大型火力发电厂降低厂用电率的途径

尹君

发电厂的厂用电率是指机组在正常运行情况下某一段时间内全厂各主辅系统耗用的电力总和占同一时期机组发电总量的百分率。发电厂厂用电率是火力发电厂的主要经济指标之一，并且所占的比例较大，它能反映出机组的运行工况。厂用电率越低，设备利用效率越高，自身消耗越小，向系统输出的电能越多，经济性也越好，反之则经济性差。对于目前火力发电厂，降低厂用电率的方法，第一，是通过对辅机设备的技术改造来提高设备的运行效率，主要分为：电机变极调速，电机变频调速，液力耦合调速三种;第二，在低负荷下，改变辅机运行方式，提高运行辅机的利用率。

一、电动机调速

电动机调速定义是，通过改变电动机转速来调节其功率，使其满足负载的需求，有两种方式，即机械调速与电气调速。采用机械调速时，电动机机械特性曲线变为一条固定曲线，转速的调节是通过改变变速齿轮的转速或其它能改变转速的变速机构来实现的，最后达到满足负载的需求。电气调速是通过改变电动机的机械特性，最终来满足负荷的需求。在正常运行过程中，转机设备的工作状态点就是电动机机械特性与负载机械特性曲线的交点。这两种调速方法，原理都是通过改变其中一种特性曲线，使负载在新的稳定状态下运行。根据流体力学的知识可知，对于风机与泵存在见式（1）（2）（3）的关系：

（1）

（2）

（3）

上式中 q——风量/流量（m3）;

n——转速（r/min）;

p——风压（Pa）;

P——轴功率（kW）.

由公式（1）可看出，转机设备的流量（风量）和转速成正比，由公式（2）可知，转机所产生的水（风）压与转速的平方成正比，由公式（3）可知，其电动机的轴功率与转速的三次方成正比。当减小所需的风量（流量）时，电机的转速将随之减小，其轴功率也将按照3次方的速率下降，能耗将大大减小。在降低转机的转速后，电动机功率也将降低，电耗随之降低。

在调节风机和水泵的转速时，由于转速降低，挡板或调门开度增大，这样将减少阀门的节流损耗，使得风机和泵的运行效率提高，电动机的起动特性也将随之改善。在采用调速系统后，电动机具有了软启动的功能，即启动电流非常小，这样将减小电动机启动时对管道的冲击，使风机、泵和电机的轴承及管道的寿命延长。

根据电机学的知识可知，异步电动机的转速计算公式为：

（4）

式中 n——电机转速（r/min）;

f——供電频率（Hz）;

s——转差率（%）;

p——极对数。

由公式（4）可知，改变电动机转速的方法有，改变频率、改变级对数、改变滑差，而电动机转速降低后，要保证机组运行风量和流量的要求，必然会开大调门，节流损失减小，转机的运行效率将提高，这样就达到节能效果。

1.电机变极调速变极调速的方法是改变电机的极对数，在转子内放入一定 数量的线圈，使得转速发生改变。由公式（4）可以看出，电机的转速与其极对数成反比，当电动机极对数发生改变时，转速也将按照比例改变，主要方法是在电动机定子槽内放置不同极对数的独立线圈，即可以达到调节转速的目的。例如，我国统一的电网供电频率为50Hz，当把极对数由一对变为两对时，其转速将由3000r/min降为1500r/min，轴功率也将成比例的降低。

变极调速有两种调节方法，即手动和自动调节。手动调速在不更换原有电机的基础上进行变极改造，投资少，操作简单，维护方便。变极调速有以下几个优点，第一，是有较好的机械特性，运行稳定性好，电机转差损耗小，效率较高。第二，由于具体操作时接线简单，控制方便，所以价格低廉。但其缺点也较为明显，手动调速需要将电动机的电源停掉，将转子抽出等工序，使得操作起来较为繁琐，不能用在需要平滑改变转速的电机负荷上，只能用于在季节性改变转速的场合。自动调速由于其投资较高，操作、维护比较复杂，所以更适合于调峰运行。

2.电机变频调速变频调速的原理是通过改变电机电源的频率，从而改变电机及转机的转速实现的。由公式（4）可以看出，电机的转速与电机的运行频率成正比，当改变电动机运行频率时，转速将成比例的改变。改变电机电源的频率是通过在供电电源（工频电源）与电机之间加装变频装置。变频器及移相变压器组合起来，把工频电源（50Hz）变换成各种所需要的频率，最终使电机的转速得到改变。变频器变频的过程分三个阶段，第一，整流器将交流电变换成直流电，一般通过改变可控硅的导通角实现整流。第二，中间环节是，将变换后的直流电路进行平滑滤波，消除三次及高次杂波。第三，将滤波后的直流电进行逆变，变成所需频率的交流电供给电动机。变频器按照用途可分为，通用变频器、高频变频器、高性能专用变频器、单相变频器和三相变频器等。采用变频调速的优点是：调速范围广，稳定性较强，调节过程平滑性较好，应用范围广，调节精度高;调节效率较高，调速过程中没有附加损耗;缺点是采用的技术较为复杂，初期投资高，对运行和维护人员的技术水平要求较高。由于其优点较为明显，在很多火电厂基建的同时，将变频器与一些大容量的辅机设备同步安装，使机组在投产后即可投入运行。

3.液力耦合器调速目前很多电厂的调速改造以变频器为主，在变频技术未广泛应用前，风机和水泵的主要调速手段仍然采用液力耦合器调速，在实践应用中得到了大量的应用。液力耦合器的基本原理是一种通过液压油进行能力传递的过程，主要方式是液体在泵轮和涡轮直接流动，泵轮的原动力是来自电动机，涡轮的动力是来自泵轮甩出的压力油来推动，油流通过勺管调节，由于油的不断流动，产生大量的热量被冷却水带走，使得能耗损失较大。虽然液力耦合器存在一些固有的缺点，但其价格较低，在很多火电厂中依然大量使用。液力偶合器调速主要特点概括如下：第一，功率、转速变化范围广，从已投产的设备中了解到，其转速可以由300r/min到1500 r/min，功率变化幅度也较大;第二，其价格低，结构简单，工作可靠;第三，结构尺寸小，安装与维护方便;第四，控制方式简单，只需调节勺管的开度即可，并且可以实现自动控制。由于其经济性比变频器调速要差，各大火力发电厂使用的越来越少。

二、优化辅机运行方式

在低负荷运行情况下，适当的改变辅机的运行方式，增加运行辅机的利用率，较少辅机自身的能耗损失，也可以很好的降低厂用电率。这对运行人员提出了很高的要求，包括辅机理论知识、实际操作能力、事故处理能力等。