小型电厂电气节能设计的探讨

丁宇康

摘要：文章从优化设计方案、合理使用新技术、应用节能型设备及优化设备安装等几个方面，对小型电厂的电气节能设计进行了探讨。

关键词：小型电厂；新技术；节能设计

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0116-02

1 概述

随着我国经济的飞速发展，各种工业企业规模日益增大，对能源的消耗也越来越大，能源的供需矛盾已日渐突出。在这种形势下，可持续发展和绿色经济概念不可避免成为主流，以往粗放式的、以高能耗换高产能的发展方式将不复存在。作为现代能源的主导，电力行业转变观念，加大节能投入，加快开发及应用各种节能技术是对国家节能减排政策的积极响应。

小型电厂一般单机容量在125MW以下，从近些年的电厂建设来看，此类电厂往往出现在钢铁企业内部，作为企业的自备电厂为企业本身提供电能。电厂燃料也以钢厂本身的富余煤气为主，是企业重要的节能减排手段。从能源消耗的比重来看，电厂工艺专业能耗占明显主导地位，一般情况下，节能也从这方面入手。在电厂设计时，充分利用钢厂这一特殊内部环境，尽量考虑节约燃料、提高锅炉燃烧利用效率，提高热力循环效率、降低传输热量损耗等等都是很好的节能手段。

随着此类电厂设计理念的进一步完善，加之受设备材料制造水平的制约，在工艺方面继续挖掘节能的潜力已经不大。此时，在以往节能设计中往往不被重视的电气专业恰恰可以作为节能设计新的突破口。随着新材料、新技术的更新，电气的节能设计大有潜力可挖，节能效果也十分明显。

2 电气节能设计

2.1 优化设计方案

从电厂电气能源的损耗来看，大电流在传输的过程中线路的损耗无疑占据着相当的比重。因此，在进行电厂节能设计时，可以从以下三个方面进行考虑：

2.1.1 优化线路路径，合理选择导体类型，缩短大电流的传输距离。在电厂内部，最大的线路电流一般出现在发电机出口至电厂升压变之间。因此在设计时，尽量缩短发电机出口与升压变之间的电气距离，缩短导体长度无疑可以大大降低输电损耗。同时，在布置和安装可能的基础上，应优先使用绝缘铜管母线或离相封闭母线。尤其是近些年来，随着绝缘铜管母线的制造工艺进一步的成熟，其屏蔽效果有了很大提高，温升也进一步降低。相比同类常规共箱母线，温升降低60%左右，节约电能45%左右，具有很好的节能效果。另外在运行可靠性方面，减少维护工作量和美观程度上也有很大提升，安装难度也进一步降低。因此，绝缘铜管母线目前在此类小型电厂的应用也越来越广泛，深受运行单位和安装单位的欢迎。

2.1.2 调整变压器的运行方式，降低空载损耗。变压器在空载运行的同时伴随着空载损耗，变压器容量越大，空载损耗也越大。因此，充分利用变压器的容量，减少空载变压器数量也能大大节约能耗。一般在电厂内设专用备用变压器时，备用变压器容量与最大的一台工作变压器相同。明备用空载运行时，按年运行8000h计算，空载损耗巨大。如果在充分考虑用电可靠性情况下，将明备用改为暗备用，或者在备用电源距离不远的情况下取消备用变压器，改为由线路进行备用都将大大降低能耗。同时，在保证用电可靠性情况下，低压厂用电接线尽量采用暗备用动力中心接线方式。正常运行时，两台互为备用的变压器各带一半低压厂用负荷运行，每台变压器的负载损耗也将降低为满负荷时的1/4，节能效果也很明显。另外，在电厂分期建设时，在经济条件合理情况下，尽量采用发变组的主接线形式，充分利用主变容量，使变压器长期运行在额定容量左右，也能相应减小变压器的负载损耗。

2.1.3 提高系统功率因数。电厂内部的用电设备，如风机、水泵等等，绝大部分是感性负载，在运行时要消耗大量无功。无功在线路传输时，会在传输线路上产生有功损耗。因此，适当在系统中运用无功补偿设备，提高功率因数，对系统消耗的无功进行就地补偿，可以大大降低电厂的无功损耗，进而减小线路的有功损耗，达到节能的目的。

2.2 合理使用新技术

近些年来，随着国家对节能环保的重视，大批的新技术及新材料也广泛地应用到各个企业和工厂中来，对于小型电厂，在新技术的合理利用方面有以下两点值得考虑：

2.2.1 变频节能技术。在电厂内部，大部分的风机水泵都是按额定功率运行。在对风机水泵的电机进行设备选型时，考虑到裕量和电动机型号的不匹配，电机功率选择一般都偏大，冗余量也很大。在对设备进行调节控制时，如调节水量、风量时，往往利用调节阀门开度、风门开度、挡板或启停电机来控制，无法对控制闭环，也很少考虑省电节能。风机水泵在实际运行中，大部分时间也并非工作于满负荷状态。

