摘要：火力发电作电力生产的重要组成部分，对人们的日常生活有着十分重要的影响。但资源消耗过大逐渐使其成为我国的高耗能产业之一，严重违背了国家提倡的可持续发展战略，为生态文明建设带来了严重阻碍，探讨和研究火力发电厂电气节能措施成为现阶段必须重视的问题之一。本文将结合笔者火电厂电气设计等相关经验，对火电厂电气节能问题与降耗措施进行探讨分析，并提出了几项电气节能措施，从而降低厂用电率，达到积极响应国家提出的节能减排政策的目的，以供参考。
关键词：火力发电厂；电气节能；节能降耗
一、火电厂电气节能降耗的重要性
由于我国能源结构原因，火电是我国主要的电力能源。现阶段火电厂消耗的化石能源均为不可再生能源，随着全球能源需求不断增长，能源成本逐渐升高，给电厂的运行带来巨大压力。虽然当前火电厂已经在节能降耗方面做了一些工作，但是整体研究起步仍然较晚，仍有一些问题需要进一步解决。因此通过采用适当的措施实现电气节能降耗，可提高能源使用效率，从而提高火电厂的经济效益和竞争力，且对我国的火力发电技术的发展也具有重大意义。
二、火电厂电气节能降耗存在的问题
2.1 设备选型不合理
电气设备设计、采购过程中相关选型不合理，产品耗能高。例如：变压器、电动机、导体及电缆等一系列电气设备、材料的选型不当，在电厂投入商业运行以后，都会产生很大损耗。
2.2 设备运维不到位
对于火力发电厂来说，经常需要一天24小时不间歇运作。这对各项设备都提出了严格的要求。部分设备未能按设计标准使用，加大了电气损耗；一些设备因为时间过久，技术人员未及时检修，或是设备维护维修不彻底，原有的耗能部分没达标就投入运行，这也不利于节能降耗的目标实现。
三、火电厂电气节能降耗措施
3.1 选用节能型设备
要达到节能降耗的目标，必须从基建设计、采购阶段抓起，优先采用成熟的新技术、新产品，对节约能源有着重大作用，是电厂实现节能降耗目标的关键。
3.1.1 变压器
变压器是电力系统的重要设备，其自身产生有功损耗和无功消耗。它的接线方式、参数选择对功率消耗影响较大。
3.1.1.1变压器的效率和效率特性
根据电机学原理，变压器的损耗主要有空载损耗和负载损耗两大部分。变压器损耗和效率计算公式如下：
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变压器的空载损耗不随负载变化而变化，仅与选型有关；变压器的负载损耗随负载而变化，因此在确定变压器容量和运行方式时应加以注意。
将式（3-2）对β求一阶导数，并使之为零，可得效率最高的条件为：
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3.1.1.2 主变容量选型
根据《大中型火力发电厂设计规范》，容量125MW级及以上的发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的容量宜按发电机的最大连续容量扣除不能被高压厂用启动/备用变压器替代的高压厂用工作变压器计算负荷后进行选择。
发电机的容量由汽轮机的容量确定的，其最大连续容量和额定容量之间一般相差约5%，也就是说主变在额定工况下的负载系数为0.95。由于近几年机组利用小时数较低，机组经常处于低负荷运行，按大火规选择主变容量是基本合适的。
3.1.1.3高厂变容量选型
根据《火力发电厂厂用电设计技术规程》，选择厂用电源容量时，应对厂用电负荷进行统计，并按机组辅机可能出现的最大运行方式计算。所以在选择厂变容量时，应和工艺专业积极配合，排除不可能出现的运行方式，以计算高厂变的容量。
对于分裂变，分裂绕组的负荷应尽量平衡，使得变压器正常运行时处于最佳经济负载状态。尽量避免分裂变的两个分裂绕组并联运行，以免产生环流。
3.1.1.4 低压厂变选型
低厂变应优先采用节能型10系列以上变压器，对于干式变其能耗应符合《三相配电变压器能效限定值及能效等级》（GB20052）的要求。
选择接线组别时，宜选用一侧星形、一侧角形接线，减少三次谐波污染引起的损耗及功率因数降低。
低压动力中心变压器采用成对配置，互为（暗）备用方式，正常运行时2台变压器各带约45%的负荷，与采用明备用方式相比节电效果计算如下：
例如2000kVA低压干式变：P0=2.64kW；Pk=13.36kW。
两台变压器采用互为备用方式时损耗为：
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可见，采用互为暗备用方式，每个动力中心可减少耗电2.77kW，若全厂按10个动力中心计算可减少耗电27.7kW。
