小浪底水電站主變壓器節能運行方式研究

陳 健 王丹陽 韓宏斌 楊可可

（黃河水利水電開發總公司運行部，河南濟源459017）

0 引言

小浪底水電站位于河南省洛陽市以北30 km黃河中游最后一段峽谷出口處，地下廠房共裝設6臺300 MW的混流式水輪發電機組。地面開關站為220 kV雙母線四分段，220 kV主變壓器共6臺，布置于左岸地下發電廠房內，為三相油浸式水冷變壓器，額定容量為360 MVA，額定電壓為18/242 kV。小浪底水電站在機組停機操作時，由于不同的停機選擇將產生不一樣的主變壓器運行方式，帶來不一樣的主變損耗，這時就需要對機組主變投運方式進行比較判定，從機組開停方式著手，優化機組開停優先級，減少電站主變總損耗，使系統總的損耗最小，降低廠用電率，節能增效。

1 電站主變基本運行方式

小浪底水電站電氣主接線圖如圖1所示，其中3#機和6#機主變壓器低壓側分別接3#、6#廠用變，直接從電網取廠用電。

圖1 小浪底水電站主接線圖

作為河南省重要的調峰調頻電站，小浪底水電站機組開停機較頻繁，日常運行人員對于機組的停機選擇基本為平均化，即使6臺機并網時長平均化。但由于帶廠用電原因，3#機組和6#機組停機時主變壓器高壓側斷路器并不斷開，只斷開機組出口斷路器，3#、6#主變仍在并網運行，從電網取廠用電。而其他機組停機時，由于不帶廠用電，對應主變高低壓側斷路器均正常斷開，變壓器退出運行。

2 問題的出現

運行人員在對2016—2017年廠用電進行分析時發現，2017電站廠用電率由2016年的0.28%降至0.24%，在此基礎上運行人員又對這兩年機組并網時長進行統計，發現2017年電站3#機組和6#機組的并網運行時間占比較2016年多4%，數據對比關系如表1所示。

由表1可以看出，近兩年小浪底水電站廠用電率變化與3#、6#機組的運行時間有著直接的聯系。

表1 小浪底水電站機組并網時間及廠用電量對比表

3 原因分析

如圖1所示，3#、6#廠用變通過3#、6#主變連接至母線，從電網取廠用電。當3#、6#機組停機時其主變高壓側開關并不斷開，3#、6#主變仍需帶廠用電小負荷運行，而其他機組停機時對應主變則停止運行。在相同停機選擇下，停3#或6#機組將比停其他機組多出一臺主變運行。

3.1 主變空載損耗

由電機學可知，變壓器的損耗P大致可分為空載損耗P0和負載損耗Pk。當用額定電壓施加于變壓器的一個繞組上，而其余繞組均為開路時，變壓器所吸收的有功功率叫空載損耗。空載損耗又叫變壓器的鐵損，是指發生于變壓器鐵芯疊片內，周期性變化的磁力線通過材料時，由材料的磁滯和渦流產生的損耗，一般情況下，空載損耗P0與負荷電流I大小無關，是固定損耗。

當以額定電流通過變壓器的一個繞組，而另一個繞組短接時變壓器所吸收的有功功率叫做變壓器的短路損耗。短路損耗又稱變壓器的銅損，也稱負載損耗，是由變壓器繞組的電阻引起的。Pk由經過繞組的負荷電流產生，其大小與負荷電流I的平方成正比，即：

式中，Pkn為額定電流時的短路損耗（銅損）；I為負荷電流；In為二次額定電流。

當小浪底水電站3#、6#機組停機時，其主變壓器并未停運，仍并網運行，此時變壓器的損耗大體包含空載損耗P0和負載損耗Pk，由于此時主變二次負荷電流I≤10 A，而變壓器額定二次電流In為11 547 A，I2/In2≈0，所以主變的負載損耗Pk可忽略不計，剩下的只有空載損耗P0。經查，小浪底水電站主變壓器的空載損耗P0約為180 kW。

同樣是機組停運，當停1#、2#、4#、5#中任意機組時，其對應主變停運，不產生任何主變空載損耗，所以不多余增加廠用電消耗；當停3#、6#機組時，其主變仍在投運，主變損耗約等于空載損耗，即：

3.2 主變其他耗能

由于小浪底水電站主變壓器為三相油浸式水冷變壓器，冷卻方式為強迫油循環水冷卻，程序內設定變壓器高低壓側任意一側斷路器合閘時，其循環油泵開始工作，循環主變絕緣油至冷卻器冷卻，由此可知，當停3#、6#機組時，其主變仍在投運，油泵仍在運作，仍在消耗廠用電，經查，油泵功率約為3.7 kW。另外，由于主變冷卻器為水冷，其冷卻水流量大約為180 m3/h，只要主變在運行，就一直有冷卻水消耗。而停其他機組時，對應主變停運，油泵停運，不消耗功率，不消耗水資源。

總體來說，2017年小浪底水電站3#、6#機組并網時間占比高于2016年，可知2017年運行人員在停機時優先選擇停3#、6#之外的機組，減少了主變總體耗能，繼而減少了廠用電率。

4 結語

作為河南省內重要的調峰調頻電廠，小浪底水電站開停機頻繁，運行人員在停機時一般是隨機選擇，保證每臺機停機次數相近。但當選擇3#、6#機組停機時，其主變仍在運行，增加了主變總空載損耗，提高了廠用電量，造成了電能浪費。

所以，對電站機組進行停機操作時，運行人員可適當保留3#、6#機組在運行，優先停其他機組，減少主變總體運行時間，減少空載損耗，降低廠用電率，節省水資源，從而更好地實現電站變壓器的經濟運行，產生更大的經濟效益。

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