大型電力變壓器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督管理模式研究

樊 煒，張書琦，金涌川

(1.國家電網(wǎng)公司，北京 100005；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110005)

0 引言

近3年，國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)建設(shè)投資顯著增長，每年采購220 kV 及以上電壓等級變壓器數(shù)量近千臺，涉及金額上百億，產(chǎn)品型式多，涉及廠家多，質(zhì)量管控難度大。因此，研制集成化關(guān)鍵參數(shù)測量手段，采用統(tǒng)一的檢測規(guī)范和手段對集中規(guī)模招標的變壓器的質(zhì)量進行監(jiān)督和驗證，在不斷總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上改革質(zhì)量監(jiān)督管理模式勢在必行。

1 技術(shù)可行性驗證

1.1 測量對象范圍

可移動式大型電力變壓器關(guān)鍵參數(shù)測量系統(tǒng)對電壓等級在110 ～750 kV、單相容量在750 MVA及以下的電力變壓器的空載損耗和空載電流、負載損耗和短路阻抗、噪聲、長時交流感應(yīng)電壓下的局部放電量4 項關(guān)鍵參數(shù)進行測量，系統(tǒng)具有測量精度高(系統(tǒng)整體不確定度在2 %以內(nèi))、測量范圍廣(可對110～750 kV 電壓等級內(nèi)各種容量的電力變壓器進行測量)、方便快捷等優(yōu)點。

1.2 系統(tǒng)設(shè)備組成

可移動式大型電力變壓器關(guān)鍵參數(shù)測量系統(tǒng)采用集裝箱式布置方式。系統(tǒng)由集裝箱本體、測量系統(tǒng)(高精密電壓電流互感器和高精度測量儀表)、計算機測量分析系統(tǒng)和辦公及移動輔助系統(tǒng)等4 部分構(gòu)成。

1.2.1 集裝箱本體

集裝箱本體采用了標準的20 ft 集裝箱，運輸方便，安裝快捷。其內(nèi)部備有工作臺，以擺放測量儀表、打印機等設(shè)備。并且在兩側(cè)各開2 扇窗戶，以便操作者在進行參數(shù)測試時觀察試品情況。

1.2.2 高精度測量系統(tǒng)

(1)進行空載損耗和負載損耗測量時，使用電壓互感器和電流互感器作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備分別測量電壓和電流，電壓互感器和電流互感器的輸出接至功率分析儀，測量有功損耗。大型電力變壓器在進行空載試驗和負載試驗時，功率因數(shù)很小， 測量時的微小誤差也會導致最后的有功損耗測量值與實際值偏差較大。為減小測量的不確定度，保證測量準確性，采用0.01 級的電壓、電流互感器和高精度功率分析儀；為保證在長途顛簸情況下的可靠性，采用手動換檔。

為了滿足110 ～750 kV 電壓等級所有類型變壓器的測量需要，在計算各電壓等級、不同容量和類型的變壓器負載損耗測量時短路阻抗引起的負載電壓并綜合比較分析之后，確定采取額定電壓為3 000，6 000，10 000，20 000 V 和20，40，60，80，100，120 kV 的2 組PT 進行組合的分體式互感器。并且，各電壓等級在80 %～120 %范圍內(nèi)滿足比差不超過0.01 %，角差不超過0.3′的精度，以保證整個測量系統(tǒng)的不確定度小于2 %。

(2)功率分析儀是損耗測量最重要的測量儀器，用以監(jiān)控試品的電壓電流及損耗。系統(tǒng)采用Norma D5000 功率分析儀及日本橫河WT3000 功率分析儀各1 臺，互為備用及比對校驗用。Norma D5000 功率分析儀基本參數(shù)如表1 所示。

表1 Norma D5000 功率分析儀基本參數(shù)

