1 000 MW机组循环水泵厂用电率计算方法的探讨

刘慧军，胡建忠，袁军

（1.华东电力设计院，上海市，200063；2.国电北仑发电厂，浙江省宁波市，315800）

0 引言

厂用电率高低直接影响机组的供电煤耗和发电量指标，是影响机组经济性的重要指标。随着对电厂节能、减排工作的更加重视，对厂用电率的关注度较从前有了大幅提高。国内已投运1 000MW机组项目的厂用电率性能考核值普遍低于设计值，且不同电厂的设计值相差也较大，引起业界关注。

因性能考核试验所处的气候、工艺、运行条件的不同，都会造成厂用电率性能考核值的不同，尤其对循环水采用一次循环的机组厂用电率受气候的影响明显，更需要深入研究。循环水泵（以下简称循泵）是火力发电厂不可或缺的重要辅机设备，不但占厂用负荷比例高（以北仑三期工程为例约占12.3％），且受冷却水温度、泵的配置数量等条件影响大，采用常规厂用电率估算方法难以反映年度运行情况，本文参考北仑三期工程的相关参数，分析循环水系统的厂用电率估算方法。

1 北仑三期工程相关参数

北仑三期工程循环水采用海水直流冷却系统，每台机组配2台固定叶循泵、扩大单元制，循泵电机的容量为3.8MW、效率η=93％、功率因数cosφ=0.8，循泵流量3泵2机运行（3/2）×17.61m3/s、2泵1机运行2×15.69m3/s、1泵1机运行19.5m3/s。

2 国内部分1 000 MW机组厂用电率指标

对于具体工程，由于所处地理位置、工艺特点、煤质、新建还是扩建等条件不同，断定其厂用电率指标的高低有一定难度，但对足够数量的机组所作的数据统计还是能说明一些问题。表1列出国内已投运和已完成初步设计的部分1 000MW级机组厂用电率指标。

由表1可见，已完成设计的18个工程38台机组厂用电率设计均值为5.19％，上下变动范围-36.9％～21.5％，波动较大；已投运的9个工程20台机组的厂用电率性能考核均值为4.19％，变动范围-10.2％～9.9％，相对接近；投运时间较长的5个电厂12台机组的运行均值为4.72％。可见厂用电率设计均值较性能考核均值高出约23.9％，较运行均值高出9.7％。对于新投产的电厂，由于设备新、效率高、保温和密封好，厂用电率优于设计值可以理解，但偏差较多，需对厂用电率的计算方法进行分析改进。

表1 国内部分1 000MW级电厂机组厂用电率Tab.1 Auxiliary power ratio sheet of 1 000MW class domesticunit

3 厂用电率计算方法

《火力发电厂厂用电设计技术规定》[1]（以下简称厂用技规）提供的凝汽式发电厂厂用电率e的估算方法为

式中：Pe为发电机功率，kW；cosφav为电动机功率因数，一般取0.8；Sc为厂用电计算负荷，kVA。对Sc的统计提供了换算系数法和轴功率法2种方法，一般采用换算系数法[2]，即Sc=∑（KPe），换算系数K=（KtKf）/（ηcosφ），Kt为同时率、Kf为负荷率，K值是根据对运行电厂进行调研基础上得出的，按照厂用技规提供的数据，循泵、凝结水泵电机K值取1，其他高压电机K值取0.85，其他低压电机K值取0.7。据此方法得出的北仑三期工程施工图阶段（表1均为初步设计阶段厂用电率设计值）厂用电率计算结果列于表2，表2中Sc=61 885 kVA，e=4.95％。

表2 高压电机和低厂变负荷统计及厂用电率计算TTab.2 Load and auxiliary power ratio sheet forhigh voltage motorand low voltage auxiliary transformer

由于此时优化设计已完成，去掉了因辅助系统不确定而预留的裕度，故厂用电率较初设阶段设计值有所下降，施工图阶段调整后的厂用电率下降到4.95％，但仍高出性能考核值约31.7％。设计值是年平均的概念，而性能考核值因考核期短，机组是满负荷运行且往往扣除公用负荷，所以设计值高出性能考核值是合理的。与运行值相比，施工图阶段调整后的厂用电率仅高出4.5％，是可以接受的[8]。

对照《火力发电厂技术经济指标计算方法》[3]提供的电厂生产厂用电率Lcy计算方法：式中：Wcy为统计期内厂用电量；Wf为统计期内发电量。与厂用电率设计值对比更贴切的是年运行值而不是性能考核值。

表2中调整系数的概念是依据厂用技规[1]附录A3得出的，主要反映辅机的运行日平均运行率，如24 h内负荷变动大的输煤系统取0.33，空压机、制氯、照明、公用取0.5。对用于变压器容量选择而言，这样的负荷统计法是合适的，因变压器不能因某一季节或工况负荷的变动而选小，必须选择适应各种工况的较大容量。用于厂用电率计算的负荷统计则不同，它是长期累积的概念，需要厂用各工况的加权均值。

