百万容量火电机组厂用电率设计值与运行值的差异浅析

戴 悦，汪海霞，李淑芳

(中国电力工程顾问集团公司，北京 100120)

1 问题的提出

节能降耗是我国经济发展的国策，也是一项长远的战略方针。发电厂的厂用电率一直是备受各方关注的技术经济指标之一。1000MW机组是我国目前单机容量最大的火电机组，其运行指标受到各方格外的关注。由于近期投运的部分1000MW机组其运行厂用电率比设计厂用电率低较多，结合国内已运行的几个单机容量为1000MW机组的部分运行负荷和运行厂用电率，本文通过对运行资料的初步分析，对厂用电率设计值和运行值的差异进行说明。

2 设计厂用电率与实际运行厂用电率的对比

近期收集的几个单机容量为百万千瓦等级的电厂运行厂用电率值和设计值的对比见表1。

表1 设计厂用电率与实际运行厂用电率对比

(续)

由上述对比表可以看出，设计厂用电率比运行平均值高0.25～0.94个百分点，比机组满发值高0.73～1.86个百分点。

3 设计和运行厂用电率差异的初步分析

3.1 设计和运行厂用电率计算方法的分析

由于设计值与运行值存在着一定的差异，首先从计算方法上分析二者的差异。

3.1.1 设计厂用电率的计算方法

按电力行业标准《火力发电厂厂用电设计技术规定》(DL/T 5153－2002)的附录A(提示的附录)给出的“火力发电厂厂用电率的估算方法(近似计算)”，火力发电厂厂用电率的估算方法如下：

式中： e为厂用电率，%；Sc为厂用电计算负荷(kVA)；cosφav为电动机在运行功率时的平均功率因数，一般取0.8；Pe为发电机的额定功率(kW)。

其中对厂用电计算负荷Sc采用换算系数法计算，计算原则大部分与厂用变压器的负荷计算原则相同(详见附录A)。

换算系数法的算式为：

式中：Sc为计算负荷(kVA)；K为换算系数，可取表2中的数值；P为电动机的计算功率(kW)。

表2 换算系数

换算系数是从多个同类型电厂运行实践中统计分析而得到的经验数据，目前均采用此法进行火电厂厂用电的负荷统计和厂用电率的计算。

3.1.2 运行厂用电率的计算方法

运行厂用电率即电厂在运行中实测的厂用电的消耗量占同一时期对应机组全部发电量的百分数。电厂每天都对全厂的厂用电率进行统计，累计一段时间后，再算出全年的全厂厂用电率。按电力行业标准《火力发电厂技术经济指标计算方法》(DL/T 904－2004)，厂用电率分下列2种情况定义。

⑴ 纯凝汽电厂生产厂用电率

式中：Lcy为生产厂用电率，(%)；Wf为统计期内的发电量，(kW·h)；Wcy为统计期内的厂用电量，(kW·h)；Wh为统计期内的总耗用电量，(kW·h)；Wkc为统计期内按规定应扣除的电量，(kW·h)。

下列用电量不计入厂用电的计算：

①新设备或大修后设备的烘炉、煮炉、暖机、空载运行的电力的消耗量；

②设备在未移交生产前的带负荷试运行期间耗用的电量；

③计划大修以及基建、更改工程施工用的电量；

④发电机作调相运行时耗用的电量；

⑤厂外运输用自备机车、船舶等耗用的电量；

⑥输配电用的升、降压变压器(不包括厂用电变压器)、变波机、调相机等消耗的电量；

⑦修配车间、车库、副业、综合利用及非生产用(食堂、宿舍、幼儿园、学校、医院、服务公司和办公室等)的电量。

⑵ 综合厂用电率

综合厂用电率是指全厂发电量与上网电量的差值与全厂发电量的比值，即：

式中：Wwg为全厂的外购电量，(kW·h)；Wgk为全厂的关口电量，(kW·h)。

电厂提供的厂用电率为生产厂用电率。

3.1.3 计算方法的差异

通过比较上述两种计算方法可以看出：设计是按照满发的工况模拟全年情况进行计算；运行厂用电率是根据机组实际发电和自用电情况，取一定时期内的实测数据统计得出，实际运行时机组的出力和用电量是变化的，机组出力减小厂用电率上升、机组满发时厂用电率应最小。

3.2 设计和运行厂用电率差异的原因分析

按照设计与运行厂用电率计算方法的定义，考虑到设计值是按照机组额定功率为分母，运行值是以不同的负荷为分母，设计值应小于运行值才合理，然而统计的结果并非如此。下面就对引起二者不同的因素进行初步分析。

