主變壓器損耗率異常的分析

張玉華

勝利油田東辛采油廠 山東東營(yíng) 257000

1 存在的問(wèn)題

近幾年來(lái),發(fā)電廠機(jī)組負(fù)荷率逐年降低,環(huán)保設(shè)施改造升級(jí),供熱面積增大,造成發(fā)電廠用電率逐年呈上升趨勢(shì)。

某電廠廠用電率統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 某電廠廠用電率統(tǒng)計(jì)

分析表1數(shù)據(jù),2017年以來(lái),因綠電消納及外電入魯,機(jī)組負(fù)荷率逐年降低。另外,脫硫超低排放改造增加了脫硫循環(huán)泵等大量6 kV電壓等級(jí)設(shè)施,廠用電量增加,發(fā)電廠用電率呈上升趨勢(shì)。2019年組織脫硝系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行,大幅減小了空氣預(yù)熱器的差壓,一期、二期風(fēng)機(jī)電耗及制粉電耗同比降低7%,因此在2019年機(jī)組負(fù)荷率降低的情況下,發(fā)電廠用電率沒(méi)有明顯升高。

2016年至2019年,全廠供熱比逐年提高,外網(wǎng)供熱需求增大,供熱廠用電增加基本正常。

2017年之后,全廠主變壓器損耗大幅增加。調(diào)取近幾年數(shù)據(jù),選取近兩年12個(gè)時(shí)刻3號(hào)、4號(hào)機(jī)組的功率進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)4號(hào)主變壓器損耗隨機(jī)組負(fù)荷高低變化,總體比3號(hào)主變壓器損耗高1 000 kW～3 000 kW,4號(hào)主變壓器損耗率達(dá)到3號(hào)主變壓器損耗率的3～8倍。如能查清4號(hào)主變壓器損耗率大的原因,并進(jìn)行解決,可以降低廠用電率,經(jīng)濟(jì)效益可觀。

2 主變壓器損耗率理論原因

主變壓器損耗電量由機(jī)組發(fā)電量減去主變壓器出口電量、高廠變壓器電量、勵(lì)磁變壓器電量后得到,主變壓器損耗率為主變壓器損耗電量與機(jī)組發(fā)電量減去高廠變壓器電量、勵(lì)磁變壓器電量后所得結(jié)果的比值。

分析主變壓器損耗率超標(biāo)的原因,主要是變壓器自身存在問(wèn)題,或電能計(jì)量裝置有誤差。影響電能計(jì)量裝置誤差的因素主要有三方面。

(1) 電流互感器和電壓互感器。根據(jù)《電力互感器檢定規(guī)程》,當(dāng)一次電流由小變大時(shí),電流互感器的誤差相對(duì)由大變小。即使一次電流相對(duì)變化較小,電流互感器也會(huì)在誤差合格范圍內(nèi)出現(xiàn)較大誤差,從而造成電能統(tǒng)計(jì)誤差增大。電壓互感器與電流互感器運(yùn)行特性曲線基本相同。由于電壓互感器通常運(yùn)行在額定電壓下,因此電壓互感器一次電壓的較小變化對(duì)電壓互感器誤差的影響不大。

(2) 電流互感器二次回路和電壓互感器二次回路。電流互感器二次回路斷路、接觸不良,會(huì)造成電能表電流減小,導(dǎo)致電量損失。電壓互感器二次回路斷路或接觸電阻值過(guò)大,會(huì)使電能表處二次壓降超標(biāo),同樣會(huì)導(dǎo)致電量損失,進(jìn)而影響電能結(jié)算。

