火電機(jī)組電氣節(jié)能降耗措施的研究

張方明，張瑞明

（1.浙江浙能電力工程技術(shù)有限公司；2.浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司，浙江 杭州 315048）

火力發(fā)電廠的節(jié)能降耗對(duì)于低碳運(yùn)行、綠色發(fā)展的社會(huì)意義重大，對(duì)提升企業(yè)的市場競爭力也有非凡的意義。而廠用電率是衡量火電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能的最主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。而目前在降低廠用電率的措施相關(guān)的研究如制定合理的運(yùn)行制度規(guī)避不科學(xué)的運(yùn)行與管理造成的電能的損耗，通過更換高質(zhì)量的節(jié)能照明燈避免劣質(zhì)燈具帶來的電能浪費(fèi)，通過使用不同的導(dǎo)體材料較少鐵磁損耗，進(jìn)行變頻改造達(dá)到節(jié)能降耗的目的。這些技術(shù)措施已無法滿足現(xiàn)在火電機(jī)組通過電氣手段降低廠用電率達(dá)到節(jié)能降耗的目的，正值適應(yīng)“雙控”、降本增效的新形勢(shì)之際，本文提出電氣節(jié)能方面降低發(fā)電廠廠用電率新思路：廠用電氣設(shè)備運(yùn)行方式的優(yōu)化組合、外圍高耗能電動(dòng)機(jī)的更換升級(jí)、運(yùn)行方式優(yōu)化升級(jí)，同時(shí)采用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，使電氣設(shè)備運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)，為打造節(jié)能領(lǐng)跑、綠色發(fā)展的氛圍提供有力支撐。

1 火力發(fā)電廠節(jié)能降耗的現(xiàn)實(shí)意義

火電廠節(jié)能降耗舉措的采取，將會(huì)對(duì)國家的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生很多積極而正面的影響，有效地降低生產(chǎn)成本是很重要的。在傳統(tǒng)火力發(fā)電廠的生產(chǎn)模式下，因?yàn)槭苌a(chǎn)水平的許多制約，人們對(duì)許多資源的利用價(jià)值都不能進(jìn)行合理的獲取與充分的使用，而這也是導(dǎo)致傳統(tǒng)廢熱火力發(fā)電廠產(chǎn)出效益偏低的主要原因之一。在這種的狀況之下，傳統(tǒng)火力發(fā)電廠也將需要更多的人力資源、物力及財(cái)力作為支撐才能完成預(yù)定的生產(chǎn)目標(biāo)。因此，若是有效實(shí)行節(jié)能降耗的政策，就能在一定程度上使相關(guān)火電廠的生產(chǎn)技術(shù)得到顯著的進(jìn)步，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于資源最大化地提取和利用。為更好地達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，政府還要求有關(guān)技術(shù)人員積極進(jìn)行能源產(chǎn)品科技方面的技術(shù)創(chuàng)新工作，以通過科學(xué)、有效的技術(shù)使資源的實(shí)際利用價(jià)值極大地充分發(fā)揮，使資源的合理使用率獲得更進(jìn)一步的提高，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的終極目的。從這種角度來看，火力發(fā)電廠的節(jié)能降耗措施可以為能源的生產(chǎn)利用提供科技上的巨大進(jìn)步，而這些進(jìn)步措施不但可以在較大程度上提升火力發(fā)電廠的產(chǎn)能效益，還能夠給火力發(fā)電廠的長期發(fā)展帶來科技上的保障。

2 火力發(fā)電廠汽輪機(jī)的概述

汽輪機(jī)作為一個(gè)能夠使用蒸發(fā)的熱能進(jìn)行做功使用的旋轉(zhuǎn)機(jī)器，它運(yùn)用了沖擊功能基本原理和反動(dòng)功能基本原理，使它在使用的流程中能夠進(jìn)行從熱能向機(jī)器能的轉(zhuǎn)換，從而進(jìn)行產(chǎn)生功。利用沖擊功能的基本原理的應(yīng)用由噴嘴中流出，在汽輪機(jī)液壓氣道內(nèi)變音易轍后，在葉片上做功。此外，葉輪能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，完成了機(jī)器作用。反動(dòng)基本原理的運(yùn)用，它就是在渦輪的蒸氣流到動(dòng)葉，產(chǎn)生了蒸氣通道的擴(kuò)張，從而進(jìn)一步促進(jìn)了水蒸氣的流通，使轉(zhuǎn)動(dòng)葉形成抗動(dòng)力，從而使葉輪能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，形成了機(jī)器工作。正是由于上述這二個(gè)基本原理的運(yùn)用，使汽輪機(jī)具備了下述應(yīng)用特性。

