电厂超低排放电气设备的升级与改造

伍建成

（永清环保股份有限公司，长沙 410329）

电能关系到广大人民的生计和社会运转，是现代社会使用最多、最广泛的能源。分布在全国各地的发电厂是电能供应的主要途径，相比水能、风能、太阳能发电，火力发电凭借高效稳定的发电性能而被广泛使用，但其生产相同的电力所消耗的能源和排放的污染都高于水能、风能、太阳能发电。当下，全国各地都在努力控制废气排放，电厂作为高消耗、高排放的生产单位，成为整改的重点对象。在大型火力发电厂运行的过程中，主要影响耗能和排放的是电气设备，如果能升级和改造电厂的电气设备，达到节能和高效利用能源的目的，那就能通过节能做到减排，从而降低大气环境污染，从根源上解决污染物排放的问题。

1 电气设备节能减耗分析

1.1 降低电气设备的基础耗能

在产电过程中，火电厂自用电占发电量的百分比被称为厂用电率。厂用电率通常被用来判定电厂的用电消耗水平，各电气设备的用电量占厂用电的80%左右，主要的耗电设备是风机和泵类，分为8种：送风机、引风机、一次风机、排粉风机、锅炉给水泵、循环水泵、灰浆泵、凝结水泵，这些设备具有巨大的节能潜力。当火电厂机组的工作存在峰时，机组在不同时间段的负载是不同的，这时应当通过改变输出功率来调节风机和水泵的流量。目前，许多电厂采用的是节流阀调节方式改变流量，使许多电机在大部分时间处于轻载甚至是空载的状态，直接造成大量的能源流失。

如果能在风机和泵类负载调节上使用调速驱动，就能达到非常可观的节能效果，电厂从这些用电率高的电气设备着手改造，可使电厂保持最佳的运行状态，最大限度地提升供电效率，从而减少能源浪费，降低污染物排放。

1.2 提升电气设备产能效率

在电厂超低排放电气设备的升级和改造中，要尽可能地降低能耗和成本，而节能设备产能效率的提升，主要通过更换老旧的变压器来实现。变压器主要以导磁磁路系统完成电能的传输和变压，变压器内导磁材料的性能直接影响变压传输电能过程中的损耗率。目前，变压器内配变铁芯所使用的材料大多是硅钢片，其属于晶态材料。随着近年非晶态材料的使用技术日渐成熟，加之非晶合金铁芯配变在降低配变损耗上具有明显的效果，其在我国逐步扩大使用范围。

2 电气设备升级改造措施

2.1 降低电气设备基础耗能的措施

2.1.1 厂用电动机的选择

电机的选择主要是根据拖动的设备和使用对象来决定。根据厂用电气设备功率和特性，人们应选择异步电动机，因其具备价格低廉、过载能力强、便于维护和修理等特点。在安装方面，根据实际要求，电厂可以选择开启式、防护式和封闭式等。

2.1.2 选择电动机的运行方式

电厂电动机根据锅炉的运行方式应当选择给水泵的运行方式，根据汽轮机的运行方式则要选择循环泵的运行方式。当电厂各电气设备处于低负荷状态时，应当采用单侧运行方式，这样可以大幅降低电机的耗能。

2.1.3 选择电动机的容量

电机要拖动电厂的大型电气设备，其应当在电压选择上与电气设备系统的电压保持一致，电机的转速应当在各电气设备转速的可调节范围内，使二者可以通过变速传动机构将转速协调一致。

2.1.4 技术改造

在对电气设备进行节能改造时，人们可以使用两种方法。对于无法操作和控制的设备，可以通过加装轻载节电器，使其在长时间的轻载或空载的状态下能够降低电动机的机端电压，达到减耗的目的；针对轻重载交替的电机，应当采取Y-△装置自动切换定子绕组的接线方式，轻载采用Y接线，重载使用△接线，在不同的状态下都有适合的电压，没有电力的浪费。对于轻重载交替快速的，可以使用交流调速技术来节省能源，虽然在技术方面需要花费一定的资金，但从长远考虑能够节省一定资金。

2.2 10kV配电变压器改造

将10kV配电变压器（SC-1500/10型干式配电变压器），联结组标号为Yyn0，改造为SCBH15-630/10.5非晶合金干式配电变压器，联结组标号为Dyn11。本文以此为例进行分析。

2.2.1 DYn11和Yyn0接线方式优缺点

DYn11接线方式能够让零序电流和三次谐波电流在变压器的各个铁芯柱上的磁势和为零，低压中性不漂移，输出电压稳定性好。在三相负载运行时，当高压侧出现熔断等断路问题时其他两相位的负载可以继续运作，同时在低压开关上加装欠压保护装置，可以维持电路正常运作。在三相负载之一断路时，Yyn0接线方式可以使供电范围减少至2/3，低压侧为单相供电的负载不会受到影响，而低压侧是三相供电的负载要加装缺相保护才不会被烧毁。

10kV配电变压器改造前使用Yyn0接线方式，改造后采用Dyn11接线方式，这样做的目的是防止负荷侧产生的谐波流入电网而扰乱电能质量。

2.2.2 改造后的配电变压器优点

相对于硅钢配电变压器，非晶合金铁芯配电变压器的耗能低出许多，虽然其造价要高，但从节能环保和长期的经济效益来看，人们还是应当选择非晶合金铁芯配电变压器。非晶合金变压器的铁芯采用矩形截面，其绕柱线圈在矩形柱上没有螺旋角，使得铁芯两端磁漏少，减少电路短路的状况，使电路运行更加稳定。高压绕组线圈利用铜制导线绕成层式结构，增加纵向电容，过载能力强，可以有效抗雷击。2.2.3 存在的问题和应对策略

当前，非晶合金变压器的应用仍然存在问题。首先，我国非晶合金铁芯材料主要依靠进口，这就增加了非晶合金变压器应用的成本。为了收回成本，稳定电厂的经济状况，有必要对非晶合金变压器进行寿命管理，增加一定的维护成本，保证设备的使用寿命在15年以上。其次，非晶合金变压器在使用中存在噪音大的问题，这主要是非晶合金材料本身的高敏感度、抗震性差导致的，噪声在50～66dB。因此，在安装非晶合金变压器时，人们应当增加变压器器身的硬度，铁芯制造时采取搭接处理进行消震，必要时搭建配电室或远离民居。

3 结语

通过对电厂的电动机及变压器的升级与改造，电厂的产电效能得到提升，能源消耗有了显著的降低，超低排放的目标得以实现。在电动机的改造升级方面，考虑电动机拖动设备的各项指标，结合电厂的峰时工作原理，笔者提出了部分存在低载和空载的设备如何实现节能的措施。在变压器的改造上，电厂可以使用节能的非晶合金铁芯变压器，其具有空载损耗低、运行成本低的优点，提升了电厂供电的效能，值得在全国范围内大力推广。

为了实现烟气的超低排放，电厂要将当下先进的控制技术、新材料技术综合应用到电气设备的各个方面，通过不断提升技术要求，改进排放方案，在兼顾烟气超低排放的同时选择经济、有效、可靠的方案，从而实现改造方案的商业应用价值。目前，大部分限制电厂污染物排放技术日趋成熟，虽然改造成本会有所增加，但其改善环境带来的价值是不可估量的，这些技术未来将被广泛应用，改造成本也会逐渐下降。

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