30 MW生物質(zhì)發(fā)電廠主變節(jié)能改造實(shí)例

趙鵬

(國(guó)能生物技術(shù)咨詢有限公司，北京 100083)

我國(guó)是能源消耗大國(guó)，節(jié)能減排和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是我國(guó)當(dāng)前的重要國(guó)策和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。據(jù)國(guó)家能源局公布的數(shù)據(jù)顯示:2011年上半年中國(guó)全社會(huì)用電量累計(jì)22 515億kW·h，其中，工業(yè)用電占全社會(huì)用電量的比重超過(guò)74%。所以我國(guó)“十二五”期間節(jié)能減排工作的重中之重就是對(duì)工業(yè)用戶的節(jié)能改造［1］。生物質(zhì)發(fā)電作為電力行業(yè)的新生力量，在我國(guó)電力行業(yè)中正在發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。因此，對(duì)生物質(zhì)電廠的節(jié)能改造工作是有著重大意義的。我國(guó)的S9系列變壓器是20世紀(jì)80年代中期推出的，價(jià)格較S7系列平均高出20%，鐵損平均降低8%，銅損平均降低24%。而目前常用的S11系列變壓器鐵芯改變了以往的疊片式結(jié)構(gòu)，硅鋼片連續(xù)卷制，鐵芯無(wú)接縫，大大減少了磁阻，空載電流減少了60%～80%，因此提高了功率因數(shù)，減低了損耗。相比于S9系列變壓器，S11系列鐵損降低了75%，銅損與S9差不多，價(jià)格增加了30%［1］。

表1 本項(xiàng)目所在電廠投產(chǎn)以來(lái)的主要生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)列表

1 工程概況

本項(xiàng)目所在的生物質(zhì)發(fā)電廠主變壓器為正泰電氣股份有限公司電力變壓器公司生產(chǎn)的 SF9－40000/110型油浸式電力變壓器，電廠自2007年正式投入運(yùn)行以來(lái)，綜合廠用電率一直居高不下，主變損耗作為其中一項(xiàng)指標(biāo)近年來(lái)平均為182.33萬(wàn)kW·h/年，與同類型的SF9系列變壓器相比，明顯偏大。該項(xiàng)目自2007年至2012年的主要生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。年發(fā)電量平均為1.98億kW·h，綜合廠用電量率為13.13%，主變損耗為182.33萬(wàn)kW·h。

2 存在的主要問(wèn)題及分析

2.1 主要問(wèn)題

變壓器的損耗由空載損耗和負(fù)載損耗組成。其中空載損耗基本不隨負(fù)荷的波動(dòng)而變化，變壓器的損耗主要是指負(fù)載損耗。變壓器的損耗計(jì)算公式為［2］

式中 P0——變壓器空載損耗;

PK——變壓器額定負(fù)載損耗; St——實(shí)測(cè)的變壓器瞬時(shí)功率; SN——變壓器額定功率; T——能耗統(tǒng)計(jì)時(shí)間。

公式(1)為積分型式，計(jì)算起來(lái)不夠簡(jiǎn)便，這里我們使用工程中常用的簡(jiǎn)化公式來(lái)計(jì)算［3］

式中 ΔAR——變壓器運(yùn)行損耗;

Pk——負(fù)載損耗;

K——負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù);

β——平均負(fù)載系數(shù)。

由于主變?cè)O(shè)計(jì)選型的遺留問(wèn)題，該項(xiàng)目從2007年4月機(jī)組投產(chǎn)后，主變壓器耗電量一直偏高。以2012年1月份為例，發(fā)電量為2 032.44萬(wàn)kW·h，運(yùn)行時(shí)間為744 h，平均負(fù)荷為27.318 MW，主變耗電量為14.27萬(wàn)kW·h，即每小時(shí)平均主變耗電量為191.8 kW·h。主變的視在功率按40 MVA計(jì)算，根據(jù)公式ΔAR=K2β2PKT，此處K取1.05，功率因數(shù)取0.9(項(xiàng)目所在地地調(diào)對(duì)電廠的功率因數(shù)考核最低值)。則主變損耗應(yīng)為:168.9 × (1.05×27.318/0.9/40)2+25.5=132.73 kW，實(shí)際損耗與銘牌標(biāo)定差值為:191.8－132.73=59.07 kW，即平均每天多損耗電量:1 417.68 kW·h。

經(jīng)過(guò)與外網(wǎng)110 kV線路PT、CT廠家、主變廠家、電力研究院及當(dāng)?shù)毓╇姽具M(jìn)行多次聯(lián)系和分析、查找原因后，采取了以下措施:

