浅谈热电厂降低厂用电率的优化调整

吴宙林

（中石化巴陵石化分公司湖南岳阳414003）

浅谈热电厂降低厂用电率的优化调整

吴宙林

（中石化巴陵石化分公司湖南岳阳414003）

通过优化调整热电厂厂用6kV母线电压对电动机综合功率损耗影响进行分析，并结合热电厂现场的试验数据，论证了厂用母线电压在6.0～6.1kV优化调整对热电厂降低厂用电率效果显著，同时可以保障电力系统安全运行。

厂用电率母线电压；电动机；优化调整；安全运行；厂用电率

某热电厂汽轮发电机组装机容量为72MW，锅炉额定蒸发量900t/h，厂用母线电压等级为6kV。锅炉设备由6kV大电机驱动，所消耗的电量占发电机组发电量比率较大。因此，厂用电率是衡量热电厂一项重要的经济技术指标。大电机节能技术中，多运用变频或永磁调试技术、选用节能型电机、优化运行方式等节能措施。当上述节能措施已经实施，还需要进一步节能，可基于在安全可靠的前提下优化调整厂用母线电压，以控制大电机耗能，进一步降低厂用电率。

1 厂用电量消耗状况

用于发电的设备用电量与发电量之比即为厂用电率。该厂高压电机共42台，累计铭牌功率26660kW，据统计，85%以上的厂用电是由6kV高压电动机消耗产生，其厂用电率2013年平均为25.25%，该项指标在中石化热电企业处于中下游水平。

2 厂用电压调整的经济性分析

根据运行规程规定，6kV厂用电压维持在6.3±0.3kV。目前该厂厂用电压实际控制在6.2～6.3kV，而电动机厂家一般要求电机在额定电压变动±10%的范围内运行。当电动机机端电压变化时，电动机定子电流、转子电流等都会发生变化，势必对电动机综合功率损耗造成影响。

高压电动机功率损耗以电动机的综合功率损耗表征。

电动机的综合功率损耗包括有功损耗及无功当量损耗：

通常各类损耗占有功损耗的比例为：定子铁损耗20～25%，定子铜损耗35～40%，转子铜损耗20～25%，附加损耗15～35%。下面具体分析电压调整对电动机各种损耗的影响，为分析方便用脚标1和2表示母线电压由U1降至U2时电机的运行参数。

2.1 定子铁损耗差

一般认为电动机定子铁损PFE与定子电压的平方成正比，当额定电压时的铁损为PFEe，则不同电压下的损耗差（△PFE）为：

但当电压高于额定值时，由于铁芯的饱和，上面的公式将不能使用，各种电机在高于额定电压范围内，铁损与电压的关系是不同的，有四次方关系也有2.5次方关系，高于额定电压运行时铁损明显增加。但不管怎样，电压从U1降至U2时△PFE＞0。

2.2 定子铜损耗差

定子铜损与定子电流的平方成正比，则不同电压下的损耗差（△PCU1）为：

一般认为随着电压的下降，电动机的电流会增加，铜损增加。这种关系只适用于负载固定不变的电动机。实际上，当电压下降时，电动机转速下降，机械轴功率减小，以及激磁无功电流的减小，使定子电流增加不明显；部分厂用电动机，当电压降低时，定子电流会同步减小。因此△PCU1可能大于零、等于零或小于零。

2.3 转子铜损耗差

转子铜损与电机的轴功率及转差率成正比，则不同电压下的损耗差（△PCU2）为：

对于恒阻力矩机械（如：磨煤机）等式取“-”号，对于风机型阻力矩机械（如：风机、水泵）等式取“+”号。

2.4 附加损耗差

电动机的附加损耗分为空载附加损耗和短路附加损耗。短路附加损耗一般取0.5%额定功率，当负载偏离额定值时，其与定子电流的平方成正比，则不同电压下的损耗差（△PF）J为：

当电压从U1降至U2时，附加损耗差△PFJ和定子铜损差△PCU1一样可能大于零、等于零或小于零。

2.5 无功当量损耗差

电动机的无功当量为无功经济当量与无功功率之积，则不同电压下的损耗差（△KQQ）为：

当电压变化时无功功率也会变化，电压变小，无功功率变小，反之。因此当电压从U1降至U2时，△KQQ＞0。

2.6 电动机综合功率损耗差

△Pc=PFE（eU12-U2）2+PCU1（eI12-I2）2±PeK（S1-S）2+0.005×P（eI12-I2）2+K（QQ1-Q）2（7）

在式（7）中，对于恒阻力矩机械设备的电动机，第三项取“-”号，对于风机型机械设备的电动机，第三项取“+”号，因为电压下降转速也下降，节流损耗的减小值总比转子铜耗的增加值大。在热电厂厂用电动机中，绝大部分为风机型机械，因而可以预计，当电压降低时，就整个厂用电动机而言，第三项总是为正值。

