蔣漢宏

【摘 要】目前，包括中國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)紛紛把保護(hù)環(huán)境與節(jié)約能源利用緊密結(jié)合在一起，這也是能源危機(jī)和環(huán)境惡化在世界范圍內(nèi)爆發(fā)的必然要求。火力發(fā)電廠是耗能量相當(dāng)驚人的行業(yè)，因此必須從整體用電率降低的角度著手，同時(shí)全面實(shí)施有關(guān)節(jié)能降耗的措施，以實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電廠電氣節(jié)能。本文從變電過(guò)程的變壓器損耗、輸電過(guò)程的鐵磁性損耗和線路損耗兩個(gè)方面淺析火力發(fā)電廠電氣節(jié)能的設(shè)計(jì)方法。

【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電廠 電氣節(jié)能 設(shè)計(jì)方法 變壓器損耗

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM621【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0436-01

一、控制變電過(guò)程的變壓器損耗

變壓器損耗通常包括負(fù)載損耗和空載損耗，其中空載損耗由變壓器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和變壓器鐵心的材料決定；負(fù)載損耗由導(dǎo)體的截面和線圈的材料決定?；诖?，本章節(jié)主要從節(jié)能型變壓器、變壓器運(yùn)行方式兩個(gè)方面淺談變電過(guò)程變壓器損耗的控制。

（一）節(jié)能型變壓器

變壓器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)和材料技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了節(jié)能型變壓器更新周期越來(lái)越短?，F(xiàn)階段，“10”型節(jié)能變壓器已被大量推向市場(chǎng)，而“11”型節(jié)能變壓器會(huì)陸續(xù)推向市場(chǎng)，此時(shí)技術(shù)節(jié)能技術(shù)的“9”型變壓器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)今社會(huì)對(duì)節(jié)能環(huán)保的要求。表一對(duì)比列出了“7、9、10”型10kV級(jí)配電變壓器的損耗情況。

由表一可知，節(jié)能型系列的變壓器皆具有相當(dāng)理想的節(jié)能效果，其中節(jié)能效果最佳的節(jié)能變壓器屬“10”型變壓器。

（二）變壓器運(yùn)行方式

研究證實(shí)，空載運(yùn)行變壓器的數(shù)量是導(dǎo)致變電過(guò)程變壓器損耗的重要因素。眾所周知，火力發(fā)電廠通常皆會(huì)設(shè)置容量較大的高壓?jiǎn)?dòng)備用變壓器，即電氣啟動(dòng)電源和高壓廠備用變壓器，其容量和空載損耗皆非常大，堪比最大的高壓常用變壓器。一般而言，2*300MW電廠啟動(dòng)/備用變壓器的容量和空載損耗分別為40MW、46kW，現(xiàn)以全年空載運(yùn)行8000h折算出其耗電量約370 000千瓦時(shí)。若把啟動(dòng)/備用變壓器換作“冷備用”變壓器，即備用狀態(tài)的變壓器不帶電，因此節(jié)省的電能和經(jīng)費(fèi)是驚人的（備注：“冷備用”變壓器的使用必須綜合考慮業(yè)主對(duì)變壓器運(yùn)行方式的意見(jiàn)和大區(qū)電網(wǎng)的規(guī)定）。啟動(dòng)/備用變壓器的“冷備用”運(yùn)行方式通常要求啟動(dòng)/備用變壓器正常不帶公用負(fù)荷，此時(shí)公用負(fù)荷可被合理分配到1號(hào)、2號(hào)機(jī)組高壓常用變壓器或直接設(shè)計(jì)成1號(hào)機(jī)組高壓常用變壓器全帶。

然而，廠用電的可靠性必須符合規(guī)程規(guī)范的有關(guān)要求，基于此，低壓廠用電接線方式最好設(shè)計(jì)為暗備用動(dòng)力中心方式。就基于暗備用動(dòng)力中心接線方式的變壓器而言，互為備用的兩臺(tái)變壓器在運(yùn)行中分別帶有一半的負(fù)荷，此時(shí)單臺(tái)變壓器的負(fù)載損耗約為原全部負(fù)荷的25%，由此體現(xiàn)出非常理想的節(jié)能效果，但其經(jīng)濟(jì)性卻并不明顯?；诖?，暗備用動(dòng)力中心方式能從火力發(fā)電廠變電站長(zhǎng)期運(yùn)行方面體現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

二、輸電過(guò)程的鐵磁性損耗的線路損耗

（一）載流導(dǎo)體載面的選擇

導(dǎo)體的合理選擇直接關(guān)乎到輸電過(guò)程的線路損耗，而選擇導(dǎo)體必須綜合考慮配電裝置的匯流母線、回路（特點(diǎn)：較大的全年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)、較長(zhǎng)的母線、較大的傳輸容量），其中配電裝置的匯流母線和回路皆應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)體載面。研究證實(shí)，此導(dǎo)體載面選擇方式具有線路損耗低、投資化優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)。

（二）選用封閉母線

發(fā)電機(jī)引出線載流導(dǎo)體的選擇標(biāo)準(zhǔn)為經(jīng)濟(jì)電流密度，其次應(yīng)基于安裝和布置的可操作性選用離相封閉母線，由此實(shí)現(xiàn)主廠房?jī)?nèi)部母線布置緊湊、導(dǎo)體長(zhǎng)度被有效控制、輸電線損被最大化減少。此外，封閉母線具有良好的屏蔽效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了輸電路徑鐵磁性損耗的最大化降低，同時(shí)可減少線路維護(hù)的工作量、提高線路運(yùn)行的可靠度。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主張≥200MW機(jī)組的發(fā)電機(jī)出線皆選用離相封閉母線，但隨著技術(shù)的發(fā)展，離相封閉母線已經(jīng)覆蓋了≥60（50）MW機(jī)組。離相封閉母線的應(yīng)用徹底裸母線的局限性，同時(shí)取得了非常理想的節(jié)能降耗效果。

