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大型火力发电厂厂用电系统1第一章绪论第一节火力发电厂的厂用电系统及负荷分类任一较现代化的工矿企业在进行生产时，必然要使用一些用电动机械。
工厂越现代，这些电动机械一般就越多，向其供电的系统也越复杂。
在设计与生产中，我们称这些电气负荷为“厂用负荷”，而将供电系统称为“厂用电系统”，而组成这套厂用电供电系统的设备则称之为“厂用电设备”。
火力发电厂也一样，发电机需汽轮机来拖动，而驱动汽轮机的蒸汽又来自锅炉，围绕着这个主系统，有许多的子系统为其服务，这些子系统又都是由成百上千的电动机机械组成的。
例如电厂的锅炉在运行时，需燃料系统为其服务，这系统就由翻车机系统、堆料取料机系统、碎煤机系统及皮带输送机系统组成。
而翻车机系统又由重车拖动机械、空车拖动机械、空车平台移动机械及翻转机械等组成。
这些大大小小的厂用机械需有机地结合起来一起工作，才能保证发电机组正常运行，并输出电力。
这些为保证电厂安全运行的全部电动负荷，都统归在发电厂的厂用电范围中。
人们习惯地将厂用电负荷分类，以便于统一管理并分类供电，由于使用的角度不同，分类的方法也不相同，常用的分类方法有以下几类。
一、按电源的种类分类根据厂用电负荷所用电源的种类，可分为交流厂用电负荷（以下简称厂用负荷）及直流厂用负荷，由此对其供电的电源也按其种类分为交流电源和直流电源。
绝大部分的厂用负荷使用交流电源，因为该电源可从发电机出口及电力系统经降压获得，运行、维护都是很方便。
而那些必须用直流电源或在全厂各种交流电源消失后仍需继续运行的负荷，则由另设的直流电源供电，如各种控制、保护、通信系统及直流电机等。
有一种负荷，虽然也运行在交流电压下，但究其电源，却是由直流电源供电，经逆变器或不停电电源（UPS）将其转换为交流电源后使用的。
这种负荷我们按其实际使用的电压，仍称其为交流负荷。
将负荷按电源种类分类，可以使设计者了解负荷的电源要求，以及计算交直流各电源的容量，并将负荷按其电压性质分别接入不同系统，而运行人员据此可很容易地找到该负荷的供电系统。
影响发电机组厂用电的因素与解决方法摘要:在发电厂，发电厂用电率是节能重要指标，其对整个发电厂用电量起决定性作用，因此制订降低发电厂用电率的方法至关重要。
通过分析某电厂两台350MW机组运行工况，分析发电厂用电率影响因素，从技术创新、运行方式、管理提升等方面采取相关措施，以降低发电厂用电率，达到节约能源，降低电厂生产成本。
关键词：技术创新，管理提升，厂用电率，生产成本0 引言某电厂主要是采用煤、煤气作为生产燃料进行发电，采用湿法脱硫进行烟气净化。
电厂用电消耗主要在汽轮机系统及锅炉系统上，经初步估算，辅助系统设备（凝结水、循环水、风烟、制粉）用电量占到厂用电量的70%~75%。
围绕影响厂用电量的大用户，通过对系统设备改造、调整运行方式、严格管理措施，以降低发电厂用电率提出对策。
1 影响发电厂用电率因素1.1 大功率设备某厂两台机组大功率6KV辅机包括10台磨煤机（500kW/台）、10台一次风机（710kW/台）、4台引风机（5500kW/台）、4台送风机（1120kW/台）、2台电动给水泵（4500kW/台）、2台凝结水泵（1120kW/台）、4台循环水泵（630kW/台）、4台轴冷泵（400kW/台）、2台碎煤机（630kW/台）、脱硫浆液循环泵10台（2540*2kW）。
在发电量一定或者相对稳定的情况下,厂用电率和厂用电量成正比。