(3) 電能表。電能表的準(zhǔn)確度等級(jí)、穩(wěn)定性和工作電磁環(huán)境均會(huì)影響電能表計(jì)量的準(zhǔn)確性。

3 問(wèn)題原因查找

發(fā)電廠的生產(chǎn)是連續(xù)不間斷的,任何時(shí)候都可能出現(xiàn)問(wèn)題。如電流回路有微小分流或電壓回路壓降過(guò)大等,都會(huì)導(dǎo)致關(guān)口電量減小,并且不易被察覺(jué),最終發(fā)電廠的效益會(huì)受到極大影響。要想解決問(wèn)題,首先要發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,掌握主變壓器損耗與電能計(jì)量的影響關(guān)系,根據(jù)主變壓器損耗率偏差去發(fā)現(xiàn)電能計(jì)量問(wèn)題或根據(jù)電能計(jì)量偏差去分析主變壓器損耗率。

3.1 4號(hào)主變壓器檢查

查看近幾年4號(hào)主變壓器檢修記錄,各項(xiàng)指標(biāo)均合格。查詢歷年來(lái)電氣試驗(yàn)及油樣色譜分析,未發(fā)現(xiàn)主變壓器相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有變化,油樣內(nèi)氣體成分也變化不大。目前4號(hào)主變壓器運(yùn)行正常,主變壓器溫度及其它參數(shù)沒(méi)有明顯變化,基本排除變壓器自身因素。

3.2 電壓互感器和電流互感器檢查

利用4號(hào)機(jī)組大小修時(shí)間,對(duì)4號(hào)機(jī)組的關(guān)口電壓互感器、電流互感器,以及發(fā)電機(jī)出口電壓互感器、電流互感器進(jìn)行檢查檢驗(yàn),均合格,由此排除電壓互感器和電流互感器自身原因。

3.3 電能表檢查

先后進(jìn)行三次電能表精度校驗(yàn),并且更換電能表,均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

3.4 電壓互感器二次回路和電流互感器二次回路檢查

(1) 計(jì)量電能表處電壓、電流幅值和相位檢測(cè)。利用PEC-H3A三相電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀檢測(cè)4號(hào)發(fā)電機(jī)電能表、4號(hào)高廠變壓器電能表、4號(hào)主變壓器電能表的二次電壓、電流輸入值,得到幅值與相位關(guān)系,見(jiàn)表2。

表2 電能表電壓、電流幅值與相位檢測(cè)

通過(guò)表2數(shù)據(jù)可以看出,發(fā)電機(jī)電壓互感器輸出正常,主變壓器高壓側(cè)A相電壓幅值與另外兩相偏差較大。

(2) 主變解壓器電壓互感器計(jì)量回路二次壓降檢測(cè)。為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,避免儀器誤差,更換設(shè)備后,對(duì)4號(hào)主變壓器出口電壓互感器二次壓降進(jìn)行測(cè)量,并再次在電壓互感器就地端子箱和電能表側(cè)對(duì)輸入電壓進(jìn)行測(cè)量,數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 4號(hào)主變壓器出口電壓互感器測(cè)量結(jié)果

通過(guò)表3數(shù)據(jù)可以看出,仍然存在主變壓器高壓側(cè)A相電壓幅值與另外兩相偏差較大的情況,且與表2數(shù)據(jù)相近。

(3) 3號(hào)主變壓器電壓互感器與4號(hào)主變壓器電壓互感器幅值對(duì)比。對(duì)3號(hào)主變壓器出口電壓互感器與4號(hào)主變壓器出口電壓互感器的計(jì)量繞組進(jìn)行測(cè)量,數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 主變壓器出口電壓互感器計(jì)量繞組測(cè)量結(jié)果

(4) 核對(duì)相關(guān)計(jì)量回路設(shè)備參數(shù)。為保證電能表計(jì)算數(shù)據(jù)沒(méi)有問(wèn)題,再次核對(duì)4號(hào)機(jī)組相關(guān)設(shè)備變比參數(shù),見(jiàn)表5。

表5 4號(hào)機(jī)組設(shè)備變比參數(shù)

