30 MW生物质发电厂主变节能改造实例

赵鹏

(国能生物技术咨询有限公司，北京 100083)

我国是能源消耗大国，节能减排和发展低碳经济是我国当前的重要国策和实现可持续发展的重要保证。据国家能源局公布的数据显示:2011年上半年中国全社会用电量累计22 515亿kW·h，其中，工业用电占全社会用电量的比重超过74%。所以我国“十二五”期间节能减排工作的重中之重就是对工业用户的节能改造［1］。生物质发电作为电力行业的新生力量，在我国电力行业中正在发挥着越来越大的作用。因此，对生物质电厂的节能改造工作是有着重大意义的。我国的S9系列变压器是20世纪80年代中期推出的，价格较S7系列平均高出20%，铁损平均降低8%，铜损平均降低24%。而目前常用的S11系列变压器铁芯改变了以往的叠片式结构，硅钢片连续卷制，铁芯无接缝，大大减少了磁阻，空载电流减少了60%～80%，因此提高了功率因数，减低了损耗。相比于S9系列变压器，S11系列铁损降低了75%，铜损与S9差不多，价格增加了30%［1］。

表1 本项目所在电厂投产以来的主要生产运行数据列表

1 工程概况

本项目所在的生物质发电厂主变压器为正泰电气股份有限公司电力变压器公司生产的 SF9－40000/110型油浸式电力变压器，电厂自2007年正式投入运行以来，综合厂用电率一直居高不下，主变损耗作为其中一项指标近年来平均为182.33万kW·h/年，与同类型的SF9系列变压器相比，明显偏大。该项目自2007年至2012年的主要生产运行数据见表1。年发电量平均为1.98亿kW·h，综合厂用电量率为13.13%，主变损耗为182.33万kW·h。

2 存在的主要问题及分析

2.1 主要问题

变压器的损耗由空载损耗和负载损耗组成。其中空载损耗基本不随负荷的波动而变化，变压器的损耗主要是指负载损耗。变压器的损耗计算公式为［2］

式中 P0——变压器空载损耗;

PK——变压器额定负载损耗; St——实测的变压器瞬时功率; SN——变压器额定功率; T——能耗统计时间。

公式(1)为积分型式，计算起来不够简便，这里我们使用工程中常用的简化公式来计算［3］

式中 ΔAR——变压器运行损耗;

Pk——负载损耗;

K——负载波动损耗系数;

β——平均负载系数。

由于主变设计选型的遗留问题，该项目从2007年4月机组投产后，主变压器耗电量一直偏高。以2012年1月份为例，发电量为2 032.44万kW·h，运行时间为744 h，平均负荷为27.318 MW，主变耗电量为14.27万kW·h，即每小时平均主变耗电量为191.8 kW·h。主变的视在功率按40 MVA计算，根据公式ΔAR=K2β2PKT，此处K取1.05，功率因数取0.9(项目所在地地调对电厂的功率因数考核最低值)。则主变损耗应为:168.9 × (1.05×27.318/0.9/40)2+25.5=132.73 kW，实际损耗与铭牌标定差值为:191.8－132.73=59.07 kW，即平均每天多损耗电量:1 417.68 kW·h。

经过与外网110 kV线路PT、CT厂家、主变厂家、电力研究院及当地供电公司进行多次联系和分析、查找原因后，采取了以下措施:

(1)2008年10月将110 kV线路CT由原来的500/1改接为250/1，改接后主变耗电量没有降低;

(2)2009年1月对发电机CT、PT进行现场校验。发电机CT(LMZB3－10，变比4000/5)校验误差为0.1%，小于规定值0.2%，合格;发电机PT (JDZX9－6，60 00/100/3，0.5级)，三相

(4)2009年7月将发电机PT进行更换，更换发电机的PT型号为 JDZX9－6 6000//100/ 3，0.2/3P级，计量等级为0.2级。更换发电机PT后，主变耗电量由原来的 243.4 kW左右降至198 kW左右。

对变压器本体运行数据进行分析后的情况如下:

(1)变压器负载损耗铭牌标定值与实际有偏差，空载损耗与实际相差不大;

(2)主变压器接线方式为发电机出线通过母排至主变压器，变压器升压后经高压侧开关至110 kV线路送至变电站。发电量计量点为发电机出口，上网电量计量点为主变高压侧开关后，电抗器计量点校验误差为0.69%左右，大于规定值0.5%，不合格;

(3)多次对发电机、110 kV线路、6 kV分支电抗器、励磁变、35 kV启备变电能表进行校验，校验结果均合格，在误差范围之内;为电抗器进线开关前，励磁变计量点为励磁变高压侧;

(3)主变压器自2006年安装至今，运行情况稳定，以往预防性试验及油质化验均合格。变压器温升正常，环境温度为0℃时，变压器油温为30～40℃，变压器绕组温度为45～50℃;