如果要降低厂用电率,势必须降低厂用电量,即要降低以上6KV辅机用电量。
这些设备的用电量直接影响厂用电率。
1.2 变压器运行变压器在实现变换电压以及传递功率过程中，本身会产生有功功率损耗跟无功功率损耗。
而影响变压器电耗的因素有很多，比如与设备之间的运行方式是否合理，主变与高厂变是否各自运行在经济区间，分接头的选择是否合理，启备变压器备用时是否带电等。
1.3 辅机选型高压电动设备用电量在整个厂用电中占比非常高，有关资料显示高达70%左右，如果每种设备的设计和选型合理，对厂用电的消耗就能够降低，机组的发电厂用电率也会下降。
火电厂厂用电切换引言火力发电厂厂用电系统一般都具有两个电源：即厂用工作电源和备用（启动）电源，其典型接线如图1所示。
目前绝大多数大型机组火力发电厂都采用单元接线，正常运行时机组厂用电由单元机组供电，停机状态由备用电源供电，机组在启动和停机过程都必须带负荷进行厂用电切换。
另外，当机组或厂用工作电源发生故障时，为了保证厂用电不中断及机组安全有序地停机，不扩大事故，必须尽快把厂用电电源从工作电源切换到备用电源。
厂用电系统切换分为两类：即机组启动、停机过程的正常切换和故障情况下的事故切换。
图1 常见厂用电系统简图厂用母线残压特性对于大容量火力发电厂，尤其是300MW及以上的机组，厂用电高压电动机的容量大且数量较多，当厂用电源中断时，由于高压电机及负载的机械惯性，电动机将维持较长时间继续旋转，且将转变为异步发电机运行工况，因此厂用电母线在一段时间内会维持一定的残压并缓慢衰减，频率也会随着转速降低而缓慢下降。
图2 为典型的厂用母线电压衰减曲线。
从图中可以看出，在厂用电源中断瞬间，母线残压的衰减量还不大，但残压与备用电源电压的矢量角差已开始拉开，如果备用电源投入的时机不当，将产生很大的冲击电流，直接作用于电动机，这不但影响了电机的使用寿命，甚至可能导致切换失败造成厂用电中断，其后果是十分严重的。
因此，厂用电切换必须根据系统的残压衰减特性，选择合适的切换时机。
根据实际运行经验得出，为保证厂用电的成功切换且不产生大的冲击电流，备用电源断路器最合适的合闸时刻是厂用母线残压与备用电源电压的相角差不超过30°，即厂用电系统切换全过程在100ms以内。
图2 极坐标下的母线残压向量图Vs备用电源电压Vd厂用母线残压DU差拍电压A-A’与B-B’为不同负荷情况下允许电源切换的边界厂用电切换必须具备的外部条件为能成功地进行厂用电系统的切换，必须具备以下3个条件：应具备源于同一系统的两个独立的供电电源：工作电源和备用电源。
发电厂厂用电率的计算赵满江１，陈 仓１，郝 玺２１．西安热工研究院有限公司，陕西西安 ７１００３２２．上都发电有限责任公司，内蒙古正蓝旗 ０２７２００收稿日期： ２０１１－１２－２６作者简介： 赵满江（１９７８－），男，陕西西安人，硕士，工程师，主要从事电厂电气技术研发和试验工作。
Ｅ－ｍａｉｌ： ｚｈａｏｍａｎｊｉａｎｇ＠ｔｐｒｉ．ｃｏｍ．ｃｎ１ 厂用电率定义以某台２００ＭＷ机组为例，其设计额定工况下的厂用电率估算方法为［１］：ｅ＝ＳｃｃｏｓφａｖＰｅ×１００％（１）Ｓｃ＝∑（ＫＰ）（２）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为发电机额定功率，ｋＷ；Ｋ为换算系数，取表１中的数值；Ｐ为电动机的计算功率，ｋＷ。
