周慶廣

（國能電力技術(shù)工程有限公司，濟南 250001）

目前，火力發(fā)電廠設(shè)備自動化水平高，但依舊存在電量不平衡狀況。因此，有必要對機組電能平衡情況進行排查，核算電能利用率?；鹆Πl(fā)電廠電能平衡工作是查清發(fā)、供、用電量體系的電量平衡關(guān)系，找出主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能潛力，為提高電能利用率、確定節(jié)能降耗方向以及實施節(jié)能技術(shù)改造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 電能平衡范圍及體系

電能的輸入、輸出和損失之間的數(shù)量關(guān)系構(gòu)成了全廠電能平衡關(guān)系。發(fā)電量、外購電量構(gòu)成全廠電能平衡的輸入部分，外供電量、總用電量構(gòu)成輸出部分。變壓器損耗電量、電動機損耗電量以及線損電量等構(gòu)成損失部分。

國神集團各電廠的發(fā)變組系統(tǒng)都安裝精度不低于0.5級的電能表。電能采集系統(tǒng)精度高，能正確反映出平衡情況。廠用電系統(tǒng)的電能采集方式、精度各不相同，為保證數(shù)據(jù)統(tǒng)計精準，全廠電能平衡分解為兩個核心——發(fā)變組平衡體系和廠用電平衡體系。

2 測試方法

采集發(fā)電機出口、主變壓器高壓側(cè)、高廠變高壓側(cè)以及其他發(fā)變組變壓器的高壓側(cè)電量，采集廠用電母線各負載、工作及備用進線電量，以此部分電量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行分析。測試期間，用電體系在正常運行方式下進行，選擇機組負荷100%、75%、50%的額定工況分別進行測試。建議在測試前對相關(guān)表記進行精度核查：測試儀表選用有功電能表和無功電能表，要求精度等級不低于1.0級；未加裝計量表計的用電設(shè)備，應(yīng)加裝臨時功率表等計量設(shè)備。

3 發(fā)變組平衡體系數(shù)據(jù)及常見問題

3.1 倍率對數(shù)據(jù)的影響

發(fā)變組平衡體系的設(shè)備輸入、輸出電量大，需在電能表/功率表采集的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上乘以倍率進行轉(zhuǎn)算。倍率由電流互感器和電壓互感器的變比相乘得到[1]，因此各設(shè)備倍率不同，且倍率本身極大。

以A電廠為例，發(fā)電機的倍率為550萬，主變壓器的倍率為600萬，高廠變的倍率為55萬，勵磁變的倍率6.6萬，脫硫變的倍率13.2萬。在A電廠架設(shè)5臺0.1級的功率表與發(fā)電機、主變壓器、高廠變、勵磁變、脫硫變的電能表同時采集數(shù)據(jù)。單元機組調(diào)整多種負荷工況，每工況2 h，在50%、75%負荷工況下曾出現(xiàn)不平衡率為負值的情況，在100%負荷工況下不平衡率為正值。由此可見，短時間內(nèi)的不平衡率不具代表性。同樣，倍率的存在導(dǎo)致按平均瞬時功率計算發(fā)變組不平衡率也不精確。

3.2 以平衡期進行分析

以月度、年度為平衡期，可系統(tǒng)分析發(fā)變組平衡體系的不平衡情況，參見表1。

表1 A電廠1號機組發(fā)變組平衡體系不平衡率

該機組發(fā)變組平衡體系12個月不平衡率均在±1%之內(nèi)，符合《火力發(fā)電廠電能平衡導(dǎo)則》要求。

出現(xiàn)不平衡電量的主要原因涉及3個方面[2]。

（1）電能計量系統(tǒng)的誤差。每臺設(shè)備的計量電流互感器、計量電壓互感器以及電能表均存在系統(tǒng)誤差，且計量電壓互感器的二次回路存在壓降，不可避免會導(dǎo)致計量表計產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差。此外，電能計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在傳輸過程中也可能出現(xiàn)誤差。