(1)2008年10月將110 kV線路CT由原來(lái)的500/1改接為250/1，改接后主變耗電量沒(méi)有降低;

(2)2009年1月對(duì)發(fā)電機(jī)CT、PT進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。發(fā)電機(jī)CT(LMZB3－10，變比4000/5)校驗(yàn)誤差為0.1%，小于規(guī)定值0.2%，合格;發(fā)電機(jī)PT (JDZX9－6，60 00/100/3，0.5級(jí))，三相

(4)2009年7月將發(fā)電機(jī)PT進(jìn)行更換，更換發(fā)電機(jī)的PT型號(hào)為 JDZX9－6 6000//100/ 3，0.2/3P級(jí)，計(jì)量等級(jí)為0.2級(jí)。更換發(fā)電機(jī)PT后，主變耗電量由原來(lái)的 243.4 kW左右降至198 kW左右。

對(duì)變壓器本體運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后的情況如下:

(1)變壓器負(fù)載損耗銘牌標(biāo)定值與實(shí)際有偏差，空載損耗與實(shí)際相差不大;

(2)主變壓器接線方式為發(fā)電機(jī)出線通過(guò)母排至主變壓器，變壓器升壓后經(jīng)高壓側(cè)開(kāi)關(guān)至110 kV線路送至變電站。發(fā)電量計(jì)量點(diǎn)為發(fā)電機(jī)出口，上網(wǎng)電量計(jì)量點(diǎn)為主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)后，電抗器計(jì)量點(diǎn)校驗(yàn)誤差為0.69%左右，大于規(guī)定值0.5%，不合格;

(3)多次對(duì)發(fā)電機(jī)、110 kV線路、6 kV分支電抗器、勵(lì)磁變、35 kV啟備變電能表進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)結(jié)果均合格，在誤差范圍之內(nèi);為電抗器進(jìn)線開(kāi)關(guān)前，勵(lì)磁變計(jì)量點(diǎn)為勵(lì)磁變高壓側(cè);

(3)主變壓器自2006年安裝至今，運(yùn)行情況穩(wěn)定，以往預(yù)防性試驗(yàn)及油質(zhì)化驗(yàn)均合格。變壓器溫升正常，環(huán)境溫度為0℃時(shí)，變壓器油溫為30～40℃，變壓器繞組溫度為45～50℃;

(4)變壓器負(fù)荷較穩(wěn)定，有功負(fù)荷為 25～28 MW，無(wú)功負(fù)荷為 10～13 MVar，功率因數(shù)為0.88～0.92;

(5)2012年2月對(duì)發(fā)電機(jī)出線母排、發(fā)電機(jī)出線至主變壓器環(huán)形鋼架、汽機(jī)房母排、汽機(jī)房母排蓋板進(jìn)行了測(cè)溫，溫度均在正常范圍內(nèi)。

通過(guò)上述分析，基本排除了表計(jì)計(jì)量誤差造成的損耗高的原因。

2.2 原因分析

主變壓器自2006年安裝至今，運(yùn)行情況穩(wěn)定，以往預(yù)防性試驗(yàn)及油質(zhì)化驗(yàn)均合格。損耗高的原因，判斷為變壓器制造時(shí)使用的矽鋼片為國(guó)產(chǎn)低質(zhì)材料所致。

3 改造方案及經(jīng)濟(jì)分析

對(duì)于主變基礎(chǔ)，經(jīng)核實(shí)，原有基礎(chǔ)軌距為2 040 mm，與新增變壓器軌距尺寸一致，可以用于新主變，原基礎(chǔ)不需做改造。由于SF11型變壓器外形尺寸較SF9型略大，在訂貨時(shí)要求廠家在符合國(guó)標(biāo)的情況下將高度降低，滿足了與原有的共箱母線的接線的要求。

2012年底，利用A修機(jī)會(huì)進(jìn)行了施工改造，主變更換為SF11型新型變壓器。由于只涉及到變壓器的拆裝，只對(duì)110 kV升壓站地面基礎(chǔ)進(jìn)行了少量施工。

項(xiàng)目改造總投資215萬(wàn)元，為固定資產(chǎn)投資。其中安裝及服務(wù)費(fèi)為6萬(wàn)元。

表2中所列為目前9型與11型變壓器銘牌標(biāo)定值的對(duì)比?？梢钥闯?，空載損耗降低了2 kW，負(fù)載損耗降低了38 kW。

4 改造后的效果分析

改造前主變2012年前4個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。月均耗電量為12.26萬(wàn)kW·h。改造完成后，項(xiàng)目節(jié)能降耗成果顯著。年節(jié)省電量71.52萬(wàn)kW·h，由于生物質(zhì)電廠享受國(guó)家節(jié)能補(bǔ)貼電價(jià)［4］，上網(wǎng)電價(jià)按0.75元/kW·h計(jì)算［5］，節(jié)省資金53.64萬(wàn)元，節(jié)電率達(dá)到了48.65%。