表１ ２００ＭＷ机组的换算系数Ｋ项目数值给水泵及循环水泵电动机１．０凝结水泵电动机１．０其它高压电动机０．８５其它低压电动机０．７由式（１）、式（２）可见，厂用电率设计值由机组全年满负荷工况按照汽轮机和锅炉各高、低压辅机电动机的容量进行计算，其不包括发电机励磁系统的耗电率、主变压器（主变）损耗率、高压厂用变压器（高厂变）损耗率和母线损耗率。
２ 厂用电率计算图１为自并励型发电机组的电能流向示意。
对于自并励型发电机组，励磁系统用电量属于发电机系统发出电能时本体所消耗的电量，不计入厂用电量。
图１ 自并励型发电机组的电能流向示意由于“厂网分开，竞价上网”，发电厂销售电量的计量关口从发电机侧移至电厂与电网的设备产权分界点，多数电厂将电能计量关口改在主变的高压侧。
对发电厂而言，主变损耗属于生产耗电，应计入生产厂用电量。
因此，《火力发电厂厂用电设计技术规定》所给出的厂用电率定义已经不适用于当前火力发电厂的实际生产情况。
对此，本文提出新的适用于自并励型发电机组的厂用电率的计算方法：Ｐｎｅｔ＝Ｐｇ－Ｐｅｘ（３）ｒａ＝Ｐｎｅｔ－ＰｍｔＰｎｅｔ×１００％（４）式中：Ｐｎｅｔ为发电机净有功功率，ＭＷ；Ｐｇ为发电机有功功率，ＭＷ；Ｐｅｘ为励磁变高压侧有功功率，ＭＷ；ｒａ为生产厂用电率，％；Ｐｍｔ为主变高压侧有功功率，ＭＷ；Ｐａｔ为高厂变高压侧有功功率，ＭＷ。
发电厂临时用电管理办法为了进一步加强临时用电安全管理，确保设备与人身安全，依据《电业安全工作规程》（热力和机械部分）、（发电厂和变电所部分）。
制定本制度。
一、本制度所规定的临时用电电压等级为380/220V。
二、发电厂内临时用电从联系到拆除工作依据附件《安泰发电厂临时用电工作联系单》进行。
三、临时用电设备和线路应按供电电压等级和容量正确使用。
四、临时用电设备及线路的绝缘应良好。
五、临时用电设施应安装符合规范要求的漏电保护器，移动工具、手持式电动工具应实行一机一闸一保护六、临时用电单位不得变更地点和工作内容，严禁任意增加用电负荷，严禁私自向其它检修场地或单位转供电。
七、所有电气设备的金属外壳均应有良好的接地装置。
使用中不准将接地装置拆除或对其进行任何工作。
八、电源开关外壳或电缆、电线绝缘有破损不完整或带电部分外露时，应立即找电气车间修好，否则不准使用。
九、凡配备有电气工具和用具的车间必须设专人保管，建立设备台帐，记录内容为：设备规范、使用情况、试验记录等。
每六个月委托电气车间联系公司供电部进行试验，试验结果应记录在设备台帐内。
十、使用前必须检查电线是否完好，有无接地线；坏的或绝缘不良的不准使用；使用时应接好漏电保护器和接地线；使用中发生故障，必须立即通知电气车间处理。
十一、不熟悉电气工具和用具使用方法的员工严禁擅自使用。
十二、使用电气工具时应执行下述规定：1、用电钻等电气工具时须戴绝缘手套。
2、使用电气工具时，不准提着电气工具的导线或转动部分。
3、在梯子上使用电气工具，应做好防止感应电坠落的安全措施。
4、在使用电气工具工作中，因故离开工作场所或暂停止工作以及遇到临时停电时，必须立即切断电源。
5、禁止带电拖动用电设备，以防触电事故发生。
十三、使用行灯必须注意以下事项：1、在特别潮湿或周围均属金属导体的地方工作，如在汽包、除氧器以及其金属容器或水箱内部，必须使用便携式照明灯具，电压不准超过12V。
2、行灯电源应由携带式或可固定式的降压变压器供给，变压器不准放在汽包等设备的内部。
发电厂电力拖动系统发电厂的生产过程完全是机械化和自动化的，它需要许多以电动机拖动的机械为发电厂的主要设备和辅助设备服务。
