電廠超低排放電氣設備的升級與改造

伍建成

（永清環保股份有限公司，長沙 410329）

電能關系到廣大人民的生計和社會運轉，是現代社會使用最多、最廣泛的能源。分布在全國各地的發電廠是電能供應的主要途徑，相比水能、風能、太陽能發電，火力發電憑借高效穩定的發電性能而被廣泛使用，但其生產相同的電力所消耗的能源和排放的污染都高于水能、風能、太陽能發電。當下，全國各地都在努力控制廢氣排放，電廠作為高消耗、高排放的生產單位，成為整改的重點對象。在大型火力發電廠運行的過程中，主要影響耗能和排放的是電氣設備，如果能升級和改造電廠的電氣設備，達到節能和高效利用能源的目的，那就能通過節能做到減排，從而降低大氣環境污染，從根源上解決污染物排放的問題。

1 電氣設備節能減耗分析

1.1 降低電氣設備的基礎耗能

在產電過程中，火電廠自用電占發電量的百分比被稱為廠用電率。廠用電率通常被用來判定電廠的用電消耗水平，各電氣設備的用電量占廠用電的80%左右，主要的耗電設備是風機和泵類，分為8種：送風機、引風機、一次風機、排粉風機、鍋爐給水泵、循環水泵、灰漿泵、凝結水泵，這些設備具有巨大的節能潛力。當火電廠機組的工作存在峰時，機組在不同時間段的負載是不同的，這時應當通過改變輸出功率來調節風機和水泵的流量。目前，許多電廠采用的是節流閥調節方式改變流量，使許多電機在大部分時間處于輕載甚至是空載的狀態，直接造成大量的能源流失。

如果能在風機和泵類負載調節上使用調速驅動，就能達到非常可觀的節能效果，電廠從這些用電率高的電氣設備著手改造，可使電廠保持最佳的運行狀態，最大限度地提升供電效率，從而減少能源浪費，降低污染物排放。

1.2 提升電氣設備產能效率

在電廠超低排放電氣設備的升級和改造中，要盡可能地降低能耗和成本，而節能設備產能效率的提升，主要通過更換老舊的變壓器來實現。變壓器主要以導磁磁路系統完成電能的傳輸和變壓，變壓器內導磁材料的性能直接影響變壓傳輸電能過程中的損耗率。目前，變壓器內配變鐵芯所使用的材料大多是硅鋼片，其屬于晶態材料。隨著近年非晶態材料的使用技術日漸成熟，加之非晶合金鐵芯配變在降低配變損耗上具有明顯的效果，其在我國逐步擴大使用范圍。

2 電氣設備升級改造措施

2.1 降低電氣設備基礎耗能的措施

2.1.1 廠用電動機的選擇

電機的選擇主要是根據拖動的設備和使用對象來決定。根據廠用電氣設備功率和特性，人們應選擇異步電動機，因其具備價格低廉、過載能力強、便于維護和修理等特點。在安裝方面，根據實際要求，電廠可以選擇開啟式、防護式和封閉式等。

2.1.2 選擇電動機的運行方式

電廠電動機根據鍋爐的運行方式應當選擇給水泵的運行方式，根據汽輪機的運行方式則要選擇循環泵的運行方式。當電廠各電氣設備處于低負荷狀態時，應當采用單側運行方式，這樣可以大幅降低電機的耗能。

2.1.3 選擇電動機的容量

電機要拖動電廠的大型電氣設備，其應當在電壓選擇上與電氣設備系統的電壓保持一致，電機的轉速應當在各電氣設備轉速的可調節范圍內，使二者可以通過變速傳動機構將轉速協調一致。

