淺談熱電廠降低廠用電率的優化調整

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化調整

吳宙林

（中石化巴陵石化分公司湖南岳陽414003）

通過優化調整熱電廠廠用6kV母線電壓對電動機綜合功率損耗影響進行分析，并結合熱電廠現場的試驗數據，論證了廠用母線電壓在6.0～6.1kV優化調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安全運行。

廠用電率母線電壓；電動機；優化調整；安全運行；廠用電率

某熱電廠汽輪發電機組裝機容量為72MW，鍋爐額定蒸發量900t/h，廠用母線電壓等級為6kV。鍋爐設備由6kV大電機驅動，所消耗的電量占發電機組發電量比率較大。因此，廠用電率是衡量熱電廠一項重要的經濟技術指標。大電機節能技術中，多運用變頻或永磁調試技術、選用節能型電機、優化運行方式等節能措施。當上述節能措施已經實施，還需要進一步節能，可基于在安全可靠的前提下優化調整廠用母線電壓，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

用于發電的設備用電量與發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，據統計，85%以上的廠用電是由6kV高壓電動機消耗產生，其廠用電率2013年平均為25.25%，該項指標在中石化熱電企業處于中下游水平。

2 廠用電壓調整的經濟性分析

根據運行規程規定，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%的范圍內運行。當電動機機端電壓變化時，電動機定子電流、轉子電流等都會發生變化，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%，轉子銅損耗20～25%，附加損耗15～35%。下面具體分析電壓調整對電動機各種損耗的影響，為分析方便用腳標1和2表示母線電壓由U1降至U2時電機的運行參數。

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，當額定電壓時的鐵損為PFEe，則不同電壓下的損耗差（△PFE）為：

但當電壓高于額定值時，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，鐵損與電壓的關系是不同的，有四次方關系也有2.5次方關系，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。這種關系只適用于負載固定不變的電動機。實際上，當電壓下降時，電動機轉速下降，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 轉子銅損耗差

轉子銅損與電機的軸功率及轉差率成正比，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，對于風機型阻力矩機械（如：風機、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 無功當量損耗差

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

當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備的電動機，第三項取“-”號，對于風機型機械設備的電動機，第三項取“+”號，因為電壓下降轉速也下降，節流損耗的減小值總比轉子銅耗的增加值大。在熱電廠廠用電動機中，絕大部分為風機型機械，因而可以預計，當電壓降低時，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濟效果，但還需實踐定量論證。

3 廠用電壓調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，一般為額定電壓的±5%，熱電廠為保守起見，母線電壓規程定為6.3±0.3kV。電動機廠家一般要求電機在額定電壓變動±10%的范圍內運行，其電機的額定出力不變。同時電力系統運行規程要求正常運行時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，在規定的電壓范圍內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。但低壓系統電機負載是由變頻器驅動的，必須考慮電壓調低后，大功率電機聯動對系統影響。根據電力設計規范，電動機起動時，不宜低于額定電壓的85%。當電壓調低后，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調整廠用6kVⅡ段母線的電壓，現場試驗分廠用系統分支饋線、單一電機有功變化、大功率電機聯動對母線壓降影響及變頻器晃電進行試驗，以下數據均為現場實測所得。

3.1 經濟性分析

3.1.1 廠用系統分支饋線試驗

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調整其中一條分支饋線2202所帶廠6kVⅡ段母線電壓，并記錄2202開關柜電表參數，具體數據見表1。

從表1可知，當廠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段母線電壓調整與有功功率數據趨勢表

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，當廠用母線電壓從6.2kV下降至6.05kV時，記錄其開關柜235A電表參數，具體數據見表2。

表2 磨煤機電機電壓調整與有功功率數據趨勢表

從表2可知，當廠用電壓從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%，達到預期節能效果。

3.2 安全可靠性試驗

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

從上述的理論分析及實驗數據可以看出，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子電流增加，引起定、轉子的銅耗增大，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動，母線壓降下降過大，還將引起輔機運行不穩定。故從安全性、經濟性角度綜合比較，6kV電壓正常運行時可控制在6.0～6.1kV之間運行較為節能。

[1]荷小耐，皮華忠.火電廠節能淺析.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，2007，3.

TM621

A

1004-7344（2016）24-0065-02

2016-8-10

吳宙林（1984-），男，工程師，本科，主要從事電氣技術管理方面的工作。