（1）高熱效率。由于渦輪最重要的工作就是將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)器能，所以，渦輪在工作中很易于形成巨大電能，所以形成了超高熱效率。（2）單機(jī)輸出功率大。由于汽輪機(jī)處于回旋的范圍，所以在汽輪機(jī)的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中，會(huì)耗費(fèi)巨大的輸出功率，進(jìn)而引起汽輪機(jī)功率的增大。（3）擁有較長的壽命，且經(jīng)久耐用，能夠采用各種相對(duì)便宜的燃油等。（4）在運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)主機(jī)具有較高的穩(wěn)定性能，事故的發(fā)生率很低，在通常狀況下，使用3年左右以后才需要進(jìn)行一次大型維修，這也使得設(shè)備的利用率大大提升。

3 火力發(fā)電廠電氣損耗方面存在的主要問題

3.1 雙重化配置導(dǎo)致的廠用電率增加

為了滿足電力設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于雙重化配置以保證用戶可靠用電的要求。火電廠在對(duì)辦公公寓樓等進(jìn)行日常生活供電時(shí)采取兩臺(tái)辦公樓公寓變雙路供電，有時(shí)采取分列運(yùn)行（母聯(lián)開關(guān)分位），一旦某段失電或變壓器檢修時(shí)才采用并列運(yùn)行（母聯(lián)開關(guān)合位）；有時(shí)則采取一臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)明備用的方式，如圖1所示。某火力發(fā)電廠辦公公寓樓采用雙路供電模式，即辦公公寓樓進(jìn)線開關(guān)A、B在合位，A/B段母聯(lián)開關(guān)在分位運(yùn)行方式。一旦某一路供電失去，則采用手動(dòng)方式斷開供電失去回路進(jìn)線開關(guān)，同時(shí)，合上母聯(lián)開關(guān)進(jìn)行供電的方式。這樣運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高。

圖1 辦公公寓樓A、B段接線圖

直流系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，常常采用“兩用一備”的方式配置直流充電器，平時(shí)兩臺(tái)充電器各自運(yùn)行帶一段母線，另一臺(tái)充電器明備用空載運(yùn)行；只有在某臺(tái)運(yùn)行充電器退出時(shí)，才切換至備用充電器帶載運(yùn)行。這種明備用方式同樣增加了電能的損耗，增加了廠用電率。

3.2 高耗能電機(jī)造成廠用電率增加

對(duì)于外圍脫硫、除灰等電機(jī)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)初期為了降低成本而投運(yùn)大量高耗能、質(zhì)量差的電動(dòng)機(jī)，這些設(shè)備由于運(yùn)行效率低、耗電量大、故障率高、經(jīng)常性的啟停等原因，導(dǎo)致機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低，增加了機(jī)組廠用電率。

3.3 設(shè)備運(yùn)行方式不合理引起廠用電率增加

作為火力發(fā)電廠運(yùn)行管理過程中非常關(guān)鍵的因素，用電率對(duì)火力發(fā)電廠的生產(chǎn)效益有著直接影響的作用。要是在用電管理期間產(chǎn)生問題，那么將會(huì)產(chǎn)生一系列的連鎖反應(yīng)，危及火力發(fā)電廠的正常運(yùn)行。除此之外，出現(xiàn)問題后，還無法清楚地反映出火力發(fā)電廠的運(yùn)行情況。總的來看，大部分火力發(fā)電廠的管理人員都沒有對(duì)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)有著清楚的認(rèn)知，平時(shí)工作也不太認(rèn)真，導(dǎo)致能源損耗問題愈發(fā)嚴(yán)重。