（三）控制輸電過(guò)程的鐵磁性損耗

鋼材料經(jīng)交變磁場(chǎng)必然會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，即鐵磁性損耗。其中過(guò)大的鐵磁性損耗會(huì)引起鋼材料局部異常熱，進(jìn)而對(duì)設(shè)備安全、人身安全、結(jié)構(gòu)安全、電能損耗造成負(fù)面影響，而鐵磁性損耗的主要成因有屏蔽效果差、鋼材料使用過(guò)量、閉合回路的形成、載流導(dǎo)體與鋼材料的空間關(guān)系不合理等?；诖?，本文結(jié)合輸電過(guò)程鐵磁性損耗的成因，從如下方面剖析鐵磁性損耗的控制措施。

1.導(dǎo)體金具的型號(hào)應(yīng)適當(dāng)做升級(jí)處理，如選用非導(dǎo)磁性材質(zhì)的金具，以此實(shí)現(xiàn)鐵磁性損耗和溫升的降低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)金具使用年限的延長(zhǎng)。

2.電抗器四周鋼結(jié)構(gòu)空間范圍的布設(shè)應(yīng)以制造成所提供的空間尺寸為基礎(chǔ)，盡可能把電抗器四周鋼材料的用量控制到最低，同時(shí)盡可能延長(zhǎng)一定范圍內(nèi)電抗器與鋼結(jié)構(gòu)的距離。

3.就某些大電流敞露導(dǎo)體和電抗器周?chē)葟?qiáng)交變磁場(chǎng)，閉合磁路不宜選用單相導(dǎo)體支持夾板和單相導(dǎo)體支持鋼構(gòu)等零件。母線與鋼構(gòu)的距離應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，其中橫越鋼構(gòu)中心與母線中心的絕對(duì)距離應(yīng)≥母線電流的7/ 10倍（距離單位：mm、電流單位：A）。母線與鋼構(gòu)的相對(duì)位置應(yīng)合理選擇，即導(dǎo)體與鋼構(gòu)應(yīng)盡可能呈相互垂直關(guān)系，以免產(chǎn)生環(huán)流或感應(yīng)電勢(shì)。母線與較長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)間不得相互平行。

4.就大體積鋼筋砼的鋼結(jié)構(gòu)而言，必須把鋼結(jié)構(gòu)切割為不連續(xù)的小尺寸或?qū)v橫鋼筋交叉點(diǎn)實(shí)施絕緣包扎，以此控制環(huán)流的產(chǎn)生。火力發(fā)電廠電氣節(jié)能設(shè)計(jì)通常要求規(guī)避大電流母線周?chē)摌?gòu)件出現(xiàn)一相或兩相閉合回路，其中絕緣板隔離磁路或黃銅焊縫隔離磁路等方式可降低閉合回路的負(fù)面影響。

5.把非導(dǎo)磁材質(zhì)的低電阻率屏蔽板安裝到鋼構(gòu)與大電流敞開(kāi)式母線間的適當(dāng)位置，以此有效控制鋼構(gòu)的鐵磁性損耗。其次，把非導(dǎo)磁率材質(zhì)的低電阻率屏蔽環(huán)安裝到大電流敞開(kāi)式母線支持鋼結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置，以此控制鋼構(gòu)的鐵磁性損耗。

三、討論

能源危機(jī)的急劇加重和生態(tài)環(huán)境的極具惡化已經(jīng)威脅到了整個(gè)人類(lèi)的生存和發(fā)展，由此全球各國(guó)紛紛參與到節(jié)能的行列內(nèi)，其中也包括中國(guó)。我國(guó)是世界上火力發(fā)電最大的國(guó)家，而火力發(fā)電的環(huán)保性非常差，即火力發(fā)電的耗能量大且對(duì)環(huán)境的污染程度重，則優(yōu)化火力發(fā)電廠電氣節(jié)能設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)意義。一般而言，火力發(fā)電廠電氣節(jié)能設(shè)計(jì)皆應(yīng)考慮變電過(guò)程的變壓器損耗、輸電過(guò)程的鐵磁損耗和線路損耗、電力拖動(dòng)過(guò)程的損耗、照明損耗等，而本文主要從變電過(guò)程的變壓器損耗、輸電過(guò)程的鐵磁損耗和線路損耗兩個(gè)方面展開(kāi)討論。

研究證實(shí)，較為有效的變電過(guò)程變壓器損耗控制措施主要包括：使用節(jié)能型變壓器，其中目前以“10”型變壓器的節(jié)能效果最佳；優(yōu)化變壓器的運(yùn)行方式，即采用“冷備用”運(yùn)行方式和暗備用動(dòng)力中心接線方式。輸電過(guò)程線路損耗的控制措施主要包括：載流導(dǎo)體載面的選擇以經(jīng)濟(jì)電流密度為標(biāo)準(zhǔn)和選用封閉母線。輸電過(guò)程鐵磁性損耗的控制措施主要從增加屏蔽、減少交變磁場(chǎng)內(nèi)的鋼材用量、改善載流導(dǎo)體與鋼材料的空間關(guān)系等角度進(jìn)行考慮。

總體而言，火力發(fā)電廠電氣節(jié)能是大勢(shì)所趨，是人類(lèi)社會(huì)生存和發(fā)展的必要要求，則提高火力發(fā)電廠電氣節(jié)能設(shè)計(jì)方法的先進(jìn)性和科學(xué)性意義重大。

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