采用变频器直接控制风机、水泵类负载是最科学的控制方法。利用变频器的闭环控制技术，直接调节电动机转速，使其保持恒定的水压、风压，从而满足系统要求的压力。在电机达到额定转速的80%运行时，其消耗的功率理论上为额定功率的（80%）3，即51.2%；即使电机转速达到额定转速的90%，其消耗的功率理论上也仅为额定功率的72.9%。由此可见，变频器的投入使用对于节能的效果是十分明显的。同时，由于变频器可实现大功率的电动机的软停、软启，避免了电机启动时的大电流冲击，减小了电动机的故障率，同时也降低了对电网的容量要求。

2.2.2 高速开关的投入使用。在小型发电机组投入电网运行时，往往其接入的原有系统短路容量已接近饱和，加入新的发电机后，如果不采取相应措施，系统的短路电流将超过原有系统的高压断路器额定短路电流分断能力，这是不允许的。为了限制短路故障情况下发电机对系统带来的短路电流，通常在出线处安装限流电抗器以减小短路电流。此时，电抗器带来的无功及有功损耗也不容忽视。

大容量高速限流开关装置的投入使用能有效地弥补这一缺点，从而降低能耗。在短路故障发生时，高速开关能以3～6m/s的速度切断短路电流，即在短路电流的第一个周波到达波峰之前就将发电机隔离到系统以外，从而大大减小短路电流对于系统的冲击，避免系统受到损坏。在实际使用中，高度开关往往与限流电抗器并联使用，正常运行时，电抗器被短路，不产生任何损耗，故障情况下，高速开关断开，电抗器投入，保证发电机组的正常运行。目前，这种运行方式也被越来越多的运行单位接受和使用。

2.3 应用节能型电气设备

2.3.1 使用节能型变压器、电抗器。变压器的空载损耗主要取决于变压器的内部结构及变压器铁芯的材质。由于变压器厂家对变压器结构的不断改进，以及材料的快速更新和技术的进步，新开发的高设计序号节能型变压器比低设计序号的节能型变压器的空载损耗低。如10kV级的SF11系列比SF9系列干式变压器空载损耗平均下降30%，年运行成本下降11.68%。

同时，在经济条件合理的情况下，使用铜芯变压器、电抗器也能大大降低变压器及电抗器的阻抗，从而降低负载运行时的有功损耗，获得较好的节能效果。

2.3.2 节能灯具的使用。随着技术的不断发展和国家相关节能政策的推动，节能型灯具也已得到大力发展。在很多应用场合，比起传统的照明灯具，相同功耗下的节能灯具在照度和光通量上有着明显的优势。因此，大范围应用节能灯具能大大减少灯具数量及照明功耗，有着显著的节能效果。如今，节能灯具寿命已经逐步提高，价格也在不断下降，其应用前景广泛。

2.4 优化电力设备安装

在交变磁场的作用下，导磁材料，如铁、钢等都会产生涡流损耗和磁滞损耗，统称为铁磁性损耗。如果铁磁损耗过大，会造成材料的局部过热，威胁设备安全或结构安全，同时造成大量的电能损失。要减少铁磁损耗，可以从以下两个方面入手：

2.4.1 尽量使用符合安装要求的非导磁性材料或使用设计更为先进的金具来进行安装，这样既降低了损耗，也延长了金具的使用寿命。

2.4.2 在有强交变磁场的空间内，如电抗器或流通大电流的导体（如封闭母线、绝缘铜管母线等）的空间内，不应使钢结构形成闭合磁路。增加采用非导磁材料制作的屏蔽板，合理加大钢构与导体的距离，在闭合的磁路上采用非导磁材料进行磁路分割等等，都可以明显降低钢构的温升，从而降低电能损耗。

3 结语

综上所述，优化电厂的电气设计方案，合理使用新的技术，大力应用节能型电力产品设备，优化电力设备的安装等等，都是电气节能的有效手段。在遵循以节能降耗为核心的设计原则，既满足电厂安全运行要求，又充分运用各种手段进行节能优化的情况，电厂电气部分的节能潜力巨大。同时值得注意的是，在应用新技术、新设备时，应对其使用原理、应用范围、节能效果进行充分的了解，在技术和经济上进行比较后，再合理选择和应用，以达到有效节能的目的。

参考文献

[1]小型火力发电厂设计规范（GB50049-2011）[S].

[2]林映坤.热电厂电气节能设计[J].企业科技与发展，2009，（16）.

[3]徐民.变频器在泵类负载中的节能应用[J].科技咨询，2012，（18）.

（责任编辑：吴 涛）