目前，廠內(nèi)道路照明依然引接于廠用照明變，夜晚的燈火通明增加了廠用電的損耗。

員工長期思想認(rèn)識(shí)不足，節(jié)能降耗意識(shí)薄弱，下班后電腦、打印機(jī)等用電設(shè)備依然運(yùn)行造成廠用電損耗；凝結(jié)水泵、一次風(fēng)機(jī)等電動(dòng)機(jī)雖然已經(jīng)由工頻運(yùn)行方式改為變頻運(yùn)行方式，節(jié)約了電能，但變頻器在運(yùn)行過程中，需要利用電能來驅(qū)動(dòng)空調(diào)進(jìn)行散熱以防止變頻器元器件過熱損壞，同樣造成了電能的損耗；同時(shí)，隨著投運(yùn)時(shí)間的增長，電力電子元器件已經(jīng)超出其使用壽命。

3.4 設(shè)備處于不正常的運(yùn)行狀態(tài)使廠用電率增加

電氣設(shè)備尤其是變壓器等電抗性設(shè)備處于過負(fù)荷等不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗將大大增加，同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)廠房也增加了鐵磁損耗，在電纜中感應(yīng)很大的感應(yīng)電流，導(dǎo)致電纜損耗增大。

3.5 照明損耗嚴(yán)重

照明是最常見的用電形式。目前，很多火力發(fā)電廠所使用的燈具的壽命周期普遍較短，每間隔一段時(shí)間就需要進(jìn)行更換，這樣一來，頻繁地更換會(huì)產(chǎn)生一些電氣故障。另外，我國電氣水平和國外發(fā)達(dá)國家還有一定的差距，還沒有大力推廣應(yīng)用節(jié)能燈具，而且節(jié)能技術(shù)開發(fā)工作也一直處于初始階段，可行性偏低。同時(shí)，節(jié)能技術(shù)與當(dāng)前火電廠的運(yùn)行情況有著一定差異，難以有效匹配。而且許多發(fā)電廠照明系統(tǒng)所應(yīng)用的電源和電壓都比較高，普遍在400和230V，由此可見，電能浪費(fèi)其情況非常嚴(yán)重。

4 有針對(duì)性地解決火力發(fā)電廠電氣損耗的措施

4.1 廠用電氣設(shè)備運(yùn)行方式的優(yōu)化組合

針對(duì)辦公公寓樓變等低負(fù)荷變壓器造成的損耗，進(jìn)行負(fù)荷優(yōu)化整合，通過一臺(tái)變壓器帶所有負(fù)荷，另一臺(tái)變壓器處于冷備用狀態(tài)，提升變壓器負(fù)荷率，降低變壓器的損耗，降低廠用電率。同時(shí)，為避免在變壓器進(jìn)行切換時(shí)，由于空充變壓器造成保護(hù)裝置的誤動(dòng)，采取帶有勵(lì)磁涌流閉鎖功能的變壓器差動(dòng)保護(hù)；同時(shí)，為防止由于手動(dòng)切換速度慢帶來生活、辦公用電的不便，可以加裝快速切換裝置實(shí)現(xiàn)冷備用變壓器的自動(dòng)切換。如圖2所示。采用單回路運(yùn)行方式，即辦公公寓樓A進(jìn)線開關(guān)合位、辦公公寓樓A進(jìn)線開關(guān)分位、辦公公寓樓A/B段母聯(lián)開關(guān)合位的“一運(yùn)一備”的供電方式。一旦供電回路失電，則通過快速切裝置進(jìn)行“并聯(lián)切換”或“串聯(lián)切換”來維持供電，確保供電可靠性。

圖2 改進(jìn)后的運(yùn)行倒班樓A、B段接線圖

對(duì)于采用“兩用一備”方式的直流充電器，可以將備用充電器放置于冷備用狀態(tài)，即拉開交流輸入開關(guān)，由于直流充電器損壞或其他原因突出運(yùn)行時(shí)，仍然有蓄電池可持續(xù)運(yùn)行1～2h，因而完全不用擔(dān)心由于備用充電器處于冷備用而起不到備用的作用。同時(shí)，為了防止處于冷備用的充電器長時(shí)間不用而延誤消缺時(shí)間，可以定期空載試運(yùn)行并且按運(yùn)行充電器檢修周期進(jìn)行維護(hù)校驗(yàn)。