通過(guò)檢查,未發(fā)現(xiàn)4號(hào)機(jī)組勵(lì)磁變壓器存在與電能誤差有關(guān)的錯(cuò)誤。

(5) 對(duì)比3號(hào)機(jī)組、4號(hào)機(jī)組同期功率數(shù)據(jù)。按照功率差為發(fā)電機(jī)功率減去主變壓器高壓側(cè)功率與高廠變壓器高壓側(cè)功率之和,在一體化系統(tǒng)中查找2018年4月至2020年3月間的12組數(shù)據(jù),見(jiàn)表6。

表6 3號(hào)機(jī)組與4號(hào)機(jī)組同期功率數(shù)據(jù)

通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算,發(fā)現(xiàn)在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),4號(hào)機(jī)組的損耗隨機(jī)組負(fù)荷高低變化,是同期3號(hào)機(jī)組的3～8倍。

(6) 測(cè)試4號(hào)勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)功率參數(shù)。為了徹底掌握功率流向,對(duì)4號(hào)勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)功率參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試,數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。機(jī)組有功功率為270.43 MW,無(wú)功功率為155.82 Mvar,勵(lì)磁電流為1 951 A。4號(hào)勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)電壓相位,AB相間為120.6°,BC相間為119.4°,CA相間為119°。

計(jì)算得到4號(hào)勵(lì)磁變壓器有功功率為749.39 kW,無(wú)功功率為2 313.04 kvar。

通過(guò)本次試驗(yàn),在全廠第一次通過(guò)試驗(yàn)掌握了勵(lì)磁變壓器消耗功率的數(shù)據(jù),驗(yàn)證了勵(lì)磁變壓器的有功功率、無(wú)功功率及功率因數(shù)。通過(guò)功率平衡分析,確認(rèn)4號(hào)主變壓器低壓側(cè)功率消耗仍較大。

表7 4號(hào)勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)功率參數(shù)

(7) 4號(hào)主變壓器高壓側(cè)電壓互感器檢查。對(duì)比了2017年2月前后4號(hào)主變壓器高壓側(cè)電壓互感器試驗(yàn)數(shù)據(jù),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常。為了排除電壓互感器運(yùn)行中內(nèi)部過(guò)熱問(wèn)題,對(duì)4號(hào)主變壓器高壓側(cè)電壓互感器進(jìn)行紅外成像,并與常規(guī)成像進(jìn)行對(duì)比,如圖1所示。

從現(xiàn)場(chǎng)觀察和成像圖像看,未發(fā)現(xiàn)頂部接觸不良和內(nèi)部過(guò)熱問(wèn)題。

4 問(wèn)題分析

4號(hào)主變壓器自2015年9月10日送電后,電能表回路一直沒(méi)有改動(dòng)過(guò),其間只在2016年9月19日更換過(guò)電能表。按照統(tǒng)計(jì),2017年2月15日以后4號(hào)主變壓器損耗開(kāi)始增大,因此損耗增大的原因不是電壓互感器二次回路壓降大。

通過(guò)電能表校驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)表計(jì)存在問(wèn)題。

通過(guò)勵(lì)磁變壓器功率測(cè)試,發(fā)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷為270.22 MW時(shí),約有1.5 MW的有功功率不知去向,按照功率和變比計(jì)算,單相電壓低1.191 9 V即可造成這一誤差。

調(diào)取近幾年數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)2017年2月15日以后,4號(hào)主變壓器損耗明顯增大。2017年2月15日當(dāng)天,4號(hào)機(jī)組運(yùn)行情況如下:10:09,220 kV萬(wàn)九Ⅱ線跳閘,高頻距離保護(hù)動(dòng)作,重合閘動(dòng)作后加速跳閘,220 kV ⅡB段母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘,該母線上所有線路、裝置跳閘,4號(hào)機(jī)組跳閘;檢查原因?yàn)槿f(wàn)九Ⅱ線217-2隔離開(kāi)關(guān)C相氣室擊穿,ⅡB段母線轉(zhuǎn)檢修;18:18,4號(hào)機(jī)組在ⅠB段母線恢復(fù)運(yùn)行。事故時(shí),3號(hào)、4號(hào)主變壓器高壓側(cè)電壓互感器電壓分別見(jiàn)表8、表9。