2.1.4 技術改造

在對電氣設備進行節能改造時，人們可以使用兩種方法。對于無法操作和控制的設備，可以通過加裝輕載節電器，使其在長時間的輕載或空載的狀態下能夠降低電動機的機端電壓，達到減耗的目的；針對輕重載交替的電機，應當采取Y-△裝置自動切換定子繞組的接線方式，輕載采用Y接線，重載使用△接線，在不同的狀態下都有適合的電壓，沒有電力的浪費。對于輕重載交替快速的，可以使用交流調速技術來節省能源，雖然在技術方面需要花費一定的資金，但從長遠考慮能夠節省一定資金。

2.2 10kV配電變壓器改造

將10kV配電變壓器（SC-1500/10型干式配電變壓器），聯結組標號為Yyn0，改造為SCBH15-630/10.5非晶合金干式配電變壓器，聯結組標號為Dyn11。本文以此為例進行分析。

2.2.1 DYn11和Yyn0接線方式優缺點

DYn11接線方式能夠讓零序電流和三次諧波電流在變壓器的各個鐵芯柱上的磁勢和為零，低壓中性不漂移，輸出電壓穩定性好。在三相負載運行時，當高壓側出現熔斷等斷路問題時其他兩相位的負載可以繼續運作，同時在低壓開關上加裝欠壓保護裝置，可以維持電路正常運作。在三相負載之一斷路時，Yyn0接線方式可以使供電范圍減少至2/3，低壓側為單相供電的負載不會受到影響，而低壓側是三相供電的負載要加裝缺相保護才不會被燒毀。

10kV配電變壓器改造前使用Yyn0接線方式，改造后采用Dyn11接線方式，這樣做的目的是防止負荷側產生的諧波流入電網而擾亂電能質量。

2.2.2 改造后的配電變壓器優點

相對于硅鋼配電變壓器，非晶合金鐵芯配電變壓器的耗能低出許多，雖然其造價要高，但從節能環保和長期的經濟效益來看，人們還是應當選擇非晶合金鐵芯配電變壓器。非晶合金變壓器的鐵芯采用矩形截面，其繞柱線圈在矩形柱上沒有螺旋角，使得鐵芯兩端磁漏少，減少電路短路的狀況，使電路運行更加穩定。高壓繞組線圈利用銅制導線繞成層式結構，增加縱向電容，過載能力強，可以有效抗雷擊。2.2.3 存在的問題和應對策略

當前，非晶合金變壓器的應用仍然存在問題。首先，我國非晶合金鐵芯材料主要依靠進口，這就增加了非晶合金變壓器應用的成本。為了收回成本，穩定電廠的經濟狀況，有必要對非晶合金變壓器進行壽命管理，增加一定的維護成本，保證設備的使用壽命在15年以上。其次，非晶合金變壓器在使用中存在噪音大的問題，這主要是非晶合金材料本身的高敏感度、抗震性差導致的，噪聲在50～66dB。因此，在安裝非晶合金變壓器時，人們應當增加變壓器器身的硬度，鐵芯制造時采取搭接處理進行消震，必要時搭建配電室或遠離民居。

3 結語

通過對電廠的電動機及變壓器的升級與改造，電廠的產電效能得到提升，能源消耗有了顯著的降低，超低排放的目標得以實現。在電動機的改造升級方面，考慮電動機拖動設備的各項指標，結合電廠的峰時工作原理，筆者提出了部分存在低載和空載的設備如何實現節能的措施。在變壓器的改造上，電廠可以使用節能的非晶合金鐵芯變壓器，其具有空載損耗低、運行成本低的優點，提升了電廠供電的效能，值得在全國范圍內大力推廣。

為了實現煙氣的超低排放，電廠要將當下先進的控制技術、新材料技術綜合應用到電氣設備的各個方面，通過不斷提升技術要求，改進排放方案，在兼顧煙氣超低排放的同時選擇經濟、有效、可靠的方案，從而實現改造方案的商業應用價值。目前，大部分限制電廠污染物排放技術日趨成熟，雖然改造成本會有所增加，但其改善環境帶來的價值是不可估量的，這些技術未來將被廣泛應用，改造成本也會逐漸下降。

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