现代发电厂的厂用电占发电总量的5%〜10%,而其中电力拖动系统消耗的电量则占到其中的90%以上。
2电力拖动系统节能措施2. 1从电动机供电电能质量角度1）尽量保证运行电压水平在电动机铭牌值，最大偏移不要超过5%。
虽然电动机的最大设计运行电压允许有10%的偏移,但大的偏移电压会严重地降低效率、功率因数和电动机寿命。
当电动机的实际运行电压低于设计运行电压的95%时,会严重地导致效率低下和运行温度升高，这将极大地减少电动机的绝缘寿命。
同样地,当电动机的实际运行电压高于设计电压时也会减小功率因数和效率。
2）尽量减小三相电压之间的不平衡度。
三相电压的不平衡度应保持不超过1% ,因为过大的不平衡度会导致电动机的定额量降级，这必然影响其运行效率。
国际电气制造业协会（NEMA）对三相电压不平衡度定义的计算公式为：VB =VMA - VM IVAVx 100%其中:VB为三相电压的不平衡度；VMA为三相电压中电压最高相电压值；VM I为三相电压中电压最低相电压值；VAV为三相电压的平均值；影响电压平衡的因素有：其中一相上加有单项负载，三根线大小不完全相同和线路故障等。
不平衡电压不仅降低了电动机效率而且加剧了配电系统的损耗。
3）采取补偿措施保证高的电动机运行功率因数。
发电厂厂用电动机需要大量的无功功率，如果补偿措施不力会导致电动机正常运行时功率因数严重降低。
低功率因数会降低电动机设备本身及其外部配电系统的效率。
发电机发出无功要消耗有功，增加成本，厂用电系统内的无功电流增加了设备的发热。
在发电厂中采用就地无功补偿技术就成为一种好的改善功率因数方法。
通过并联电容器组是常用的方法，但要注意的是要采取相应的措施使电容器组的投入快速而无冲击。
另外，安装功率因数静补装置的方法也应用较多。
该装置主要由交流滤波装置及容量可无级连续调节的感性无功设备组成，可进行滞相运行。
4）保证供电电源较低的谐波率。
电动机的设计运行条件是50Hz的正弦波形，如果电压波形畸变过甚也就是谐波率过高将严重影响电机运行效率。
抑制谐波的方法主要有两种：一种是减小的方法,即采用无源滤波器，它是利用L - C谐振特性，形成对某一频率的低阻抗特性，从而减小流向电动机的谐波电流；二是让补偿装置提供反相的谐波电流，以抵消变流器所产生的谐波电流，即有源滤波器。
5）选择高效、大小合适的变压器以减少电能变换过程中的损耗。
老的、欠载的和过载的变压器通常是效率低下的。
6）对配电系统进行定期检查，识别并排除配电损耗。
接线点的接触不良和对地短路等故障会引起电能损失、产生谐波并减小系统可靠性。
应对线路进行定期检查以排除这些故障带来的额外损耗和对系统的其他种种不良影响。
有许多公司生产的电子监控器和红外摄像机就是针对这种问题而研制的。
7）减小配电系统的电阻。
给长期处于满载运行的电动机供电的电力线缆应选择得足够大甚至过大些，这样可以最小化线路损耗和线路上的电压降。
2. 2从电动机选择及更换角度1）选择大小合适的电动机，杜绝“大马拉小车”的不良现象，使电动机负载率不低于80%。
另外，从转子效率考虑，鼠笼式电动机较绕线式电动机优先选择;从功率因数考虑，高速电动机较低速电动机优先选择；从电压等级考虑，负载较大时，高压电动机较低压电动机优先选择。
2）在经济状况允许的情况下尽量选择节能电动机。
节能电动机虽然比普通电动机价格高出20%以上，但从长期运行并综合考虑节能效果角度看，总费用将会少于普通电动机，尤其是对于发电厂中终年运行时间很长的电动机。
3）选择与运行速度匹配的电动机。