(4)变压器负荷较稳定，有功负荷为 25～28 MW，无功负荷为 10～13 MVar，功率因数为0.88～0.92;

(5)2012年2月对发电机出线母排、发电机出线至主变压器环形钢架、汽机房母排、汽机房母排盖板进行了测温，温度均在正常范围内。

通过上述分析，基本排除了表计计量误差造成的损耗高的原因。

2.2 原因分析

主变压器自2006年安装至今，运行情况稳定，以往预防性试验及油质化验均合格。损耗高的原因，判断为变压器制造时使用的矽钢片为国产低质材料所致。

3 改造方案及经济分析

对于主变基础，经核实，原有基础轨距为2 040 mm，与新增变压器轨距尺寸一致，可以用于新主变，原基础不需做改造。由于SF11型变压器外形尺寸较SF9型略大，在订货时要求厂家在符合国标的情况下将高度降低，满足了与原有的共箱母线的接线的要求。

2012年底，利用A修机会进行了施工改造，主变更换为SF11型新型变压器。由于只涉及到变压器的拆装，只对110 kV升压站地面基础进行了少量施工。

项目改造总投资215万元，为固定资产投资。其中安装及服务费为6万元。

表2中所列为目前9型与11型变压器铭牌标定值的对比。可以看出，空载损耗降低了2 kW，负载损耗降低了38 kW。

4 改造后的效果分析

改造前主变2012年前4个月的运行数据见表3。月均耗电量为12.26万kW·h。改造完成后，项目节能降耗成果显著。年节省电量71.52万kW·h，由于生物质电厂享受国家节能补贴电价［4］，上网电价按0.75元/kW·h计算［5］，节省资金53.64万元，节电率达到了48.65%。

表2 主变压器规格

表3 主变运行数据表(2012年)

表4 更换主变后的节能效益表(同型号)

表5 更换主变后的节能效益表(新型号)

由表4可以看出，更换为原型号的主变，每年节省电量48.6万kW·h，节电率为33.1%，节省资金36.48万元。1月份主变损耗为14.27万kW·h，改造后的的损耗为9.88万kW·h(ΔAR=K2β2PKT= 168.9× (1.05×27.318/0.9/40)2+25.5=132.73，132.73×744=9.88万kW·h)。

由表5可以看出，更换为SF11新型号的主变，每年节省电量71.52万kW·h，节电率为48.65%，节省资金53.64万元，减排CO2644 t。1月份主变损耗为14.27万kW·h，改造后的的损耗为7.93万kW·h(ΔAR=K2β2PKT=130.9×(1.05×27.318/ 0.9/40)2+23.5=106.59，106.59×744=7.93万kW·h)。

5 探讨及结论

5.1 探讨

30 MW生物质电厂目前选择的主变容量为40 MVA，负荷占主变容量的75%，一般的设计经验值在60%，更能满足变压器的经济运行曲线［6］，详见图1。通过对目前该集团公司主要设备厂商的询价和技术咨询，发现价格50 MVA的主变较40 MVA高出约50万，负载损耗为122 kW，比40 MVA的主变多出32 kW，通过公式测算出，全年多节省厂用电量为 25万 kWh，多节省电费 19万元，考虑到40 MVA主变本体投资已经是209万元，如果更换为50 MVA的主变压器，投资回收期过长，综合考虑后，依然选择了40 MVA容量的主变压器［7］。

更换为原型号的主变改造没有实施，表中数据均为理论计算值。技改中直接将主变压器替换为了SF11型。由于2013年度与2012年度同期的月发电量和月运行小时数有差异，造成改造前后主变耗电量计算基准不一致，故列表计算比较时，仍以2012年第一季度的运行数据为基准，以上表格中数据为理论计算值。在考虑残值率的情况下，还应该考虑主变的沉没成本［8］。如果考虑沉没成本，主变的回收期会有所增加［9］。

图1 变压器经济运行区

图2 主变压器外观

图3 红外测温图

2013年4月份对主变压器进行了测试，通过红外热像原理测得主变的效率为95%［10］，使更换后的主变压器效率得到了提升。红外热像实测数据仅作为该项目的辅助数据，实际的节能效果以表计计量为准。

5.2 结论

根据2013年度前四个月的实际生产统计报表并推算到全年的节电量，可以看到，节电量在原来计算的基础上多了5.61%，即实际节省电量75.53万kW·h，节电率为51.34%，节省资金56.65万元，减排CO2680 t［11］，达到了预期的节能目标。由于原基建项目为EPC模式，通过跟原总包方的协调，更换下来的主变做报废处理。

［1］王承民，刘莉.配电网节能与经济运行［M］.北京:中国电力出版社，2011:106.

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［4］杨波，王保华，赵伟利，等.生物质发电国内外政策比较分析［J］.贵州农业科学，2009(4):172－174.

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