查看記錄,2017年11月14日4號(hào)主變壓器高壓側(cè)電壓互感器電壓明顯偏差較大,見(jiàn)表10。

表8 事故時(shí)3號(hào)主變壓器高壓側(cè)電壓互感器電壓

表9 事故時(shí)4號(hào)主變壓器高壓側(cè)電壓互感器電壓

表10 2017年11月14日4號(hào)主變壓器高壓側(cè)電壓互感器電壓

結(jié)合以上數(shù)據(jù),4號(hào)主變壓器損耗率增大是發(fā)生故障后主變壓器電壓互感器二次回路出現(xiàn)問(wèn)題,表計(jì)測(cè)量不準(zhǔn),唯一可以解釋的原因就是電壓互感器變比存在較大誤差。為檢驗(yàn)4號(hào)主變高壓側(cè)204-PT電壓互感器A相電壓誤差是否對(duì)主變壓器損耗產(chǎn)生等量影響,將原電能量計(jì)量系統(tǒng)電能表與關(guān)口計(jì)量電能表進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比試驗(yàn)。4號(hào)主變壓器204斷路器處于220 kVⅡB段母線上,應(yīng)將ⅡB段母線電壓互感器電壓接入新加電能表,保持電流回路與原關(guān)口電能表電流回路一致?？紤]到母線電壓互感器精度為0.5級(jí),電壓由ⅡB段母線最近間隔218萬(wàn)九Ⅱ線的0.2級(jí)電壓互感器提供計(jì)量電壓。試驗(yàn)前接線如圖2所示,試驗(yàn)接線如圖3所示。

為保證數(shù)據(jù)有效性,試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為70 h。試驗(yàn)前對(duì)各個(gè)電能表再次校驗(yàn),保證滿足儀器標(biāo)稱精度。通過(guò)試驗(yàn)得到4號(hào)機(jī)組電能數(shù)據(jù),見(jiàn)表11。

試驗(yàn)中,主變壓器關(guān)口計(jì)量電能表總損耗為142.240 MWh,電能量計(jì)量系統(tǒng)電能表總損耗為61.984 MWh。從數(shù)據(jù)看,主變壓器關(guān)口計(jì)量電能表相比電能量計(jì)量系統(tǒng)電能表每小時(shí)多計(jì)1 147 kWh損耗。通過(guò)對(duì)變損計(jì)算和對(duì)比,主變壓器損耗率由0.762%降低為0.332%,降低了0.43個(gè)百分點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn),確認(rèn)4號(hào)主變壓器高壓側(cè)204-PT電壓互感器A相電壓偏低是造成4號(hào)主變壓器損耗率誤差偏大的主要原因。

圖2 試驗(yàn)前接線

圖3 試驗(yàn)接線

表11 4號(hào)機(jī)組試驗(yàn)電能數(shù)據(jù)

試驗(yàn)后再次對(duì)4號(hào)主變壓器高壓側(cè)204-PT電壓互感器三組電壓進(jìn)行測(cè)量,數(shù)據(jù)見(jiàn)表12。

表12 4號(hào)主變壓器高壓側(cè)204-PT電壓互感器電壓測(cè)量結(jié)果

按照A相電壓低于正常值1.5 V計(jì)算,核查高壓側(cè)電流平均值為2.975 A,功率因數(shù)為0.88,初步計(jì)算功率誤差為2 073 kW。從數(shù)據(jù)看,除星型接法A相電壓低外,開(kāi)口三角接法A相電壓也略微偏低,三組二次電壓都偏低,只有電壓互感器一次繞組存在故障時(shí),才會(huì)造成三組二次電壓都偏低,再次準(zhǔn)確定位了電壓互感器故障問(wèn)題,并且與電壓互感器接地點(diǎn)、二次壓降、電能表、一次設(shè)備均無(wú)關(guān)。