4.2 外圍高耗能電動(dòng)機(jī)的更換升級(jí)

進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的全廠排查，對(duì)落后的高耗能的設(shè)備逐步實(shí)行技術(shù)改造或者換型升級(jí)。

火力發(fā)電廠的啟動(dòng)裝置大都是高電壓系統(tǒng)，變壓器空載或低負(fù)荷運(yùn)行均造成電能浪費(fèi)。為最大限度地減少損耗，電廠可將啟動(dòng)/備換成冷備用。為了達(dá)到這一目的，電廠有關(guān)人員在設(shè)計(jì)啟備程序時(shí)，必須保證機(jī)組正常啟備時(shí)不帶公用負(fù)荷，這是因?yàn)榘l(fā)電廠的1號(hào)、2號(hào)機(jī)組的廠用變壓器均分。另對(duì)1號(hào)機(jī)組高壓工廠變壓器也進(jìn)行了全帶設(shè)計(jì)。不管采用哪種方法，都必須確保工廠的電氣可靠性符合有關(guān)規(guī)范的要求。在此前提下，低電壓工廠的電接線可采用暗備用電源中心方式，此時(shí)，兩臺(tái)變壓器相互備份，各自承擔(dān)一半的負(fù)荷，與全部負(fù)荷相比，負(fù)載損耗量降低75%，節(jié)能效果十分明顯。另外，合理地優(yōu)化變壓器容量，使變壓器負(fù)荷控制在65%～75% l5'，能最大限度地避免變壓器低負(fù)荷或空載，有效降低變壓器的能耗。

4.3 運(yùn)行方式優(yōu)化升級(jí)

對(duì)有條件的道路路燈實(shí)現(xiàn)太陽能供電改造，對(duì)沒條件的路燈實(shí)現(xiàn)時(shí)控改造，降低照明損耗。

完善企業(yè)的管理制度，積極構(gòu)建獎(jiǎng)懲制度來規(guī)范員工日常行為，培養(yǎng)員工節(jié)能降耗意識(shí)；加強(qiáng)員工辦公室用電管理，打印機(jī)、電腦等閑置不用時(shí)，或下班時(shí)，將其關(guān)閉，降低待機(jī)損耗。

將變頻器室內(nèi)冷卻設(shè)備由空調(diào)制冷改為循環(huán)水制冷模式；同時(shí)，將變頻器室升級(jí)改造自循環(huán)式空間，并且定期清洗濾網(wǎng)，防止空氣不流通導(dǎo)致變頻器過熱跳閘；同時(shí)，最大限度地提高變頻器的輸出能力，使其在變頻工況下能滿負(fù)荷運(yùn)行；同時(shí)，進(jìn)行變頻器的技術(shù)改造。調(diào)整凝結(jié)水泵以及一次風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

4.4 采用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)使電氣設(shè)備運(yùn)行于最優(yōu)狀態(tài)

采用局部在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，確保電氣設(shè)備運(yùn)行在最優(yōu)工作狀態(tài)。

另外，還要加強(qiáng)電氣設(shè)備輔機(jī)調(diào)速器的研究和發(fā)展，以科學(xué)的方法降低其能耗。近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速器的應(yīng)用越來越廣泛，它具有其他電器設(shè)備輔機(jī)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如頻率范圍寬、功率因數(shù)大、節(jié)能效果好，可將其替代傳統(tǒng)調(diào)速器，達(dá)到節(jié)能的目的。

5 結(jié)語

降低火力發(fā)電廠廠用電率是提升發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效措施，是實(shí)現(xiàn)發(fā)電企業(yè)節(jié)能領(lǐng)跑、綠色發(fā)展的前提，因而應(yīng)在機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，在不違背火力發(fā)電廠相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求下，最大限度地想方設(shè)法運(yùn)用各項(xiàng)節(jié)能降耗措施，不斷挖掘節(jié)能潛力，為企業(yè)的綠色發(fā)展、社會(huì)的綠色理念提供新動(dòng)能。