390H发电机励磁系统节能分析

钮志峰

（江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏常州　213011）

390H发电机励磁系统节能分析

钮志峰

（江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏常州213011）

对美国GE公司生产的S109FA燃气轮机联合循环机组配套的390H发电机励磁系统运行方式、空调系统运行情况进行分析，制定出390H发电机励磁系统运行方式调整和空调系统节能改进方案，并对390H发电机励磁系统采用的节能方案在实际生产运行中的可行性、节能效果和经济效益等进行分析，为提高机组整体运行的经济性提供参考。

发电机；励磁系统；空调；节能降耗

0　引言

节能降耗始终贯穿于发电厂的设计、生产运行全过程，目前节能降耗主要集中在大功率辅机的优化和运行方式的改进方面，经过长时间的运行管理，在这些方面节能降耗的技术已经非常成熟，很多节能措施已经应用在新机组的设计中。但节能降耗涉及发电机系统相对较少，发电机励磁系统作为耗电大户，消耗10％～20％的厂用电，在节能降耗方面有一定的挖掘空间。通过对江苏华电戚墅堰发电有限公司（以下简称戚墅堰发电公司）运行的美国GE公司生产的S109FA燃气轮机联合循环机组配套的390H发电机运行情况进行分析，提出优化励磁系统的运行方式和空调设备改进措施，以达到节能降耗的目的，提高机组的整体经济性。

1　设备概况

戚墅堰发电公司建有2套S109FA燃气轮机联合循环机组，机组主要设备包括美国GE公司生产的PG9351FA型燃气轮机、D10型汽轮机、390H型全氢冷发电机及福斯特惠勒公司的三压再热自然循环余热锅炉。

390H发电机励磁系统采用静止励磁方式，主要设备包括接于6kV厂用母线上的HRCD-015-03励磁变压器和EX2100静态励磁装置。EX2100静止励磁装置由控制柜、辅助柜、功率柜等组成，集成布置在独立励磁设备间。励磁设备间配置2台30.6kW制冷量的空调来保证设备间温度、湿度在规定范围内，空调由可编程逻辑控制器（PLC）控制，空调每6h自动进行轮换。

EX2100静止励磁装置使用环境条件：温度，20～30℃；最大温度变化率，0.1℃/min；相对湿度，5％～95％；最大相对湿度变化率，1％/min。

2　节能降耗分析及措施

S109FA燃气轮机联合循环机组具有良好的启、停调峰能力，在冬季天然气供应紧张时，机组长时间处于备用状态。随着经济增速放缓，纯发电燃气轮机年利用小时数逐年降低，目前大约在3500h以下（有些区域更底，例如浙江区域2016年为1000h），全年机组停机备用时间较多。在机组停运期间按以往的运行方式，390H发电机励磁系统励磁变压器、EX2100静止励磁装置及空调系统仍消耗大量电能。因此，进一步降低停机状态下励磁系统的能耗，对提高机组的经济性尤为重要。

2.1机组运行情况

以2015年为例，对2台S109FA联合循环机组停机备用情况进行统计分析，见表1。2台机组连续停运5d以上的次数为19次，总时间长达242d。

表1　机组停运情况统计

2.2励磁变节能降耗

390H发电机励磁系统励磁变压器为干式变压器，接于6kV厂用母线，发电机停运状态下，励磁变压器处于空载状态，需要消耗空载损耗，因此停用空载励磁变压器可以降低电耗。

停用空载励磁变压器，主要涉及变压器频繁空载投切操作，会产生操作过电压、励磁涌流冲击、停电受潮等问题，综合累积效应，频繁的空载投切变压器会对设备安全性及变压器使用寿命产生一定影响。

结合表1可知，按预计励磁变压器连续空载5d以上，每月每台励磁变压器空载投切操作次数平均小于1次，空载投切操作次数能够被接受，不会危及设备的安全运行。

在实际运行中，发电机励磁系统预计连续备用5d以上时停用空载励磁变压器。励磁变压器的容量为3300kV·A，空载损耗为12.5kW，按2015年发电机励磁系统连续备用5d以上时间共计242d计算，2台机组1年可以减少励磁变压器空载耗电72600kW·h。