(3)聲級測量采用丹麥B&K 公司生產(chǎn)的2250型手持式聲級計，該設(shè)備操作簡便，測量精確，并具備豐富的數(shù)據(jù)后處理功能。其具體性能參數(shù)如表2 所示。

表2 B&K2250 聲級計技術(shù)參數(shù)

（4）局部放電測量采用TWPD-2B 數(shù)字式局部放電測量儀。該設(shè)備具備獨立4 路數(shù)據(jù)采集與4窗口獨立顯示，檢測精度高，現(xiàn)場抗干擾性能好。

1.2.3 計算機測量分析系統(tǒng)

計算機測量分析系統(tǒng)作為測試車的擴展功能，由工業(yè)控制計算機、打印機、UPS 電源、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、軟件等組成。該系統(tǒng)與Norma D5000 可直接通訊，Norma D5000 所采集的數(shù)據(jù)直接通過RS232 接口傳輸至PC 機，PC 機中的專用程序可實時顯示和快速計算測試結(jié)果。

該系統(tǒng)集試驗計劃制定、試驗實施、試驗過程記錄、試驗結(jié)果分析處理、試驗報告生成及打印、試驗數(shù)據(jù)查詢等功能于一體。具有測試功能完善、測試精度高、測試速度快、測試過程智能化、操作簡便等特點。測試單元通過標準通信接口和工業(yè)控制微機實現(xiàn)通信，試驗過程中自動采集數(shù)據(jù)，所有的測試數(shù)據(jù)按要求的格式存儲于管理系統(tǒng)中，并自動進行環(huán)境條件換算、試驗結(jié)果的分析判斷、試驗報告的打印、顯示及試驗結(jié)果的查詢。

試驗過程中，操作人員可根據(jù)屏幕提供的中文菜單，選擇被測設(shè)備和測試項目，并由微機控制完成各種試驗設(shè)備的調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集、處理、試驗結(jié)果的分析判斷、數(shù)據(jù)存儲、報表打印及數(shù)據(jù)查詢等，使試驗過程自動化、智能化，測試省時省力，消除常規(guī)試驗中人為因素對試驗結(jié)果的影響。

空載試驗和負載試驗時，使用世界上最精確的功率分析儀在互感器的二次側(cè)采集數(shù)據(jù)，通過串口通訊將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，在計算機上使用專為損耗測量開發(fā)的軟件——“大型電力變壓器關(guān)鍵參數(shù)測量系統(tǒng)”對數(shù)據(jù)進行處理。

該軟件的具體功能包括：

(1)采集測量數(shù)據(jù)，實時顯示電壓、電流和功率的測量結(jié)果；

(2)計算空載電流和短路阻抗；

(3)對損耗測量結(jié)果進行校正；

(4)記錄測量結(jié)果并保存輸出。

1.3 測量系統(tǒng)的不確定度分析

根據(jù)JJF1059-1999，結(jié)合損耗測量中具體采用的試驗方法進行分析，導致?lián)p耗測量結(jié)果不確定度的來源主要有：

(1)電流互感器、電壓互感器引起的不確定度；

(2)功率分析儀引起的不確定度；

(3)變壓器油溫度測量的不確定度；

(4)繞組直流電阻測量的不確定度；

(5)校準用標準互感器的不確定度和互感器校驗儀的不確定度。

試驗測量結(jié)果為一次試驗所得，因此，不進行A 類不確定度評定，而只進行B 類不確定度評定。電流互感器和電壓互感器校準使用的是0.002 級的標準互感器和高精度互感器校驗儀，故不考慮標準互感器的不確定度和互感器校驗儀的不確定度。測量直流電阻時采用的是高精度的電橋，其不確定度對結(jié)果影響很小，故也不考慮。

