火力发电厂电气节能设计方法研究

火力发电厂电气节能设计方法研究

作者：李建元

来源：《科技传播》2013年第19期

摘 要 本文主要对火力发电厂电气节能设计的方法进行了总结和研究，并提出了辅助电气设计节能的其他有效措施。

关键词 火力发电厂；电气设计；节能

中图分类号TM6 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）100-0069-02 0引言

火力发电厂一次能源消耗量巨大，而一次能源属于不可再生资源，如果不注意在生产过程中的节能问题，将带来很大的一次能源损耗与浪费的问题。目前全国乃至全世界都十分关注节能的问题，火力发电能源损耗率较核能发电、风力发电等高，因此我国近年来减缓了火力发电的发展速度。但是长远看来，随着环保技术的进步、发电成本的降低以及电力需求的增多等因素的作用下，火力发电的发展前景仍然比较乐观。当前火力发电在我国电力工业中仍然占据着主要的地位，但为了适应和谐社会的要求，节约能源，火力发电技术必须不断提高。 火力发电生产流程中有四个基本系统：燃烧系统、汽水系统、电气系统以及控制系统。做好火力发电生产中的节能工作，就要从这四个基本系统入手。其中电气系统的基本功能是保证按照电能质量要求向负荷电力系统供电，主要结构由电厂主结线、主变压器、配电设备、汽轮发电机、厂用变压器、厂用电动机、照明设备、通信设备等组成，在火力发电工作流程中有着重要的作用。因此本文着重介绍电气系统的节能设计。 1主要设计思路 1.1主变压器损耗

在变电过程中，主变压器的损耗有空载损耗以及负载损耗两种，前者主要取决于变压器铁芯的材质以及变压器的内部结构；后者主要取决于导体的截面与线圈材质。可以从如下几个方面来降低变电过程中主变压器上的损耗：

选用节能型主变压器。随着变压器结构设计的不断改进以及材料技术的提高，目前市面上的节能型变压器已经由原来的9型发展到了节能效果更好的10型乃至11型。常用的9型10kV级主变压器空载损耗损耗为2.4kW，负载损耗为14.5kW，而同样配电级别的10型主变压器空载损耗仅为1.8kW，负载损耗为14.5kW。从以上数据可以明显看出，10型主变压器节能效果优于9型；

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调整变压器运行方式，减少空载运行的变压器数量。火力发电厂一般都有大容量的高压启动备用变压器，用作厂用变压器的备用以及电厂启动电源。容量与最大的厂用变压器相同，具有高容量，高空载损耗的特点。例如2×300MW的电厂启动备用变压器一般为40MW，空载损耗为46KW，如果每年空载运行8000h，则全年需向电网购电37千瓦时。若将启动备用设计成冷备用，即在备用状态下不带电，就可以节省大量的电能开支。 1.2输电中线路损耗

可以选用以下方式来减少输电过程中线路与铁磁的损耗：

按照经济电流密度选取载流导体截面。导体选择除了要依据配电装置的汇流母线，对于全年负荷利用小时数比较大，母线长度超过20m，传输容量比较大的回路，为了优化投资，降低线路损耗，均应按经济电流密度选择导体截面。

优先采用离相封闭母线。离相母线具有排布紧凑、导体长度短、输电线路损耗小、铁磁损耗小等优点。并且运行过程中安全可靠，维修工作量小且较为美观。以前对于200MW以上的机组才采用离相母线，近年来，许多150MW以下的机组也采用离相母线取代传统的裸线作为发电机出线，效果很好，得到了极大的推广。 1.3输电中铁磁性损耗

铁磁损耗为交变磁场作用下，磁性材料内产生的涡流损耗与磁滞损耗的统称。铁磁性损耗不仅造成大量的电能损耗，还会造成材料局部发热，发热严重甚至会威胁到设备以及人身的安全。减少铁磁损耗可以从材料，减少交变磁场中磁性材料的使用、加强屏蔽、避免闭合回路的形成等方面出发。具体来说就是尽量选用非导磁材料，不仅可以降低损耗，还可以避免发生产生的安全问题；严格按照制造厂设计的空间尺寸来限制电抗器周围的空间大小，同时减少电抗器周围磁性材料的使用；在有强交变磁场的空间内，钢结构的设计上，闭合磁路的零件不可选择导体支持的钢构与夹板。钢构与母线直接的距离可以根据实际情况适量加大，避免较长钢构与母线垂直；另外为了防止感应电势和环流的产生，钢构与导体之间尽量垂直。设计时应避免大电流母线附近形成钢构件包围的闭合回路，如遇到一定会形成回路的情况，则采用黄铜焊缝或绝缘板将磁路隔离。 1.4电力拖动中的损耗

