徐吉吉(寶山鋼鐵股份有限公司，上?！?00941)

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寶鋼自備電廠廠用電負(fù)荷的計算與分析

徐吉吉
(寶山鋼鐵股份有限公司，上海200941)

【摘要】介紹了火力發(fā)電機(jī)組廠用電負(fù)荷計算的方法和重要性，并結(jié)合近年來發(fā)電行業(yè)特點提出了負(fù)荷核算的必要性，通過計算實例對一套2×350 MW火電系統(tǒng)進(jìn)行計算并分析，為今后廠用電改造的方向提出了方案建議。

【關(guān)鍵詞】火電廠；廠用電；負(fù)荷計算

1　概述

近年來，隨著環(huán)保節(jié)能成為我國的一項國家戰(zhàn)略，控制火電機(jī)組廠用電負(fù)荷、降低廠用電率，正在越來越多地得到各方面的重視。這不僅關(guān)乎火電廠本身的發(fā)電成本控制，更關(guān)乎火電機(jī)組綠色環(huán)保性能指標(biāo)提升，因此受到了全社會的關(guān)注。

廠用電：指發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中，自身所使用的電能。

廠用電率：指機(jī)爐發(fā)電所需的自用電能消耗量與同時期對應(yīng)機(jī)組發(fā)電量之間的比值。

2　廠用電負(fù)荷的計算方式

在確定廠用電負(fù)荷容量時，應(yīng)按機(jī)組輔機(jī)可能出現(xiàn)的最大運行方式計算，具體原則如下：

（1）連續(xù)運行的設(shè)備應(yīng)予計算。

（2）當(dāng)機(jī)組運行時，對于不經(jīng)常而連續(xù)運行的設(shè)備（如備用勵磁機(jī)、備用電動給水泵等）也應(yīng)予計算。

（3）不經(jīng)常而短時及不經(jīng)常而斷續(xù)運行的設(shè)備不予計算，但由電抗器供電的應(yīng)全部計算。

（4）由同一廠用電源供電的互為備用的設(shè)備只計算運行的部分。

（5）互為備用而由不同廠用電源供電的設(shè)備，應(yīng)全部計算。

（6）其他類型設(shè)備負(fù)荷的計算方法可參照如下：

①根據(jù)換算系數(shù)法，廠用電計算負(fù)荷為：

式中：Se——計算負(fù)荷，kVA；

K——換算系數(shù)，可取數(shù)值見表1；

P——電動機(jī)的計算功率，kW。

表1　換算系數(shù)表

其中電動機(jī)的計算功率P應(yīng)按負(fù)荷特點確定：

經(jīng)常連續(xù)和不經(jīng)常連續(xù)運行的電動機(jī)為：P=Pe

式中，Pe——電動機(jī)額定功率，kVA。

短時及斷續(xù)運行的電動機(jī)為：P＝0.5Pe

式中，Pe——電動機(jī)額定功率，kVA。

3　核算廠用電負(fù)荷的必要性及重大意義

3.1系統(tǒng)設(shè)計及輔機(jī)選型的偏差

由于火電系統(tǒng)中最主要的兩類輔機(jī)：風(fēng)機(jī)和水泵，在工藝系統(tǒng)設(shè)計階段一般會根據(jù)最大運行工況再加上足夠的系統(tǒng)冗余度（一般取1.15倍）來選定設(shè)計容量；在選擇輔機(jī)驅(qū)動電動機(jī)時，電氣專業(yè)設(shè)計人員還要考慮充足的儲備系數(shù)（一般取1.15倍）并根據(jù)電動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系列容量進(jìn)行選擇，因此往往導(dǎo)致電動機(jī)計算功率遠(yuǎn)超實際運行功率，從而導(dǎo)致廠用電總負(fù)荷無謂偏高的情況發(fā)生。

3.2機(jī)組負(fù)荷率的影響

隨著我國超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)的大規(guī)模投入運行，大多數(shù)火電廠在運行中越來越多地遭遇低負(fù)荷發(fā)電的情況。由于系統(tǒng)輔機(jī)按照滿負(fù)荷發(fā)電出力進(jìn)行選擇，因此當(dāng)機(jī)組實際負(fù)荷降低時，由于廠用電負(fù)荷的減小比例低于機(jī)組發(fā)電負(fù)荷的減小比例，從而導(dǎo)致廠用電率在實際運行中進(jìn)一步偏高。

3.3煤種變化

由于我國近年來迅猛的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，資源市場瞬息萬變，過去那種以單一設(shè)計煤種的限定運行條件已經(jīng)不再適應(yīng)新形勢下火電機(jī)組的實際運行情況。燃煤的熱值、灰分、含水量變動大、煤矸石等雜質(zhì)含量上升，一方面對給煤系統(tǒng)的負(fù)荷提出了更高的要求，一方面也不可避免地使給煤系統(tǒng)設(shè)備故障率上升，因此需要預(yù)留充分的系統(tǒng)余量，從而也不可避免地造成了廠用電負(fù)荷的進(jìn)一步上升。