（2）主變壓器的損耗。主變壓器的總損耗，可根據(jù)變壓器理論計算損耗公式求得：

式中：ΔWb為變壓器損耗電量；ΔPo為變壓器空載損耗功率；ΔPk為變壓器短路損耗功率；β為變壓器平均負荷率；T為變壓器運行時間；t為變壓器負荷時間；Wg為變壓器輸入電量；Se為變壓器額定容量；cosφ為變壓器平均功率因數(shù)。

依據(jù)機組的并網(wǎng)、解列時間得到負荷時間推算出負載率，即可計算出負載損耗，再加上空載損耗，即為總損耗。以筆者計算國神集團數(shù)家電廠的主變壓器數(shù)據(jù)為例，這部分損耗占主變壓器輸入電量的0.05%～0.25%。

（3）封閉母線的損耗等。受集膚效應(yīng)影響，封閉母線不能按截面積、長度計算電阻，需根據(jù)出廠報告或技術(shù)規(guī)范查找電阻率計算。以筆者統(tǒng)計，這部分電量占發(fā)電量不足0.001%。其他部分的損耗幾乎可以忽略。

3.3 不平衡電量分析

3.3.1 不平衡電量為負值

以A電廠1號機組為例，主變壓器額定容量750 MVA，空載損耗379.47 kW，負載損耗1 054.02 kW。經(jīng)計算，某月負載率0.58%，故主變壓器理論計算損耗約占主變壓器輸入電量的0.18%。這部分電量占比小，若電能計量系統(tǒng)誤差偏大，則當(dāng)月出現(xiàn)發(fā)變組不平衡率為負值的現(xiàn)象。

3.3.2 不平衡率超±1%

以B電廠1號機組為例，某段時期出現(xiàn)了主變壓器損耗大的問題。筆者排查1號機主變壓器各項歷史運行數(shù)據(jù)，如高低壓側(cè)電流、溫度等，均無異常，其且噪聲在正常范圍內(nèi)。該主變壓器額定容量為240 MVA，空載損耗130.42 kW，負載損耗486.75 kW。經(jīng)計算，“問題月”負載率0.59%，故主變壓器理論計算損耗約占主變壓器輸入電量的0.22%。計算發(fā)變組封閉母線的損耗電量，這部分電量占發(fā)電量的0.000 6%，推斷主變壓器損耗正常，造成不平衡電量的關(guān)鍵在于電能計量系統(tǒng)的誤差。

筆者對該機組發(fā)變組電能計量系統(tǒng)進行試驗的范圍為與電能計量有關(guān)的發(fā)電機、主變壓器、高廠變、勵磁變電流互感器及其二次回路，發(fā)電機電壓互感器及其二次回路，發(fā)電機、主變壓器、高廠變以及勵磁變電能表，包括電流互感器比差角差、電壓互感器精度測試、二次回路通流通壓測試以及電能表精度測試等。試驗結(jié)果表明，以上裝置誤差均在標準范圍內(nèi)，且對發(fā)變組平衡體系電量不平衡無明顯影響。

最終查出異常狀況的原因在于電量自動采集裝置的通信過程中，從電能表到電量自動采集裝置的信號傳輸使用RS-485屏蔽電纜，而該通信線采用多對雙腳屏蔽電纜，其內(nèi)屏蔽層和外屏蔽層一起引出后在盤柜內(nèi)接地，且兩端接地。金屬屏蔽層受干擾磁通影響，產(chǎn)生屏蔽環(huán)流。通信線接地點分別在B電廠和升壓站，但兩個接地網(wǎng)不連通，電勢不相等，從而形成電勢環(huán)流。環(huán)流對信號產(chǎn)生抵消衰減效果，造成電量自動采集裝置的數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，使得報表電量不準確。