設(shè)U、I分別為相電壓和相電流，φ為試驗時變壓器的功率因數(shù)角，則有：

式中，P為損耗值；

KU為電壓互感器的變比；

KI為電流互感器的變比；

UP為功率分析儀上電壓的示值；

IP為功率分析儀上電流的示值。

根據(jù)式(1)，得出：

U(φ)為功率因數(shù)角的不確定度。

所使用的電流互感器與電壓互感器的準確度等級均為0.01 級，變比誤差限為±0.01 %，相位差誤差限為±0.3′。使用美國福祿克公司的Norma D5000 型功率分析儀，電流、電壓測量的最大允許誤差均為±0.03 %，電流和電壓之間相位差的最大允許誤差為±0.15′。于是有：

表3 為不同功率因數(shù)下負載損耗測量的相對不確定度。

2 操作可行性驗證

2.1 變壓器關(guān)鍵參數(shù)檢測的標準化測量方法

基于可移動式大型電力變壓器關(guān)鍵參數(shù)測量系統(tǒng)，形成了一整套關(guān)于變壓器關(guān)鍵參數(shù)檢測的標準化測量方法。主要包括以下幾方面。

(1)大型電力變壓器現(xiàn)場測量操作步驟。包括現(xiàn)場試驗接線及檢查、檢測方法規(guī)范化、測量結(jié)果監(jiān)視、測量結(jié)果計算等。

(2)大型電力變壓器現(xiàn)場測量結(jié)果評價方法。包含負載損耗測量結(jié)果需換算到參考溫度75 ℃時的值，空載損耗測量結(jié)果需根據(jù)波形畸變因數(shù)進行校正，以及長時交流感應(yīng)電壓下的局部放電量、空載聲級和額定電流聲級的測量結(jié)果評價方法。

(3)測量技術(shù)的深化研究與應(yīng)用。針對局部放電測量時開窗大小的選擇，負載損耗測量時互感器一次側(cè)的何種接線方式可以減少計算過程和測量誤差，損耗測量時二次側(cè)接線方式對內(nèi)外部干擾和測量偏差的影響，以及負載損耗測量時短路線可能引起的測量偏差等技術(shù)問題建立了一套規(guī)范性的檢驗方法。

表3 不同功率因數(shù)下負載損耗不確定度

2.2 變壓器抽樣檢測技術(shù)體系

在變壓器關(guān)鍵參數(shù)檢測的標準化測量方法的基礎(chǔ)上，建立了國家電網(wǎng)公司電力變壓器抽樣原則、抽樣方法、檢測流程、抽樣管理辦法、產(chǎn)品質(zhì)量評價辦法等，逐步構(gòu)建了一套全新的質(zhì)量檢查和管理體系。

2.2.1 抽樣原則

每批招標后，根據(jù)招標情況按比例對變壓器進行抽樣。按照“三新一多”原則進行抽樣，即對新入圍廠家、新型式產(chǎn)品、使用新材料產(chǎn)品和現(xiàn)場事故多發(fā)產(chǎn)品進行重點抽樣。

2.2.2 抽檢組織機構(gòu)

國家電網(wǎng)公司委托國網(wǎng)物資有限公司組織管理變壓器主要參數(shù)抽檢工作，由中國電力科學研究院具體實施，并對抽檢結(jié)果進行評價。

2.2.3 抽檢項目及范圍

變壓器抽檢的范圍包括：國家電網(wǎng)公司集中規(guī)模招標采購，電壓等級在220～750 kV、單相容量在750 MVA 及以下的變壓器，以及需要檢測的其他變壓器。變壓器抽檢的項目包括：空載損耗值、負載損耗值、噪聲值，以及長時交流感應(yīng)耐壓及局部放電指標。原則上對集中規(guī)模招標采購的主要變壓器供應(yīng)商每年至少抽檢1 次。