发电厂中风机类和泵类电动机的耗电量占到整个厂耗电量的比例很大，它们的能量吸收对速度是非常敏感的。
比如，如果它们的运行速度比额定值高出2%，吸收的电能将增加8%。
因此，在选择和更换泵类和风机类电动机时，选择与负载相匹配、能满负荷运行的电动机是很重要的。
4）在现役电动机报废之前，提前选取替代品将其替换。
对设备中的所有电动机进行评估，综合考虑更换成本、节能和可靠性等对经济效益有影响的因素,对现役电动机更换为效率更高的和运行工况允许情况下型号更小的电动机。
5）对于电动机的重绕和更换的选择。
电动机的重绕可能会导致效率和可靠性的降低。
对于故障电动机是修理还是更换是一个比较复杂的问题，主要考虑的因素有：重绕成本、重绕后的损耗、节能电动机的价格、电动机大小、原始效率、负载系数、年运行时间、电价和认定的投资回报标准。
这个问题的一些经验处理如下：①大于30 kW并且运行时间超过15年的电动机,由于效率已赶不上当前电动机，所以最好更换掉；如果重绕电动机的费用高于新的节能电动机的50%〜60%,那么就选择更换新电动机。
更高的可靠性和效率将弥补新电动机高出的价格。
②选择高质量的绕线。
使用符合ISO 9000国际标准的、清洁的、经多次验证质量可靠的产品。
如果重绕质量足够高就可能达到电动机的初始效率，但如果电动机的铁心被损坏或是重绕工艺不精致将会导致严重的效率降低。
③如果重绕的花费超过了一台新节能电动机的50%〜65%就选择更换新的。
高可靠性和效率将会使溢价很快收回。
5）优化传动设备效率。
合理安装和维护轴、皮带、链条、齿轮等传动设备以较少传动过程中的能量损耗。
2. 3从电动机的改造角度2. 3. 1更换磁性槽楔在修理电动机时，若将普通绝缘槽楔更换成磁性槽楔，可以改善电动机气隙磁势波形，减少空载电流，改善功率因数，降低电动机铁耗，降低温升，减少电磁噪声和振动，延长电动机使用寿命，提高电动机效率等。
目前，常用的磁性槽楔有代号349号的铁粉层压板磁性楔和模压磁性楔。
模压磁性楔由还原铁粉按一定比例与环氧树脂混合，加入少量酚醛玻璃纤维作补强材料经热压制成。
因此，具有较高的抗劈强度、电介性能、耐热性能和磁性能。
采用模压成型的磁楔与349号粉层压板磁性相比，它的精度较高，打入槽内有一定的紧度，加工方便。
2. 3. 2采用节能型风扇由于离心风扇形成较大的涡流，使风扇效率不高，并产生很大的通风噪声。
对于保持单一旋转方向的电动机，采用机翼型轴流式风扇，配以空气动力性能良好的风罩，可大大提高风扇效率。
在保持同等风量情况下，风扇外径缩小，风阻减小，损耗明显降低，可获得显著的节能效果，同时降低了电动机噪声。
由于满载电流下降而降低了电动机温升从而延长了电机的使用寿命。
2. 3. 3采用新的绝缘材料增大导线截面积对于沥青云母带浸胶绝缘的高压电动机，在定子线圈大修时采用环氧玻璃粉云母带（B级胶带）绝缘。
由于沥青云母带绝缘是经浸胶处理的，槽绝缘单面厚度较厚，而B级胶带对地绝缘经过热模压固化成型，槽绝缘单面厚度减薄。
由于槽绝缘厚度的减薄，铜线截面便可以增加。
将沥青云母带绝缘电动机改为B级胶带绝缘后，平均铜线截面积可增大15%〜20%，电动机温升也有所下降。
对于以前生产的低压电动机，现定子线圈大修重烧时，也使槽内绝缘变薄，在保持槽满率不变的前提下可适当加粗导线，电动机效率可提高1.5%〜4%。
因此，连续运转的电动机年节电费相当可观。
2. 4 从电动机监控和维护角度1）按照电动机生产厂商建议和标准的工业技术要求制定监测和维护计划，定期对电动机进行预防性监测和维护以发现潜在故障以使电动机可靠性和效率最大化。