由此通過(guò)試驗(yàn),再次驗(yàn)證了4號(hào)主變壓器高壓側(cè)204-PT電壓互感器A相電壓偏低是造成4號(hào)主變壓器計(jì)算誤差偏大的主要原因。

5 解決措施

通過(guò)目前的各項(xiàng)測(cè)試和試驗(yàn),可以判斷主變壓器不存在損耗增大的問(wèn)題,出現(xiàn)主變壓器損耗率異常的主要原因是4號(hào)主變壓器高壓側(cè)電壓互感器A相電壓偏低。4號(hào)主變壓器電能表不是采油廠供電量的結(jié)算電能表,而是油田考核采油廠供電量的電能表。更換該電壓互感器,需要較長(zhǎng)的采購(gòu)、施工周期,勢(shì)必對(duì)采油廠的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)有相當(dāng)大影響,應(yīng)采取其它方式盡快解決。由于主變壓器電壓和母線電壓一致,在電量對(duì)比試驗(yàn)時(shí),采取了變更電壓回路的方式,基于此,可以將4號(hào)主變壓器電能表的電壓回路變更為母線電壓回路。母線電壓互感器的精度為0.5級(jí),雖然不符合貿(mào)易計(jì)量的技術(shù)要求,但是仍然可以降低電量損失。

4號(hào)主變壓器電能表是東營(yíng)供電公司資產(chǎn),并已將電量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳,不能隨意變動(dòng),對(duì)此,與東營(yíng)供電公司多次協(xié)商,說(shuō)明變更4號(hào)主變壓器電能表電壓回路接線對(duì)雙方供電量結(jié)算沒(méi)有影響,最終東營(yíng)供電公司同意采油廠變更電壓回路接線。

班組辦理工作票,將4號(hào)主變壓器220 kV側(cè)電能表輸入電壓由204-PT電壓互感器改接為220 kVⅡB段母線電壓互感器二次第一組電壓。變更接線一個(gè)月后,主變壓器損耗率由原來(lái)的0.45%降低至0.28%,效果明顯。通過(guò)實(shí)施這一解決措施,每天將增加4號(hào)主變壓器2.5萬(wàn)kWh～3萬(wàn)kWh的電能考核,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

6 相關(guān)建議

針對(duì)變壓器損耗率異常問(wèn)題,建議檢查主變壓器電壓互感器二次電壓三相幅值。對(duì)于存在主變壓器電壓互感器二次電壓多次測(cè)量都有幅值偏差較大的情況,建議利用停機(jī)時(shí)間進(jìn)行檢查、定性試驗(yàn)。目前采油廠內(nèi)沒(méi)有合適的試驗(yàn)儀器,無(wú)法開(kāi)展變比、角差等特性試驗(yàn),考慮引進(jìn)外部試驗(yàn)單位對(duì)主變壓器電壓互感器進(jìn)行變比、角差等特性試驗(yàn),進(jìn)而得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

同時(shí)建議對(duì)升壓站,特別是二期區(qū)域接地網(wǎng)進(jìn)行全面檢測(cè)。按照目前主變壓器電壓互感器二次電壓A相偏低的問(wèn)題,除進(jìn)行電壓互感器特性試驗(yàn)外,結(jié)合其它母線動(dòng)作和分段斷路器不明原因動(dòng)作,檢查升壓站電壓互感器區(qū)域大接地網(wǎng)是否良好,電壓互感器接地點(diǎn)電阻數(shù)據(jù)是否合格。另一方面,落實(shí)計(jì)量電壓互感器二次接地點(diǎn)問(wèn)題。如果電壓互感器變比沒(méi)有問(wèn)題,那么要考慮中性點(diǎn)漂移的問(wèn)題。