火力发电厂电气节能设计方法研究

蒋汉宏

【摘 要】目前，包括中国在内的世界各国纷纷把保护环境与节约能源利用紧密结合在一起，这也是能源危机和环境恶化在世界范围内爆发的必然要求。火力发电厂是耗能量相当惊人的行业，因此必须从整体用电率降低的角度着手，同时全面实施有关节能降耗的措施，以实现火力发电厂电气节能。本文从变电过程的变压器损耗、输电过程的铁磁性损耗和线路损耗两个方面浅析火力发电厂电气节能的设计方法。

【关键词】火力发电厂 电气节能 设计方法 变压器损耗

【中图分类号】TM621【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0436-01

一、控制变电过程的变压器损耗

变压器损耗通常包括负载损耗和空载损耗，其中空载损耗由变压器内部的结构和变压器铁心的材料决定；负载损耗由导体的截面和线圈的材料决定。基于此，本章节主要从节能型变压器、变压器运行方式两个方面浅谈变电过程变压器损耗的控制。

（一）节能型变压器

变压器结构的优化升级和材料技术的发展实现了节能型变压器更新周期越来越短。现阶段，“10”型节能变压器已被大量推向市场，而“11”型节能变压器会陆续推向市场，此时技术节能技术的“9”型变压器已经不能满足现今社会对节能环保的要求。表一对比列出了“7、9、10”型10kV级配电变压器的损耗情况。

由表一可知，节能型系列的变压器皆具有相当理想的节能效果，其中节能效果最佳的节能变压器属“10”型变压器。

（二）变压器运行方式

研究证实，空载运行变压器的数量是导致变电过程变压器损耗的重要因素。众所周知，火力发电厂通常皆会设置容量较大的高压启动备用变压器，即电气启动电源和高压厂备用变压器，其容量和空载损耗皆非常大，堪比最大的高压常用变压器。一般而言，2*300MW电厂启动/备用变压器的容量和空载损耗分别为40MW、46kW，现以全年空载运行8000h折算出其耗电量约370 000千瓦时。若把启动/备用变压器换作“冷备用”变压器，即备用状态的变压器不带电，因此节省的电能和经费是惊人的（备注：“冷备用”变压器的使用必须综合考虑业主对变压器运行方式的意见和大区电网的规定）。启动/备用变压器的“冷备用”运行方式通常要求启动/备用变压器正常不带公用负荷，此时公用负荷可被合理分配到1号、2号机组高压常用变压器或直接设计成1号机组高压常用变压器全带。

然而，厂用电的可靠性必须符合规程规范的有关要求，基于此，低压厂用电接线方式最好设计为暗备用动力中心方式。就基于暗备用动力中心接线方式的变压器而言，互为备用的两台变压器在运行中分别带有一半的负荷，此时单台变压器的负载损耗约为原全部负荷的25%，由此体现出非常理想的节能效果，但其经济性却并不明显。基于此，暗备用动力中心方式能从火力发电厂变电站长期运行方面体现出其独特的优势。

二、输电过程的铁磁性损耗的线路损耗

（一）载流导体载面的选择

导体的合理选择直接关乎到输电过程的线路损耗，而选择导体必须综合考虑配电装置的汇流母线、回路（特点：较大的全年负荷利用小时数、较长的母线、较大的传输容量），其中配电装置的汇流母线和回路皆应根据经济电流密度选择导体载面。研究证实，此导体载面选择方式具有线路损耗低、投资化优等优点。

（二）选用封闭母线

发电机引出线载流导体的选择标准为经济电流密度，其次应基于安装和布置的可操作性选用离相封闭母线，由此实现主厂房内部母线布置紧凑、导体长度被有效控制、输电线损被最大化减少。此外，封闭母线具有良好的屏蔽效果，进而实现了输电路径铁磁性损耗的最大化降低，同时可减少线路维护的工作量、提高线路运行的可靠度。传统设计方法主张≥200MW机组的发电机出线皆选用离相封闭母线，但随着技术的发展，离相封闭母线已经覆盖了≥60（50）MW机组。离相封闭母线的应用彻底裸母线的局限性，同时取得了非常理想的节能降耗效果。

（三）控制输电过程的铁磁性损耗

钢材料经交变磁场必然会产生磁滞损耗和涡流损耗，即铁磁性损耗。其中过大的铁磁性损耗会引起钢材料局部异常热，进而对设备安全、人身安全、结构安全、电能损耗造成负面影响，而铁磁性损耗的主要成因有屏蔽效果差、钢材料使用过量、闭合回路的形成、载流导体与钢材料的空间关系不合理等。基于此，本文结合输电过程铁磁性损耗的成因，从如下方面剖析铁磁性损耗的控制措施。

1.导体金具的型号应适当做升级处理，如选用非导磁性材质的金具，以此实现铁磁性损耗和温升的降低，同时实现金具使用年限的延长。

2.电抗器四周钢结构空间范围的布设应以制造成所提供的空间尺寸为基础，尽可能把电抗器四周钢材料的用量控制到最低，同时尽可能延长一定范围内电抗器与钢结构的距离。

3.就某些大电流敞露导体和电抗器周围等强交变磁场，闭合磁路不宜选用单相导体支持夹板和单相导体支持钢构等零件。母线与钢构的距离应适当延长，其中横越钢构中心与母线中心的绝对距离应≥母线电流的7/ 10倍（距离单位：mm、电流单位：A）。母线与钢构的相对位置应合理选择，即导体与钢构应尽可能呈相互垂直关系，以免产生环流或感应电势。母线与较长钢结构间不得相互平行。

4.就大体积钢筋砼的钢结构而言，必须把钢结构切割为不连续的小尺寸或对纵横钢筋交叉点实施绝缘包扎，以此控制环流的产生。火力发电厂电气节能设计通常要求规避大电流母线周围钢构件出现一相或两相闭合回路，其中绝缘板隔离磁路或黄铜焊缝隔离磁路等方式可降低闭合回路的负面影响。

5.把非导磁材质的低电阻率屏蔽板安装到钢构与大电流敞开式母线间的适当位置，以此有效控制钢构的铁磁性损耗。其次，把非导磁率材质的低电阻率屏蔽环安装到大电流敞开式母线支持钢结构的适当位置，以此控制钢构的铁磁性损耗。

三、讨论

能源危机的急剧加重和生态环境的极具恶化已经威胁到了整个人类的生存和发展，由此全球各国纷纷参与到节能的行列内，其中也包括中国。我国是世界上火力发电最大的国家，而火力发电的环保性非常差，即火力发电的耗能量大且对环境的污染程度重，则优化火力发电厂电气节能设计具有现实意义。一般而言，火力发电厂电气节能设计皆应考虑变电过程的变压器损耗、输电过程的铁磁损耗和线路损耗、电力拖动过程的损耗、照明损耗等，而本文主要从变电过程的变压器损耗、输电过程的铁磁损耗和线路损耗两个方面展开讨论。

研究证实，较为有效的变电过程变压器损耗控制措施主要包括：使用节能型变压器，其中目前以“10”型变压器的节能效果最佳；优化变压器的运行方式，即采用“冷备用”运行方式和暗备用动力中心接线方式。输电过程线路损耗的控制措施主要包括：载流导体载面的选择以经济电流密度为标准和选用封闭母线。输电过程铁磁性损耗的控制措施主要从增加屏蔽、减少交变磁场内的钢材用量、改善载流导体与钢材料的空间关系等角度进行考虑。

总体而言，火力发电厂电气节能是大势所趋，是人类社会生存和发展的必要要求，则提高火力发电厂电气节能设计方法的先进性和科学性意义重大。

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