宝钢自备电厂厂用电负荷的计算与分析

徐吉吉(宝山钢铁股份有限公司，上海　200941)



宝钢自备电厂厂用电负荷的计算与分析

徐吉吉
(宝山钢铁股份有限公司，上海200941)

【摘要】介绍了火力发电机组厂用电负荷计算的方法和重要性，并结合近年来发电行业特点提出了负荷核算的必要性，通过计算实例对一套2×350 MW火电系统进行计算并分析，为今后厂用电改造的方向提出了方案建议。

【关键词】火电厂；厂用电；负荷计算

1　概述

近年来，随着环保节能成为我国的一项国家战略，控制火电机组厂用电负荷、降低厂用电率，正在越来越多地得到各方面的重视。这不仅关乎火电厂本身的发电成本控制，更关乎火电机组绿色环保性能指标提升，因此受到了全社会的关注。

厂用电：指发电厂在生产过程中，自身所使用的电能。

厂用电率：指机炉发电所需的自用电能消耗量与同时期对应机组发电量之间的比值。

2　厂用电负荷的计算方式

在确定厂用电负荷容量时，应按机组辅机可能出现的最大运行方式计算，具体原则如下：

（1）连续运行的设备应予计算。

（2）当机组运行时，对于不经常而连续运行的设备（如备用励磁机、备用电动给水泵等）也应予计算。

（3）不经常而短时及不经常而断续运行的设备不予计算，但由电抗器供电的应全部计算。

（4）由同一厂用电源供电的互为备用的设备只计算运行的部分。

（5）互为备用而由不同厂用电源供电的设备，应全部计算。

（6）其他类型设备负荷的计算方法可参照如下：

①根据换算系数法，厂用电计算负荷为：

式中：Se——计算负荷，kVA；

K——换算系数，可取数值见表1；

P——电动机的计算功率，kW。

表1　换算系数表

其中电动机的计算功率P应按负荷特点确定：

经常连续和不经常连续运行的电动机为：P=Pe

式中，Pe——电动机额定功率，kVA。

短时及断续运行的电动机为：P＝0.5Pe

式中，Pe——电动机额定功率，kVA。

3　核算厂用电负荷的必要性及重大意义

3.1系统设计及辅机选型的偏差

由于火电系统中最主要的两类辅机：风机和水泵，在工艺系统设计阶段一般会根据最大运行工况再加上足够的系统冗余度（一般取1.15倍）来选定设计容量；在选择辅机驱动电动机时，电气专业设计人员还要考虑充足的储备系数（一般取1.15倍）并根据电动机的标准系列容量进行选择，因此往往导致电动机计算功率远超实际运行功率，从而导致厂用电总负荷无谓偏高的情况发生。

3.2机组负荷率的影响

随着我国超高压远距离输电网的大规模投入运行，大多数火电厂在运行中越来越多地遭遇低负荷发电的情况。由于系统辅机按照满负荷发电出力进行选择，因此当机组实际负荷降低时，由于厂用电负荷的减小比例低于机组发电负荷的减小比例，从而导致厂用电率在实际运行中进一步偏高。

3.3煤种变化

由于我国近年来迅猛的经济发展，资源市场瞬息万变，过去那种以单一设计煤种的限定运行条件已经不再适应新形势下火电机组的实际运行情况。燃煤的热值、灰分、含水量变动大、煤矸石等杂质含量上升，一方面对给煤系统的负荷提出了更高的要求，一方面也不可避免地使给煤系统设备故障率上升，因此需要预留充分的系统余量，从而也不可避免地造成了厂用电负荷的进一步上升。

3.4新技术的使用

近年来新型电气传动技术的发展，在火电领域内掀起了一股大规模技术改造的新浪潮。从原有工频交流电动机加挡板门实现调节控制的技术手段迅速过渡到了以高压变频及永磁调速为代表的一系列节能技术实现调节控制。这使得原先的厂用辅机电量从离散式调节转变成连续式调节，从而有效降低厂用电负荷。同时，由于设备制造水平的提高以及各种在线检测、设备诊断等技术的发展，单台辅机的运行可靠性大为提高，事故维修率大为降低，在实现厂用辅机大型化、节能化的同时，也可有效降低厂用电负荷。

