.3 統計計算

以月度數據分析，不平衡率偶有超出±1%，主要由數據準確度不足造成。值得注意的是，機組啟停機期間，由其他機組或啟備變為廠用工作段供電。這部分電量需要羅列計算。

5 機組電量指標分析

以A電廠為代表，分析其電能利用率及廠用電率。

5.1 機組平均電能利用率

機組耗電率大的輔機（風機組、泵組）效率參考最近的性能試驗報告值。計算輔機電能利用率時，參照此值并按負荷大小合理分配。其他耗電較小的輔機效率取85%進行估算。不同負荷工況下的電能利用率如圖1所示。

從圖1可看出，隨負荷降低，兩臺機組電能利用率呈下降趨勢。因此，應在保證機組安全的前提下優化運行方式，尋找當前工況可停運的設備，從而提高電能利用率。

圖1 兩臺機組不同負荷工況下電能利用率

5.2 廠用電率分析

A電廠全年廠用電率統計，如表2所示。

表2 A電廠全年廠用電率統計表

A電廠年度全廠綜合廠用電率與生產廠用電率兩者偏差的主要原因有兩個：一是部分月份單機運行時，啟備變為停運機組供電，這部分電量占全廠全年發電量0.32%；二是兩臺主變壓器損耗電量。

5.3 影響電能利用率和廠用電率的原因

5.3.1 風機影響

風機是耗電較大的輔機系統。三大風機實際運行效率較設計值偏低，均偏離各自的高效運行區。風機全壓裕量較大是造成風機效率較低的主要原因。

5.3.2 水泵影響

A電廠給水泵為汽動，相應廠用電率降低；凝結水泵運行期間變頻投入正常，除氧器上水調門保持全開；循環水泵耗電率與同類型機組循環水泵耗電率先進水平接近。

5.3.3 除渣系統影響

A電廠目前水力除渣系統存在耗水量大、焦渣易板結影響除渣、系統復雜耗電率高等缺點，若實施干渣機系統改造，預計可降低廠用電率0.1%。

6 結語

較火力發電廠其他方面的能量平衡，電能平衡相關設備的自動化程度深，數據采集精度高，但依舊存在各種不可避免的誤差以及設計、安裝遺留的問題，會對運行管理人員日常工作造成困擾。盤點現場設備的具體情況，總結誤差產生的根源，分析不平衡電量的原因，研究低效高耗設備的技改，是電能平衡工作的重點。通過詳細全面的盤查分析，輔以電平衡試驗，找出問題加以整改，提高電能利用率，降低廠用電率，為火力發電廠提質增效。