火力发电厂一般使用鼠笼型异步交流电机，其结构不负责、运行稳定、价廉且修护简易。降低这种电机电力拖动中的损耗，首先选用效率高、功率因数高的电机，另外利用调速技术，使电机在低负荷时采用低速的运行方式，提高了运行效率。一般一部电机调速方式从改变绕组级对数、电源频率以及电机转差速等方面入手。具体来说如下：

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改变级数。选用多速电机，改变绕组的接法获得不同级对数，从而获得不同的转速。高压多速电机一般应用在大功率水泵和风机上，低压的多速电机一般应用在起重器、机床、行车等上。

改变频率。通常有交-交变频、交-直-交变频两类，其中后者的应用比较广泛。交-交变频器又被称为循环变频器，其组成为连接到同一交流电源上的若干相控整流器，适用于大功率低速交流拖动；交-直-交变频器又被称为简介变频器，是将电网频率的交流电用整流器变为直流电，再用逆变器转换为频率可调的交流电，从而达到控制电机转速的目的。这种变频器具有调速范围大，平滑性好，效率高，节能效果好，调速精确，调速控制方式灵活等优点，通过软件控制可满足各种负荷的电机速度要求，实现软启动，电机过热、过流、过载、接地等保护，保障电机运行过程的稳定与安全。但是目前价格较高，不过节能效果明显，投入使用几年后，所节约的电费就可以回收设备投资，因此从长远的角度来看，经济效果显著。

改变转差率。将异步电机转子回路的转差频率交流电由半导体整流器整为直流，再通过逆变器将直流转换为与电网频率相同的交流，由变压器反馈回交流电网，提高调速效率。这种方法效率高、节能效果明显，但公路因数较低，调速范围有限，且设备复杂，价格较高。 1.5照明损耗

降低火力发电厂照明用电损耗一般从以下几点出发：

选用专业照明调压器。火力发电厂照明电取自动力电源，动力电源电压一般为

400/230V，与照明灯具380/220V的供电电压不相符，因此采用400/230V的电压来照明，比采用380/220V要浪费约10%的电能。因此采用专业照明调压器可以节约10%的电能，同时灯具工作电压的降低也使其使用寿命大大增加。

选用节能灯具。随着技术的提高，节能灯具的寿命不断提高，价格也变得低廉，具有明显的经济优势。因此发电厂照明设计中应积极选用与推广新型的节能灯具。

对低功率因数的气体点灯进行电容补偿。气体放电灯功率因数一般只有0.4～0.6，采用电容补偿可以将因数提高到0.85以上，同时降低了灯具的工作电流，从而线路损耗降低，具有明显的节能效果。 2其他辅助节能方法 2.1规范运行管理制度

实现制度化与规范化的电气节能降耗运行管理制度，把关每个生产环节，仔细查找管理中的漏洞，可以大大提升火力发电厂的效益。例如如果发现静电除尘设备发生短路，就应立即停止相关电场的使用，若不立即停止，不仅不具有原来的除尘效果，还会大大增多电厂用电量。为了使机组在满负荷的情况下可以正常运行，要保证有充足的煤源，这样可以有效增大发电

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量；另外电气设计工作人员还要根据电厂的实际情况，重视经济指标，节省不必要的能源与材料的消耗。

2.2根据实际情况选用高效电动机

降低电动机的耗电量不仅要提高运行效率，还要降低有功功率。选用高效电动机可以达到以上要求。高效电机在运行中损耗率滴、功率因数很高，且运行稳定，使用寿命长，在相同的使用条件下，采用高效电机比低效电机的效率提高5%以上，是节能的有效措施之一。但是高效电机成本较高，火力发电厂应根据实际的情况，在条件允许的情况下，选用高效电机。 2.3节约辅机用电

对于轻载、重载交替的电机，为了达到节能目的，应采用γ-Δ装置对定子绕组进行自动切换，轻载时选用γ进行接线，重载时采用Δ进行接线。安装轻载节电器过程中，如若轻载、空载时仍在运行，应将电机的端电压降低。电机节能技术的实现必须增加辅助回路，这就增加了故障的几率，因此，首先要保证电机的安全稳定运行才能选择合适的辅机。 3结论

在未来很长一段时间内，火力发电在电力行业仍将占据重要的地位。为了响应节能减排的号召，构建和谐社会，有必要对火力发电电力设计进行改良和创新，优化设计方案，提高设计、安装以及维修人员的节能意识，推动我国电气节能技术的不断发展。 参考文献

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