每天或每周的巡查内容包括对电动机的噪音、振动和温度的检查。
大约每年要对电动机进行两次绕组和绕组对地的阻抗测量以识别绝缘故障。
2）根据电动机使用说明恰当润滑电动机。
要选用高质量的轮滑油对电动机润滑并防止脏东西和水的污染。
3）为每台电动机都单独建立维护档案，保存好每台电动机的技术规范、修理、测试和维修数据，按时间顺序记录下如对电动机绕组阻抗等参数的测试结果。
这些资料不仅会帮助维护人员识别出有潜在机械和电气故障的电动机，而且是修理故障电动机必要的参考资料。
2. 5从电动机运行角度2. 5. 1串级调速节能将异步电动机运行时转子线圈中的感应电势通过滑环引出，经三相整流桥整流为直流电，再由三相全控桥将其逆变为与电网频率相同的交流电，经变压器变压后将转差功率回馈电网起到节能效果。
目前已有许多厂家开发出了此类产品。
2. 5. 2变压调速节能当异步电动机轻载时，降低其输入端电压可以实现节能。
因为供给电动机的电能除了一部分转变为输出功率外还有一部分固有损耗，这部分损耗中最主要的是铜和铁损。
铜损是由于电流流过电动机绕组而产生，与电流成正比；铁损是由于转子铁心中的磁化电流而产生，与供电电压成正比。
当负荷下降时如果适当降低电源电压就可以减少铁损，同时电流随之下降也减少了铜损。
利用单片机或其他微处理芯片为硬件基础，通过检测电动机的供电电压和电流的过零点可以获得它们的相位差即功率因数角。
以功率因数为变压依据,保证功率因数不变即可实现不同负载下电动机供电电压的变化，从而实现变压调速节能。
另外在实际应用中，当电动机的负载率低于50%时,可以将△接法的异步电动机改成Y形接法。
此时，电动机的相电压变为原来的，此方法也具有较好的节能效果。
2. 5. 3变频调速节能据统计，中国火力发电厂的风机、水泵等辅机约有35万台装机容量750多万kW,年耗电能量400 多亿kW • h，占厂用电能量的70%左右。
发电机组的负载是随电网用电设备负荷的变化而变化的，当用电负荷量发生变化时，发电机的出力必须跟着改变以满足系统的需要，否则,系统的平衡受到破坏，发电机组的正常运行就会受到影响。
为了改变风机的出力,现在都是采用挡板或阀门来调节。
其风机的调风挡板的开度往往在40%〜60% ,这种调节方式会浪费大量的电能，而采用高压变频调速则可以有效节约电能,降低生产成本。
另外，采用高压变频器还可以保证压力恒定，使系统稳定运行，提高整个系统的效率，同时也能延长电动机和风机以及阀门的使用寿命，降低资本投入。
由于其他节能方法在节能方面的相对有限性，而变频调速在节能和其他诸方面的优势，已成为最具开发潜力和市场前景的节能方式。
国内外许多公司、企业加快了对变频器的研制，电压等级更高、性能更优良的变频器频频问世，不断给电力拖动领域注入活力。
目前已有国内许多家电厂对锅炉引风机、送风机等进行了高压变频调速技术改造，取得了很好的节能效果，在较短时间内就收回了全部投资，经济效益非常显著。
3发电厂电力拖动节能的发展方向随着近年来电力工业不断发展，尤其在变电站自动化领域电气保护控制装置发展很快，随着电力自动化技术实用化程度的不断提高，在发电厂内采用微机保护测控装置，构成更完善的分布式控制系统(DCS) 的条件已经成熟。
而属于自寻优技术的专家集群全方位自动化控制系统(ECS)不仅包含了DCS系统, 同时还在DCS基础上增加了专家集群仿人控制等15项功能，成为更具活力的系统。