对循泵而言，负荷随季节变动大，在厂用电率估算时需引入年平均负荷的概念。

4 季节变化对循泵厂用电率估算的影响

汽轮机设计背压、凝汽器冷却面积及循泵系统设置方式都是根据电厂所在地的平均冷却水温、最高水温条件并结合煤价、电价等经济因素进行优化设计按综合费用最低得出的[2]，如北仑三期工程汽机设计背压4.9 kPa（a）、凝汽器冷却面积为4.9万m2。实际运行中，凝汽器冷却面积和循泵系统设置方式是确定的，而不同季节水温是变化的。北仑各月平均水温（粗线）和季平均水温（细线）如图1，考虑到温排放的影响，各季平均水温考虑温升0.5℃，频率为10％的最高水温为28.9℃。如何随水温的变化调整循泵的运行模式，从而达到最节能的目的是循泵运行管理的关键[6]。

北仑三期工程冷端优化设计中提供了循泵的3种设计运行工况：夏季工况为1机2泵、春秋季工况为2机3泵、冬季工况为1机1泵运行，如表3。按照这一全年运行模式，循泵年平均运行台数是每台机组1.5台。循泵的统计负荷就由表2中的7 600 kVA下降到5 700 kVA，可见循泵自身厂用电率设计值高估了33.3％。如将这一情况归入调整系数的概念中，则循泵应有0.75的调整系数。

经了解，北仑三期工程实际运行情况是每台机组春秋冬三季均运行1台泵，夏季当平均水温高于22.5℃时2台机组运行3台泵，没有出现因极端高水温而2台机组运行4台循泵的情况[7]。因此循泵的年平均运行台数还要进一步下降到1.125台，循泵的统计负荷可下降到4 275 kVA，可见循泵自身设计厂用电率较实际运行厂用电率高估了77.8％。

表3 北仑三期工程循环冷却水系统设计工况Tab.3 Circulated coolingwater systyem’sdesign conditi on of Beilu unN No.3 power plant

由以上分析可见，在循泵配置上，1机多泵或可调叶泵更灵活，更有利于降低能耗和厂用电率[9]；在系统配置上扩大单元制更有利于降低能耗和厂用电率。其次，对具体项目，将厂用电率设计值与性能考核值直接进行对比有些欠妥，因所处季节不同，考核期内的厂用电率难以反映厂用电率的全年水平，而与年生产厂用电率对比较合理。

5 循泵K值对循泵厂用电率的影响

北仑三期工程循泵在机组100％负荷时实际运行功率为3 517 kW，由此得出的负荷率为0.93[4]，如考虑每段时间内循泵均连续运行，同时率取1，则K值应为1.25，按照厂用技规的要求K值取1，厂用电率低估了20％。统计负荷为7 125 kVA，厂用电率仍高估了6.7％。

如将年均运行台数归入同时率的概念，则同时率取0.75，K值为0.94，厂用技规的K值较设计值高估了6.39％。

对用于选择厂用变压器的负荷统计，因变压器应承受任何季节、任何工况所量全部负荷，故厂用技规提供的K值用于厂用变选择是相对合适的，而将此值用于厂用电率计算偏差较大，可通过增加调整系数的方法予以调整。

6 结论与建议

对一次循环的电厂，机组循环水系统厂用电率计算需按年均负荷量计算；可引入调整系数的概念来提高用换算系数法计算循环水系统厂用电率的准确性。建议：根据冷端优化时采用的运行模式计算全年平均厂用电率并确定调整系数，以便适应环境温度的变化；进行方案技经比较时，选择更有利于节电运行的循泵配置方案，如1机多泵等；电厂应加强对循泵的运行管理，制定循泵启动台数与温度的对应关系，节约厂用电。

[1]DL/T 5153—2002火力发电厂厂用电设计技术规定[S].北京：中国电力出版社，2002.

[2]DL/T 5339—2006火力发电厂水工设计规范[S].北京：中国电力出版社，2006.

[3]DL/T 940—2004火力发电厂技术经济指标计算方法[S].北京：中国电力出版社，2004.

[4]西北电力设计院.电力工程电力设计手册[M].北京：水利电力出版社，1989.

[5]戴悦，汪海霞，李淑芳.百万容量火电机组厂用电率设计值与运行值的差异浅析[J].电力勘测设计，2010（2）：32-35.

[6]魏显安，聂军.降低厂用电率的措施和方法[J].电力工程技术，2006（12）：30-32.

[7]杨旭中，梁玉兰.火电厂综合设计技术[M].2版.北京：中国电力出版社，2007.

[8]Q/DG 1-D010-2010 1 000MW级机组厂用电设计导则[S].北京：中国电力工程顾问集团公司，2010.

[9]李青，高山，薛彦廷.火力发电厂节能技术及其应用[M].北京：中国电力出版社，2007.