3.1.1.5 小结
在综合考虑设备选择经济性的情况下，选用节能型变压器，铁芯宜选用高导磁优质冷轧硅钢片，绕组线圈宜采用优质无氧铜线。目前大型节能型变压器的效率可达99.8%，比效率99.77%时减少损耗15%以上；SC-10系列低压干式节能型变压器的效率可达99.2%，更高水平的SC-11系列，损耗可降低25%以上。
3.1.2电动机节能
3.1.2.1 电动机的选择
电动机应选用高效节能型产品，电动机的效率不小于98％。异步电机应采用Y 型系列电动机，电动机的功率因数应大于0.85。电动机的铁芯应采用优质冷轧硅钢片。
电动机为发电厂的主要耗能设备，在选择电动机额定功率时根据泵、风机等设备的轴功率选择合适的系数，尽量减少裕量，从而降低能耗指标。此外，为提高运行的经济性，对单机容量为200MW级及以上机组的大容量辅机，可采用双速电动机或变频调速等其他调速措施。引、送风机有的采用双速电动机拖动，当锅炉低负荷运行时，电动机处于低速运行，这样可省风机所耗厂用电的40%~50%。对于负荷变化频繁的机组，节能效果尤为明显。
3.1.2.2合理确定电动机的负载系数
一般电动机负载系数在0.75~1.0时的效率最高，当电动机的负载系数在0.5以下时，效率下降非常明显，应尽量避免。
对生产中经常处于轻载运行的电动机，可将角形接法改为星形接法，节电效果明显。资料表明对负载系数为0.1~0.3的电动机，改接后效率可提高27%~4%，负载系数越低，效果越明显。主要原因是改接后，电动机的许用功率为铭牌功率的40%左右，相当于提高了负载系数。
3.1.2.3 小结
电动机选用高效节能型产品，异步电动机应采用Y系列节能电动机。
3.1.3导体及电缆的选型
3.1.3.1 电缆的选型
电源电缆应采用铜芯电缆，铜芯电缆的优点为：铜芯电缆的载流量为铝芯电缆的1.29倍，相同容量的负荷如采用铜芯电缆，截面可相应减小；采用铝芯电缆会增加电缆的根数，曾经多次因连接处故障导致严重事故，且铝芯脆性较大，电缆敷设中容易造成隐性故障点；同样条件下，铜-铜连接的接触电阻比铜-铝连接的接触电阻小10％-30％左右，减少接触处损耗。
根据美国统计的火灾事故率，铜芯电线电缆引起的火灾只有铝芯电线电缆的1/55，证明铜芯电缆比铝芯电缆更安全可靠。
3.1.3.2适当加大电缆截面
按导线截面的选择原则，可以确定满足要求的最小截面电缆，但从长远来看，选用最小截面电缆并不经济。相关研究表明，如果把理论最小截面电缆加大一到二级，线损下降所节省的费用，足可以在较短时间内把增加的投资收回，假设VV22-0.6/1kV四芯电缆埋地敷设，计算电流为环境温度30℃ 时的相应载流量，截面加大后节电效果见下表：
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由于电厂的设计寿命一般为30年，电缆的使用年限一般在10年以上，加大截面节能降损不仅创造的经济效益十分显著，同时也大大降低了电缆发热引起火灾的概率。
3.1.3.3 优化电缆路径
电缆敷设设计时，应采用专用计算机电缆敷设程序，优化电缆路径，减少电缆线损以及电缆长度，节省电缆投资，同时减少电缆的线损。
3.1.3.4 小结
考虑提高机组运行的可靠性，电厂设计过程中应尽量全部采用铜导体电缆。且设计阶段，应采用计算机电缆敷设程序。
3.2建立完善的日常运行管理制度
建立完善的日常运行管理制度是火力发电厂实现节能降耗的基础。电力能源的生产制造必须建立在完善的日常运行管理制度上。在电厂内，建立完善的管理制度以及规范的日常运作标准，与此同时，在内部建立明确的奖惩机制，进一步明确员工的责任，化被动为主动，使员工能够主动建立起节能降耗的意识，从制度层面做到节能降耗。
3.3加强设备管理
设备是火电厂生产和运行的物资基础，设备的稳定性直接关系到发电质量和节能降耗效果，因此应强设备管理，规范设备的使用，由专门的技术人员定期对设备进行保养和维护，做好设备检查维修记录，对出现的问题，采取合理的措施，重点关注，随时检查，以降低安全隐患，确保设备的正常运行，提高设备的使用效率和使用寿命。
四、结语
本文围绕当前我国火力发电厂基础建设以及火力发电厂电力能源制造过程提出了几项目前积极可行的电气节能措施，从而降低厂用电率，提高能源的综合利用率，积极响应国家提出的节能减排政策。后期笔者将进一步开展其他的节能措施研究，并把成熟的节能措施落实到实际工程应用中，服务于电厂的经济效益和竞争能力的提升。
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