3.5火电机组可持续性发展的要求

环保节能作为可持续性发展的国家型战略，正在受到越来越多的关注。作为能源行业中高能耗重污染的组成部分，火电机组面临的压力是前所未有的。为了满足相关国家及行业的排放标准及能耗标准，在对机组进行大量技术改造的同时，也给厂用电系统带来了巨大的负担。可见，伴随着逐步深入的环保节能改造，厂用电负荷的逐步升高是很难改变的趋势。

3.6火电厂设备检修管理及运行管理的要求

由于检修水平不断提高，火电机组定员的不断减少，如何在较短时间内完成既定检修任务，如何通过整合负荷、优简化系统等方式切实降低厂用电系统的复杂程度，在确保供电安全性的同时提高其操作便捷性也是亟待解决的课题。而核算厂用电负荷则是对系统结构进行合理变化最有力的理论基础。

3.7小结

综上所述，大量新增的负荷需求构成了控制厂用电负荷的迫切性，通过对原有负荷进行整合优化构成了控制厂用电负荷的可行性，对于任何一台火电机组来说，通过核算厂用电负荷找到平衡上述两者矛盾的症结所在，从而将厂用电率维持在合理范围之内甚至略微降低就成为提高机组运行效率的重要途径，在指引下一步技术改造方向、设定改造技术目标等方面具有重要的意义。

4　通过实际情况对宝钢电厂1#、2#机组的厂用电进行核算

4.1机组情况简介

宝钢电厂的1#、2#机组为日本三菱电机生产，两台机组均为独立单元制接线形式。每台机组主系统由一台发电机（型号为MB-J 412000 kVA、21 kV、50 Hz）、一台主变压器（型号为SUB 400 MVA、121/21 kV）、一台高压厂用工作变（型号为CRB 24/30 MVA、21/6.3 kV）组成。另外设有一台起动/备用变压器（型号为CRB 24/30 MVA、21/6.3 kV），用于向两台机组的公用负荷供电。

4.2厂用电核算

对厂用电进行核算的重点，即在于对2台高压厂用工作变压器和1台高压厂用起动/备用变压器的容量进行核算，并结合未来数年内可预计的用电负荷变化，为厂用电系统的改造规划提供正确的技术评判依据。

高压厂用工作变压器的容量宜按高压电动机厂用计算负荷与低压厂用电的计算负荷之和选择。如公用负荷正常由高压厂用起动/备用变压器供电，则应考虑起动/备用变压器检修时，由第一台（组）高压厂用工作变压器接带全部公用负荷，也可由第一台（组）与第二台（组）高压厂用工作变压器各接带50%公用负荷。

高压厂用备用变压器或起动/备用变压器的容量不应小于最大一台（组）高压厂用工作变压器的容量；当起动/备用变压器带有公用负荷时，其容量还应满足最大一台（组）高压厂用工作变压器备用要求。