⑴ 主要辅机换算系数(K值)导致设计和运行存在差异

3个工程中机组100%出力时电动机实际运行功率与额定功率的对比，及电动机的负荷率和K值的对比见表3。

表3 电动机实际运行功率与额定功率对比

(续)

由表3可以看出，设计计算中换算系数的值基本都大于实际运行时的最大负荷率，尤其是锅炉三大风机差距更大，最低的负荷率为0.28，仅为相应K值的33%。由于上述辅机容量较大，其占厂用负荷的比例高，换算系数值的差距，使设计厂用电率大于运行值。

《火力发电厂厂用电设计技术规定》中的换算系数(K值)是考虑了电动机效率、功率因数、负荷因子和同时率等综合因素的经验值，K值的选取来自于大量的工程实践经验。在80年代末期，东北院曾对K值的选择进行了复核，当时调研主要针对300MW及以下机组。通过东北院的调研认为K值的选取是合适的。随着大容量机组的不断增加，设计系统未对K值进行复核，建议随着大容量机组的不断投运，应对K值进行必要的复核，使K值的选取更加接近实际辅机负荷率。

⑵ 电动机额定功率和实际运行功率存在差异。表4以外高桥三期工程的三大风机为例，列出三大风机各种工况下轴功率的设计值与电动机运行功率的对比值。

表4 外高桥三期工程三大风机轴功率设计值和电动机功率对比 单位：kW

通过表4可以看出，三大风机电动机容量均按照对应TB工况下轴功率进行选择，而实际运行中不可能在TB工况下运行，三大风机在BRL工况下的轴功率只有TB工况下的轴功率的0.42、0.51、0.58、0.56，因此，额定运行工况下电动机运行功率远小于其额定功率。

而且通过表3和表4都可以看出，当机组100%出力时电动机的实际运行值与电动机额定值之间也存在一定的差距，尤其是锅炉三大风机，100%出力时的实际运行值约只占其电动机额定值的一半。

在厂用电率设计计算时即使按照85%的负荷率计算，也超出运行的实际值，使设计厂用电率大于运行值。

当然因电动机容量的选择涉及到很多因素，有些需考虑机组全寿命期的出力和不同煤质等因素的影响，本次调查的电厂投运时间都不长，也许未能全面反映全寿命期的出力。

⑶ 运行中的节能优化

目前各电厂均非常重视运行中的节能优化，如外高桥三期工程优化了烟风系统设计，为增压风机设置了旁路烟道，使得机组在低负荷的时候，可采取停用增压风机而不停脱硫吸收塔的运行方式,可大大节约机组低负荷时的厂用电，合计全厂全年可节约厂用电235.4万度；对回转式空预器采用全向柔性密封技术改造，漏风率降低约2%，厂用电率下降了约0.5%；在脱硫吸收塔进口设置低温省煤器，利用烟气余热降低热力系统的煤耗量，其节约的煤耗量基本等于脱硫系统增加的发电煤耗，因此补偿了脱硫系统的厂用电损失，实现了“零能耗脱硫”；北仑三期工程和玉环电厂在凝结水泵上采用了高压变频装置，起到了节省厂用电、降低运行厂用电率的作用。

以上在运行中的节能优化降低的都只是运行中实际的厂用电率，均未影响到设计厂用电率，因而造成运行值与设计值出入较大。

4 结论和建议

4.1 结论

从以上对设计和运行厂用电率的差异分析可以看出，设计值偏离运行值的原因在于：

⑴ 设计计算中换算系数K的值基本都大于实际运行时的最大负荷率，尤其是锅炉三大风机差距更大。由于上述辅机容量较大，其占厂用负荷的比例高，换算系数值的差距，使设计厂用电率大于运行值。

⑵ 机组100%出力时电动机的实际运行值与设计选择的电动机额定值之间也存在一定的差距，尤其是锅炉三大风机，100%出力时的实际运行值约只占其电动机额定值的一半。设计计算时即使按照85%的负荷率计算，也超出运行的实际值，使设计厂用电率大于运行值。

⑶ 运行中的节能优化降低了运行厂用电率，而设计厂用电率未考虑此影响，使设计厂用电率大于运行值。

4.2 建议

为避免设计厂用电率与运行厂用电率的差距过大，建议：

⑴ 工艺专业电动机容量的选择应更贴近设备的实际出力，避免大马拉小车，尽量使工艺设备达到高效运行；

⑵ 对换算系数K的取值进一步修正，以更接近实际情况。