經(jīng)整改后，B電廠1號機組發(fā)變組平衡體系不平衡率正常。

4 廠用電平衡體系數(shù)據(jù)處理

將高廠變高壓側(cè)電量、工作及備用進線電量、廠用母線各負荷累計電量進行比對，計算廠用電平衡體系不平衡率。但是，各電廠廠用電系統(tǒng)配置不盡相同，相關(guān)電能計量系統(tǒng)也不相同，或取自綜合測控裝置，或取自電能表，甚至老舊機組仍由運行人員定期抄錄，造成廠用電平衡體系數(shù)據(jù)難處理。

4.1 現(xiàn)場核查

筆者用三相電能表現(xiàn)場校驗儀與現(xiàn)場綜合測控裝置進行功率比對（或電能表進行精度核查），排查現(xiàn)場儀表是否存在接線錯誤、設(shè)置錯誤以及精度不足等問題。

4.2 偏差分析

將一個采集周期內(nèi)的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場綜合測控裝置（或電能表）功率數(shù)據(jù)進行比對分析，查找是否存在傳輸錯誤、記錄錯誤等問題。

4.3 統(tǒng)計計算

以月度數(shù)據(jù)分析，不平衡率偶有超出±1%，主要由數(shù)據(jù)準確度不足造成。值得注意的是，機組啟停機期間，由其他機組或啟備變?yōu)閺S用工作段供電。這部分電量需要羅列計算。

5 機組電量指標分析

以A電廠為代表，分析其電能利用率及廠用電率。

5.1 機組平均電能利用率

機組耗電率大的輔機（風(fēng)機組、泵組）效率參考最近的性能試驗報告值。計算輔機電能利用率時，參照此值并按負荷大小合理分配。其他耗電較小的輔機效率取85%進行估算。不同負荷工況下的電能利用率如圖1所示。

從圖1可看出，隨負荷降低，兩臺機組電能利用率呈下降趨勢。因此，應(yīng)在保證機組安全的前提下優(yōu)化運行方式，尋找當(dāng)前工況可停運的設(shè)備，從而提高電能利用率。

圖1 兩臺機組不同負荷工況下電能利用率

5.2 廠用電率分析

A電廠全年廠用電率統(tǒng)計，如表2所示。

表2 A電廠全年廠用電率統(tǒng)計表

A電廠年度全廠綜合廠用電率與生產(chǎn)廠用電率兩者偏差的主要原因有兩個：一是部分月份單機運行時，啟備變?yōu)橥＿\機組供電，這部分電量占全廠全年發(fā)電量0.32%；二是兩臺主變壓器損耗電量。

5.3 影響電能利用率和廠用電率的原因

5.3.1 風(fēng)機影響

風(fēng)機是耗電較大的輔機系統(tǒng)。三大風(fēng)機實際運行效率較設(shè)計值偏低，均偏離各自的高效運行區(qū)。風(fēng)機全壓裕量較大是造成風(fēng)機效率較低的主要原因。

5.3.2 水泵影響

A電廠給水泵為汽動，相應(yīng)廠用電率降低；凝結(jié)水泵運行期間變頻投入正常，除氧器上水調(diào)門保持全開；循環(huán)水泵耗電率與同類型機組循環(huán)水泵耗電率先進水平接近。

5.3.3 除渣系統(tǒng)影響

A電廠目前水力除渣系統(tǒng)存在耗水量大、焦渣易板結(jié)影響除渣、系統(tǒng)復(fù)雜耗電率高等缺點，若實施干渣機系統(tǒng)改造，預(yù)計可降低廠用電率0.1%。

6 結(jié)語

較火力發(fā)電廠其他方面的能量平衡，電能平衡相關(guān)設(shè)備的自動化程度深，數(shù)據(jù)采集精度高，但依舊存在各種不可避免的誤差以及設(shè)計、安裝遺留的問題，會對運行管理人員日常工作造成困擾。盤點現(xiàn)場設(shè)備的具體情況，總結(jié)誤差產(chǎn)生的根源，分析不平衡電量的原因，研究低效高耗設(shè)備的技改，是電能平衡工作的重點。通過詳細全面的盤查分析，輔以電平衡試驗，找出問題加以整改，提高電能利用率，降低廠用電率，為火力發(fā)電廠提質(zhì)增效。