对于单元制接线的发电机，当发电机出口装有断路器或负荷开关时，高压厂用备用变压器的容量可为1台高压厂用变压器的60%~100%。

最大运行方式下1#或2#6 kV目前总负荷：23160 kW（计算）、16832 kW（实际）；

引增合一实施后总负荷：26016 kW（计算）、20494 kW（实际）；

1C6kV总负荷：4395 kW（计算）、1255 kW（实际）；

2C6kV总负荷：4905 kW（计算）、1495 kW（实际）；

1C－2C6 kV联络运行总负荷：6705 kW（计算）、1685 kW（实际）。

5　结论

5.1计算结果

①机组正常运行时，厂用工作变的计算负荷为23 MVA，实际负荷为17 MVA；此时起动/备用变的计算负荷为9 MVA，实际负荷为2.7 MVA。

②当1台机组启动时，起动/备用变的最大负荷出现在厂用电切换前，此时以二磨运行方式为准，则计算负荷为23 MVA，实际负荷为12 MVA。

③当考虑1C-2C 6 kV联络且由1台机组工作变压器供电的极端情况时，此时起动/备用变退出运行，工作变计算负荷为9.8 MVA，实际负荷为18.5 MVA。

④当更换完引-增合一风机后，机组正常运行时，厂用工作变的计算负荷为26 MVA，实际负荷约为20 MVA；此时起动/备用变的计算负荷为9 MVA，实际负荷为2.7 MVA。

⑤当更换完引-增合一风机后，当1台机组启动时，起动/备用变的最大负荷出现在厂用电切换前，此时以二磨运行方式为准，则计算负荷为26.6 MVA，实际负荷约为15.4 MVA。

⑥当更换完引-增合一风机后，考虑1C-2C 6 kV联络且由1台机组工作变压器供电的极端情况时，此时起动/备用变退出运行，工作变计算负荷为32.7 MVA，实际负荷为22.1 MVA。此时计算负荷已超过厂用电工作变额定容量。

5.2分析结果

由以上的计算，我们不难得出下列结论：

①在目前厂用电正常运行方式下，24/30 MVA的厂用工作变压器和24/30 MVA的起动/备用变压器在自冷模式下均可满足正常使用。当发生任1台机组停役情况时，起动/备用变压器仍可维持在自冷模式下满足公用负荷及1台机组启动过程中的负荷需求。当考虑起动/备用变压器退出运行时，此时厂用工作变压器在维持强有循环运行模式下可满足正常使用。

②如未来厂用电系统进行引-增合一改造，且采用2+1模式，即2台新建引-增合一风机替代原有4台吸风机，1台新建引-增合一风机替代原有1台脱硫系统增压风机，则24/30 MVA的厂用工作变压器可在强油循环模式下满足正常使用。当发生任1台机组停役情况时，起动/备用变压器仍可维持在自冷模式下满足公用负荷及1台机组启动过程中的负荷需求。当考虑起动/备用变压器退出运行时，此时现有的厂用工作变压器无法满足正常使用（32.7 MVA>30 MVA）。

③因此，如需进行该项目的改造，应考虑在原有公用厂用电系统基础上进行扩容改造，如：更换额定容量更大的起动/备用变压器，或从外部系统引接电源至新增风机，无论何种方案均将引起项目投资的变更。

④作为另一种解决方案，也可考虑在2台发电机出口各加装1台出口断路器。加装出口断路器后，可消除机组启动过程中的厂用电切换步骤，同时可减小机组故障时的系统变动，便于日后的检修、维护及试验进行，同时该变压器的额定容量可调整为1台高压厂用变压器的60%，即由30 MVA缩小到18 MVA。由于我厂1#、2#机组的起动/备用变压器投运已经超过30年，升级改造或整体置换已提上日程，

因此在权衡利弊的基础上最终确定改造方案，将是非常具有现实意义的。

[参考文献]

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[5]杨毅伟.火力发电厂厂用电率的计算与分析[J].华电技术，2011.

Calculation and Analysis of Auxiliary Power Load of BaoSteel’s Self-provided Power Plant

XU Zhe
(Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 200941, China)

【Abstract】The method for auxiliary electricity load calculation of the thermal power plant and its importance are introduced; and the necessity of load calculation is put forward in light of the technical characteristics of domestic power generating sector in recent years. Through actual calculating cases a 2×350 MW thermal power system is calculated and analyzed and proposal on the transformation direction of auxiliary power supply system in the future is provided.

【Keywords】thermal power plant; auxiliary power; load calculation

作者简介：徐吉吉（1980－），男，2003年毕业于上海交通大学电气工程及自动化专业，工程师，现从事火电厂技术管理工作。

收稿日期：2015－05－25

【中图分类号】TM621.22

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764(2015)10-0001-03