2.2.4 抽檢工作流程

集中規(guī)模招標采購的變壓器在做完出廠試驗后，即具備抽檢條件。在具備抽檢條件的變壓器中確定受檢變壓器。

抽檢單位采用專用測量儀器到供應(yīng)商制造現(xiàn)場對受檢變壓器進行抽檢。

抽檢單位在現(xiàn)場出具抽檢報告，抽檢單位和供應(yīng)商對抽檢結(jié)果簽字確認。

2.2.5 抽檢結(jié)果的評價

(1)評價依據(jù)。抽檢單位在抽檢報告中對抽檢結(jié)果進行評價，評價依據(jù)包括國家標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準，以及采購合同技術(shù)條件。當采購合同和招投標文件對技術(shù)參數(shù)有明確約定時，以約定作為評價依據(jù)；當采購合同對技術(shù)參數(shù)沒有明確約定時，以國家強制性標準及相關(guān)標準作為評價依據(jù)。

(2)評價分類。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司集中規(guī)模招標采購設(shè)備/材料招標文件范本》第1 卷招標文件商務(wù)范本中，“變壓器招標文件商務(wù)范本專用部分”中“合同條款專用部分”的相關(guān)規(guī)定(以下簡稱招標文件范本相關(guān)規(guī)定)，對變壓器抽檢結(jié)果的評價分為A、B、C 3 類：

① 當受檢變壓器所有檢測項目達到或優(yōu)于合同約定值時，評價為A；

② 當受檢變壓器其他抽檢項目滿足合同約定，僅損耗值或噪音值超出合同允許偏差范圍，但達到國家標準時，評價為B；

③ 當受檢變壓器損耗值或噪音值達不到國家標準，或長時交流感應(yīng)耐壓及局部放電指標超出合同約定值時，評價為C。

建立了《電力變壓器抽檢方案》、《電力變壓器抽檢實施細則》、《電力變壓器性能指標評價導則》等一整套抽檢流程文件，有效地指導了抽檢工作的實施。

通過抽樣檢測，可以監(jiān)督變壓器主要參數(shù)的真實性，提高產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督的威懾力?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，該測量系統(tǒng)具有高可靠性、高準確性、高精度、高抗干擾能力等特點。

3 實踐有效性驗證

從2008年至今，對國內(nèi)29 家220 kV 及以上變壓器廠家，包括沈變、西變、保變等廠家的97臺變壓器(含220 kV、330 kV、500 kV、750 kV變壓器及±500 kV 換流變)進行了現(xiàn)場檢測，這些變壓器均通過了全部出廠試驗，但利用該系統(tǒng)依然檢測出了有質(zhì)量問題的變壓器9 臺次，包括空載損耗不合格情況3 臺次，負載損耗不合格情況2 臺次，局放水平不合格3 臺次，噪聲水平不合格1 臺次；局放試驗環(huán)境不合格廠家1 家。有效地監(jiān)督了產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，保證了入網(wǎng)產(chǎn)品的合格率，為國家電網(wǎng)公司挽回了經(jīng)濟損失。

4 理念和管理模式的創(chuàng)新

建立了將監(jiān)造和抽樣檢測有機結(jié)合的變壓器質(zhì)量檢查和管理體系，對產(chǎn)品性能和廠家水平進行了有效評價，推動制造廠改進工藝、完善檢測手段，持續(xù)改進質(zhì)量保證體系，誠信履約。使變壓器入網(wǎng)檢驗合格率從2009年的83 %提高到2012年的100 %。

編制了涵蓋26 類設(shè)備的《國家電網(wǎng)公司集中招標采購產(chǎn)品質(zhì)量抽檢技術(shù)導則》和《供應(yīng)商產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督管理實施意見》等技術(shù)和管理文件，將檢驗要求納入采購標準和技術(shù)范本，建立了檢測結(jié)果與招標采購的聯(lián)動機制。抽檢模式已在所有網(wǎng)省公司和所有集中招標設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督工作中應(yīng)用，實現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督管理模式的變革，推動了公司物資質(zhì)量監(jiān)督管理模式的重大轉(zhuǎn)變，為進一步深化物資集約化管理起到積極的推動作用。