3.4新技術(shù)的使用

近年來新型電氣傳動技術(shù)的發(fā)展，在火電領(lǐng)域內(nèi)掀起了一股大規(guī)模技術(shù)改造的新浪潮。從原有工頻交流電動機(jī)加擋板門實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制的技術(shù)手段迅速過渡到了以高壓變頻及永磁調(diào)速為代表的一系列節(jié)能技術(shù)實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制。這使得原先的廠用輔機(jī)電量從離散式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變成連續(xù)式調(diào)節(jié)，從而有效降低廠用電負(fù)荷。同時，由于設(shè)備制造水平的提高以及各種在線檢測、設(shè)備診斷等技術(shù)的發(fā)展，單臺輔機(jī)的運行可靠性大為提高，事故維修率大為降低，在實現(xiàn)廠用輔機(jī)大型化、節(jié)能化的同時，也可有效降低廠用電負(fù)荷。

3.5火電機(jī)組可持續(xù)性發(fā)展的要求

環(huán)保節(jié)能作為可持續(xù)性發(fā)展的國家型戰(zhàn)略，正在受到越來越多的關(guān)注。作為能源行業(yè)中高能耗重污染的組成部分，火電機(jī)組面臨的壓力是前所未有的。為了滿足相關(guān)國家及行業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)及能耗標(biāo)準(zhǔn)，在對機(jī)組進(jìn)行大量技術(shù)改造的同時，也給廠用電系統(tǒng)帶來了巨大的負(fù)擔(dān)?？梢?，伴隨著逐步深入的環(huán)保節(jié)能改造，廠用電負(fù)荷的逐步升高是很難改變的趨勢。

3.6火電廠設(shè)備檢修管理及運行管理的要求

由于檢修水平不斷提高，火電機(jī)組定員的不斷減少，如何在較短時間內(nèi)完成既定檢修任務(wù)，如何通過整合負(fù)荷、優(yōu)簡化系統(tǒng)等方式切實降低廠用電系統(tǒng)的復(fù)雜程度，在確保供電安全性的同時提高其操作便捷性也是亟待解決的課題。而核算廠用電負(fù)荷則是對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理變化最有力的理論基礎(chǔ)。

3.7小結(jié)

綜上所述，大量新增的負(fù)荷需求構(gòu)成了控制廠用電負(fù)荷的迫切性，通過對原有負(fù)荷進(jìn)行整合優(yōu)化構(gòu)成了控制廠用電負(fù)荷的可行性，對于任何一臺火電機(jī)組來說，通過核算廠用電負(fù)荷找到平衡上述兩者矛盾的癥結(jié)所在，從而將廠用電率維持在合理范圍之內(nèi)甚至略微降低就成為提高機(jī)組運行效率的重要途徑，在指引下一步技術(shù)改造方向、設(shè)定改造技術(shù)目標(biāo)等方面具有重要的意義。

4　通過實際情況對寶鋼電廠1#、2#機(jī)組的廠用電進(jìn)行核算

4.1機(jī)組情況簡介

寶鋼電廠的1#、2#機(jī)組為日本三菱電機(jī)生產(chǎn)，兩臺機(jī)組均為獨立單元制接線形式。每臺機(jī)組主系統(tǒng)由一臺發(fā)電機(jī)（型號為MB-J 412000 kVA、21 kV、50 Hz）、一臺主變壓器（型號為SUB 400 MVA、121/21 kV）、一臺高壓廠用工作變（型號為CRB 24/30 MVA、21/6.3 kV）組成。另外設(shè)有一臺起動/備用變壓器（型號為CRB 24/30 MVA、21/6.3 kV），用于向兩臺機(jī)組的公用負(fù)荷供電。

4.2廠用電核算

對廠用電進(jìn)行核算的重點，即在于對2臺高壓廠用工作變壓器和1臺高壓廠用起動/備用變壓器的容量進(jìn)行核算，并結(jié)合未來數(shù)年內(nèi)可預(yù)計的用電負(fù)荷變化，為廠用電系統(tǒng)的改造規(guī)劃提供正確的技術(shù)評判依據(jù)。

高壓廠用工作變壓器的容量宜按高壓電動機(jī)廠用計算負(fù)荷與低壓廠用電的計算負(fù)荷之和選擇。如公用負(fù)荷正常由高壓廠用起動/備用變壓器供電，則應(yīng)考慮起動/備用變壓器檢修時，由第一臺（組）高壓廠用工作變壓器接帶全部公用負(fù)荷，也可由第一臺（組）與第二臺（組）高壓廠用工作變壓器各接帶50%公用負(fù)荷。

高壓廠用備用變壓器或起動/備用變壓器的容量不應(yīng)小于最大一臺（組）高壓廠用工作變壓器的容量；當(dāng)起動/備用變壓器帶有公用負(fù)荷時，其容量還應(yīng)滿足最大一臺（組）高壓廠用工作變壓器備用要求。

對于單元制接線的發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)出口裝有斷路器或負(fù)荷開關(guān)時，高壓廠用備用變壓器的容量可為1臺高壓廠用變壓器的60%~100%。