从式（7）不难看出，对厂用电动机，如果电压降低时定子电流减小，则式（7）中的各项均为“+”号。△Pc值越大，电动机降低电压运行的经济效果越好。从理论分析可见降低母线电压确实能够起到一定的经济效果，但还需实践定量论证。

3 厂用电压调整的安全可靠性分析

目前厂用各级母线电压的偏移允许值决定于各母线上所接负载的性质，一般为额定电压的±5%，热电厂为保守起见，母线电压规程定为6.3±0.3kV。电动机厂家一般要求电机在额定电压变动±10%的范围内运行，其电机的额定出力不变。同时电力系统运行规程要求正常运行时6kV电压保持在±5%范围，380V电压在-5～+10%范围。因厂用负载主要为电机负载，在规定的电压范围内的电压变化不会引起电机出力的变化，不会引起机组工况的大幅变动。但低压系统电机负载是由变频器驱动的，必须考虑电压调低后，大功率电机联动对系统影响。根据电力设计规范，电动机起动时，不宜低于额定电压的85%。当电压调低后，大功率电机启动，如母线压降大于额定电压85%则认为安全可靠。

通过对该厂35kV/6kV升压变的有载分接开关调整厂用6kVⅡ段母线的电压，现场试验分厂用系统分支馈线、单一电机有功变化、大功率电机联动对母线压降影响及变频器晃电进行试验，以下数据均为现场实测所得。

3.1 经济性分析

3.1.1 厂用系统分支馈线试验

该厂共有4段6kV厂用母线，通过3条馈线接至2台35kV/6kV升压变。在机炉负荷不变的情况下，通过升压变的有载分接开关调整其中一条分支馈线2202所带厂6kVⅡ段母线电压，并记录2202开关柜电表参数，具体数据见表1。

从表1可知，当厂6kVⅡ段母线电压从6.2kV下降至6.05kV时，分支馈线有功功率下降幅度及所占比例为77.94kW和1.39%。

表1 厂6kVⅡ段母线电压调整与有功功率数据趋势表

3.1.2 单台电机试验

锅炉磨煤机电机560kW，在机炉负荷不变的情况下，当厂用母线电压从6.2kV下降至6.05kV时，记录其开关柜235A电表参数，具体数据见表2。

表2 磨煤机电机电压调整与有功功率数据趋势表

从表2可知，当厂用电压从6.2kV下降至6.05kV时，磨煤机有功功率下降幅度及所占比例为15.59kW和4.55%。

该厂将母线电压从6.2kV降低至6.05kV，在满负荷情况下，每天厂用电量下降4000kWh左右，厂用电率由25.25%下降至24.48%，达到预期节能效果。

3.2 安全可靠性试验

以该厂最大容量电机给水泵电机（2300kW）进行联动试验，观察母线电压压降。首先通过理论建模计算，当厂用母线电压维持在6.05kV时，联动一台给水泵，其母线电压下降至89.8%Ue；实践试验中当厂用母线电压维持在6.05kV时，联动一台给水泵，其母线电压下降至89.6%Ue，低压400kV系统压降下降至95%，系统运行稳定，未有机泵及变频装置跳闸。

从上述的理论分析及实验数据可以看出，降低热电厂厂用母线电压有助于降低厂用电动机综合损耗，减少厂用电量。但过份降低厂用电压将引起转子电流增加，引起定、转子的铜耗增大，厂用电反而会增加；而且母线电压过低，一旦遇到大功率电机联动，母线压降下降过大，还将引起辅机运行不稳定。故从安全性、经济性角度综合比较，6kV电压正常运行时可控制在6.0～6.1kV之间运行较为节能。

[1]荷小耐，皮华忠.火电厂节能浅析.江西能源，2005，4：38～39.

[2]赵慷.火力热电厂降低厂用电率的有效措施.甘肃电力技术，2007，3.

TM621

A

1004-7344（2016）24-0065-02

2016-8-10

吴宙林（1984-），男，工程师，本科，主要从事电气技术管理方面的工作。