表2 主變壓器規(guī)格

表3 主變運(yùn)行數(shù)據(jù)表(2012年)

表4 更換主變后的節(jié)能效益表(同型號(hào))

表5 更換主變后的節(jié)能效益表(新型號(hào))

由表4可以看出，更換為原型號(hào)的主變，每年節(jié)省電量48.6萬(wàn)kW·h，節(jié)電率為33.1%，節(jié)省資金36.48萬(wàn)元。1月份主變損耗為14.27萬(wàn)kW·h，改造后的的損耗為9.88萬(wàn)kW·h(ΔAR=K2β2PKT= 168.9× (1.05×27.318/0.9/40)2+25.5=132.73，132.73×744=9.88萬(wàn)kW·h)。

由表5可以看出，更換為SF11新型號(hào)的主變，每年節(jié)省電量71.52萬(wàn)kW·h，節(jié)電率為48.65%，節(jié)省資金53.64萬(wàn)元，減排CO2644 t。1月份主變損耗為14.27萬(wàn)kW·h，改造后的的損耗為7.93萬(wàn)kW·h(ΔAR=K2β2PKT=130.9×(1.05×27.318/ 0.9/40)2+23.5=106.59，106.59×744=7.93萬(wàn)kW·h)。

5 探討及結(jié)論

5.1 探討

30 MW生物質(zhì)電廠目前選擇的主變?nèi)萘繛?0 MVA，負(fù)荷占主變?nèi)萘康?5%，一般的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)值在60%，更能滿足變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線［6］，詳見(jiàn)圖1。通過(guò)對(duì)目前該集團(tuán)公司主要設(shè)備廠商的詢價(jià)和技術(shù)咨詢，發(fā)現(xiàn)價(jià)格50 MVA的主變較40 MVA高出約50萬(wàn)，負(fù)載損耗為122 kW，比40 MVA的主變多出32 kW，通過(guò)公式測(cè)算出，全年多節(jié)省廠用電量為 25萬(wàn) kWh，多節(jié)省電費(fèi) 19萬(wàn)元，考慮到40 MVA主變本體投資已經(jīng)是209萬(wàn)元，如果更換為50 MVA的主變壓器，投資回收期過(guò)長(zhǎng)，綜合考慮后，依然選擇了40 MVA容量的主變壓器［7］。

更換為原型號(hào)的主變改造沒(méi)有實(shí)施，表中數(shù)據(jù)均為理論計(jì)算值。技改中直接將主變壓器替換為了SF11型。由于2013年度與2012年度同期的月發(fā)電量和月運(yùn)行小時(shí)數(shù)有差異，造成改造前后主變耗電量計(jì)算基準(zhǔn)不一致，故列表計(jì)算比較時(shí)，仍以2012年第一季度的運(yùn)行數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，以上表格中數(shù)據(jù)為理論計(jì)算值。在考慮殘值率的情況下，還應(yīng)該考慮主變的沉沒(méi)成本［8］。如果考慮沉沒(méi)成本，主變的回收期會(huì)有所增加［9］。

圖1 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)

圖2 主變壓器外觀

圖3 紅外測(cè)溫圖

2013年4月份對(duì)主變壓器進(jìn)行了測(cè)試，通過(guò)紅外熱像原理測(cè)得主變的效率為95%［10］，使更換后的主變壓器效率得到了提升。紅外熱像實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)僅作為該項(xiàng)目的輔助數(shù)據(jù)，實(shí)際的節(jié)能效果以表計(jì)計(jì)量為準(zhǔn)。

5.2 結(jié)論

根據(jù)2013年度前四個(gè)月的實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表并推算到全年的節(jié)電量，可以看到，節(jié)電量在原來(lái)計(jì)算的基礎(chǔ)上多了5.61%，即實(shí)際節(jié)省電量75.53萬(wàn)kW·h，節(jié)電率為51.34%，節(jié)省資金56.65萬(wàn)元，減排CO2680 t［11］，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能目標(biāo)。由于原基建項(xiàng)目為EPC模式，通過(guò)跟原總包方的協(xié)調(diào)，更換下來(lái)的主變做報(bào)廢處理。

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