【技术】基于运行状态的电气节能探讨-北极星火力发电网

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为提高效益，各发电厂都在挖掘节能潜力。生产现场一提到调整工况、优化操作节能，往往是指汽机、锅炉专业的任务。但笔者认为，根据电气运行理论，任何电气运行参数或方式的改变都与节能相关，在保证安全的基础上，调控电气参数或方式，也可达到不投资而节能的目的。

根据统计，国电费县公司(2伊600MW)综合厂用电率高于发电厂用电率约0.6%(两台机组合计达6000kW)，这主要是由于两台发电机励磁铜耗(额定损耗为2伊1681kW)、定子铁耗(额定损耗为2伊877kW)及两主变铜耗(额定损耗为2伊1332kW)等引起。另外，因没有相应计能手段，电厂指标不能直观反应发电机的定子铜耗(额定损耗为2伊762kW)、机械损耗(2伊1580kW)、附加损耗(额定损耗2伊1156kW)等部分本体损耗大小，但却影响供电煤耗及效益。

1.优化机组无功

(1)在保证电网电压合格的基础上，本着电网无功功率应就地平衡、避免无功远距离输送，以有利于电网稳定运行及节能目的的电网运行原则，均衡附近电厂无功功率、增加变电站并联电容器运行组数或停用电抗器等，优化电网无功分布，降低发电机过多的滞相无功功率(正常600MW 运行时，无功常达270Mvar 左右)，可减少发电机转子铜耗(励磁系统的励磁变损耗、励磁功率柜损耗、碳刷接触电阻损耗数值也随之减少，数值较小)、定子铜耗、定子铁耗、附加损耗、主变铜耗、220kV 线路有功损耗等。这既有利于电网安全经济运行，又实现了本厂节能目的，达到网、厂双赢，具备现实可操作性。上表是本厂2009 年9 月降低1 号机组无功进行节能实验的数据。由上表说明，两天中相同时间段内，在发电量及其它条件、参数极其接近情况下，通过降低机组励磁电流(励磁变高压侧电流由157A 降至132A)，虽然降幅不大，但却降低了1 台发电机的本体与主变相关损耗(励磁系统损耗、主变铜耗、定子铁耗等)共计775kW(0.3777-0.3002=0.0775 万度)。若计及定子铜耗、附加损耗等的减少量，实际降低1 台机组损耗约1000kW，两台机组可达2000kW，节能效果显著。

(2)随着电网日益坚强、装机总容量不断升高，在用电低谷期不只机组负荷率低，而且电网因容性无功而升高电压，电网调度要求电厂大幅度降低机组无功及至接近进相。但有些电厂人员由于担心无功偏低不利于发电机静态稳定，不能积极调整。事实上，现在的AVR 性能及可靠性很高，只要AVR 在“自动”方式(AVR 手动方式进相时，应加强监视、调整并退出AGC 功能)，其低励限制及相关保护投入正常、功角啄控制在约700、发电机端部温升不超标，并根据进相试验数据及P-Q曲线、尤其是监视厂用电压在安全范围后，积极降低无功、提升功率因数，在保证电网及发电机安全运行的基础上，就能大幅度地降低发电机、主变本体损耗。若有功不变，调整功率因数趋于“1”，即定子电流趋于最小时，节能效果应最好。当附近其他电厂把握时段而及时降低无功或电网调度采取投切无功补偿装置等措施后，未及时调低无功的电厂就没有下调空间了。当然，若需发电机进相运行，其深度确实不能过大。否则，既不利于安全，还不利于节能，此时应与调度积极协调。

(3)迎峰度夏、迎峰度冬或单机运行时，发电机常因过载而降出力，并可能受到两个《细则》考核。基于此，提高区域电网电压，腾出容量，可多发有功(机组超出力时)。即当发电机定、转子电流即将超限时，提前向调度汇报，申请电网提升区域电网电压((投入35kV、10kV静止容性补偿器等)，为多发有功腾出容量。实施后，本公司220kV 电压升高约1.5耀

2kV，单机可少发无功50Mvar、多发有功15MW(按发电机视在容量计算)。提高电网电压后，若发电机定子电流或转子电流仍将超额定值时，再申请退出AVC以降低机组无功的办法(经省调批准)。仅今年单机A修两个月，另一台机组增盈约60万元(且不计两个细则考核损失)，并降低了两个细则考核损失(不计)。本措施有实际操作性，应具有长期、可观的效益。

2.提高发电机氢气纯度

费县公司自2012 年实施发电机氢气提纯节能(氢气纯度由降至96%提纯，改为降至97%即提纯)。在发电机机械损耗(1580kW)中，转子鼓风损耗约占50%。氢气纯度下降，会明显增大鼓风损耗。根据美国《电力工程》论文，600MW 发电机提高1 个氢气纯度，可降低鼓风损耗超200kW。本公司氢气成本约5 元/m3，发电机提高1 个氢气纯度约需40m3气体，折合费用为200 元。按机组4 天降低1 个氢气纯度、年连续运行280 天计算，两台发电机提纯后，年多耗2.8 万元氢气。除去氢气成本，相应两台机组年度效益超100 万元(除税后，0.38 元/kWh)。很明显，尽量提高氢气纯度不但安全性高，而且效益明显。另外，提纯节能的实时效果，只与发电机的转速有关，而与发电机有、无功负荷无关。即只要发电机运行，因转速是稳定的，其经济效益始终是可观的;节能效果体现于供电(发电)煤耗的降低，厂用电率不能反映;氢气提纯使鼓风损耗(发热)降低后，对同时降低了氢冷器冷却水量的效益忽略不计。

3.均分电流法

(1)要降低发电机转子铜耗、定子铜耗、定子铁耗、附加损耗、主变铜耗等，在保证稳定运行的基础上，可尽量平分两台发电机转子励磁电流和定子电流。以转子为例，假设为保持电网电压合格，本厂所对应的励磁电流总数为10A，若一台机运行电流I1 为3A，另一台机I2 为7A，则两机转子绕组总铜耗P为58RW(P=I12R+I22R，R 为转子绕组回路电阻);而两台机均带5A 时，则总铜耗P为50RW。很明显，平分前后两种状态的损耗有差别，电流平分则节能。事实上，励磁电流平分后，总励磁电流需求量反而下降(这是因为两发电机同步电抗无功消耗降低)，致使每台机转子电流减少，则转子能耗进一步减少。还有，励磁电流平分后，因降低了无功偏高的机组定子铁芯磁通饱和度，还可能使两机组的总铁耗下降。同理，若条件允许，还可使两台发电机定子电流趋于相等，可降低两台机组的定子铜耗、主变铜耗等。另外，采用上述调整后，由于发电机本体总能耗下降，相应也减少了氢气冷却器、定子水冷却器的冷却水量，也同时节能。上述5方面的节能应以百千瓦计。

(2)此方法同样适用于厂用电系统。可尽量调整6kV、400V 各分段母线负荷均衡，这既可以预防因负荷过于集中使变压器容量冗余不足，或电源回路电流长期过大带来的安全可靠性问题，还同时能降低变压器及电缆回路的铜耗而节能。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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