最大運行方式下1#或2#6 kV目前總負(fù)荷：23160 kW（計算）、16832 kW（實際）；

引增合一實施后總負(fù)荷：26016 kW（計算）、20494 kW（實際）；

1C6kV總負(fù)荷：4395 kW（計算）、1255 kW（實際）；

2C6kV總負(fù)荷：4905 kW（計算）、1495 kW（實際）；

1C－2C6 kV聯(lián)絡(luò)運行總負(fù)荷：6705 kW（計算）、1685 kW（實際）。

5　結(jié)論

5.1計算結(jié)果

①機(jī)組正常運行時，廠用工作變的計算負(fù)荷為23 MVA，實際負(fù)荷為17 MVA；此時起動/備用變的計算負(fù)荷為9 MVA，實際負(fù)荷為2.7 MVA。

②當(dāng)1臺機(jī)組啟動時，起動/備用變的最大負(fù)荷出現(xiàn)在廠用電切換前，此時以二磨運行方式為準(zhǔn)，則計算負(fù)荷為23 MVA，實際負(fù)荷為12 MVA。

③當(dāng)考慮1C-2C 6 kV聯(lián)絡(luò)且由1臺機(jī)組工作變壓器供電的極端情況時，此時起動/備用變退出運行，工作變計算負(fù)荷為9.8 MVA，實際負(fù)荷為18.5 MVA。

④當(dāng)更換完引-增合一風(fēng)機(jī)后，機(jī)組正常運行時，廠用工作變的計算負(fù)荷為26 MVA，實際負(fù)荷約為20 MVA；此時起動/備用變的計算負(fù)荷為9 MVA，實際負(fù)荷為2.7 MVA。

⑤當(dāng)更換完引-增合一風(fēng)機(jī)后，當(dāng)1臺機(jī)組啟動時，起動/備用變的最大負(fù)荷出現(xiàn)在廠用電切換前，此時以二磨運行方式為準(zhǔn)，則計算負(fù)荷為26.6 MVA，實際負(fù)荷約為15.4 MVA。

⑥當(dāng)更換完引-增合一風(fēng)機(jī)后，考慮1C-2C 6 kV聯(lián)絡(luò)且由1臺機(jī)組工作變壓器供電的極端情況時，此時起動/備用變退出運行，工作變計算負(fù)荷為32.7 MVA，實際負(fù)荷為22.1 MVA。此時計算負(fù)荷已超過廠用電工作變額定容量。

5.2分析結(jié)果

由以上的計算，我們不難得出下列結(jié)論：

①在目前廠用電正常運行方式下，24/30 MVA的廠用工作變壓器和24/30 MVA的起動/備用變壓器在自冷模式下均可滿足正常使用。當(dāng)發(fā)生任1臺機(jī)組停役情況時，起動/備用變壓器仍可維持在自冷模式下滿足公用負(fù)荷及1臺機(jī)組啟動過程中的負(fù)荷需求。當(dāng)考慮起動/備用變壓器退出運行時，此時廠用工作變壓器在維持強有循環(huán)運行模式下可滿足正常使用。

②如未來廠用電系統(tǒng)進(jìn)行引-增合一改造，且采用2+1模式，即2臺新建引-增合一風(fēng)機(jī)替代原有4臺吸風(fēng)機(jī)，1臺新建引-增合一風(fēng)機(jī)替代原有1臺脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)，則24/30 MVA的廠用工作變壓器可在強油循環(huán)模式下滿足正常使用。當(dāng)發(fā)生任1臺機(jī)組停役情況時，起動/備用變壓器仍可維持在自冷模式下滿足公用負(fù)荷及1臺機(jī)組啟動過程中的負(fù)荷需求。當(dāng)考慮起動/備用變壓器退出運行時，此時現(xiàn)有的廠用工作變壓器無法滿足正常使用（32.7 MVA>30 MVA）。

③因此，如需進(jìn)行該項目的改造，應(yīng)考慮在原有公用廠用電系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)容改造，如：更換額定容量更大的起動/備用變壓器，或從外部系統(tǒng)引接電源至新增風(fēng)機(jī)，無論何種方案均將引起項目投資的變更。

④作為另一種解決方案，也可考慮在2臺發(fā)電機(jī)出口各加裝1臺出口斷路器。加裝出口斷路器后，可消除機(jī)組啟動過程中的廠用電切換步驟，同時可減小機(jī)組故障時的系統(tǒng)變動，便于日后的檢修、維護(hù)及試驗進(jìn)行，同時該變壓器的額定容量可調(diào)整為1臺高壓廠用變壓器的60%，即由30 MVA縮小到18 MVA。由于我廠1#、2#機(jī)組的起動/備用變壓器投運已經(jīng)超過30年，升級改造或整體置換已提上日程，

因此在權(quán)衡利弊的基礎(chǔ)上最終確定改造方案，將是非常具有現(xiàn)實意義的。

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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

作者簡介：徐吉吉（1980－），男，2003年畢業(yè)于上海交通大學(xué)電氣工程及自動化專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事火電廠技術(shù)管理工作。

收稿日期：2015－05－25

【中圖分類號】TM621.22

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)10-0001-03