2.3励磁装置节能降耗

EX2100静态励磁装置配置2台整流桥，每台整流桥有1组冷却风机，一般情况下风机保持连续运行。风机状况直接影响整流桥的正常运行，厂家建议风机应至少每4年更换一次，风机运行寿命约为35000h。

在机组停运励磁系统备用状态下，励磁整流桥无热量产生，励磁整流桥风机只进行空气循环，增加耗电并缩短风机使用寿命，同时增加整流桥内部设备表面的积灰。

在空载励磁变压器停运时及时停运整流桥冷却风机，每台励磁整流桥风机功率为1kW，按励磁变压器空载停运242d计算，2台机组励磁整流桥风机1年可减少耗电23232kW·h，1年节约风机运行寿命约2800h，延长风机更换时间。

2.4励磁间空调节能降耗优化

EX2100静态励磁装置设备布置在一个独立的励磁间内，励磁间配置2台制冷量为30.6kW的主用定速空调，空调每6h自动进行轮换。为维持励磁设备间的环境条件，空调保持连续投入运行。正常励磁间空调温度设定为（24±2）℃，室内风机保持连续运行。

励磁系统备用状态下，励磁间空调每小时制冷5min左右，制冷时温度降低变化率达到0.5℃/min，与励磁装置要求温度变化率小于0.1℃/min不相符，容易引起电子器件受潮、结露，引起绝缘能力降低，损坏设备。由于励磁系统在备用状态下，整流桥无大量热量产生，空调制冷功率大造成温度变化率不符要求，对电子设备的稳定性产生影响。

在励磁系统备用期间，励磁间大功率空调频繁启、停，增加了空调设备的各种器件损耗，使空调故障频发，增加了空调维护工作量，经济性较差。

根据上述原因，从可靠性和经济性考虑，在励磁间加装1套国产3匹变频基站用辅助空调，在励磁系统备用期间投用辅助空调，停用主用大功率空调，可以减少励磁间主用空调运行时间，降低空调的维护工作量和经济成本。

发电机励磁设备间主用空调投运时间已经超过10年，处于故障多发期，在机组运行期间，若主用空调出现异常，辅助空调可作为励磁设备间应急空调进行降温，起到应急备用的作用，防止机组因励磁间主用空调异常导致励磁整流桥超温而引起故障停机。

机组励磁系统备用状态下投运辅助空调，由于空调功率较小，且采用变频技术，可以保持励磁间环境温度在比较恒定的范围内，保证电子设备有稳定的运行环境，避免电子元器件损坏。

加装辅助空调后，在励磁系统备用时停运励磁间空调，每日减少耗电约20kW·h（按主用空调制冷量进行计算），对比见表2。按上述励磁系统备用时间242d计算，2台机组1年可减少励磁间空调系统耗电9680kW·h，同时节约主用空调投运时间约2800h。

表2　励磁间空调耗电对比

2.5效益分析

通过对390H发电机励磁系统实施节能降耗措施，2台机组1年可节约励磁系统耗电约105 MW·h，减少励磁整流桥风机、主用空调运行时间约2800h；辅助空调的应用，保障了励磁设备间的环境条件，满足EX2100静态励磁装置对环境的要求，保障励磁装置精密电子设备运行可靠性，同时，辅助空调可作为主用空调的备用，确保机组励磁系统运行的可靠性。

3　结束语

节能降耗作为提高在运机组经济性的主要手段之一，需要根据机组运行情况不断进行探索研究。本文对美国GE公司生产的S109FA燃气蒸汽联合循环机组390H发电机励磁系统的运行情况进行分析，从运行方式及可执行性方面提出了励磁系统节能降耗的措施，在机组实际生产过程中起到节能降耗的目的，提高了机组整体运行的经济性和可靠性，拓展了节能降耗的思路，对同类型机组和其他电厂都有一定的参考意义。

（本文责编：弋洋）

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1674-1951（2016）09-0063-02

2016-04-19；

2016-07-12

钮志峰（1972—），男，江苏吴江人，技师，从事电厂生产运行管理方面的工作（E-mail：nzhf2006@163.com）。