空冷大數據電流精準采集方式優化

李 龍

（晉能控股集團陽高熱電有限公司，山西 大同 037006）

隨著電力市場的改革，人們生活水平的提升對電力的需求量不斷增加，對供電質量也有了更高的要求。電能計量的準確性直接關系發電、供用電單位的經濟利益,也關系到電力工業生產經濟效益及技術經濟指標和監督考核工作的正常開展，嚴重時會危及電力系統的穩定運行[1]。在發電系統低負荷期空冷風機運行的過程中，通過繼電保護設備的運行，可以進一步提升發電廠運行的可靠性。但是電能采集終端設備通過電度計量表在采集電量的過程中，往往會出現采集電量不準、丟失等問題，電廠對此現象需要及時進行原因查找與判斷分析。因此提升發電廠系統設備的電能計量的采集準確度，從而保證交易的公平性、公正性、準確性及供電企業的自身利益尤為重要。

1 設備概況

陽高熱電電廠空冷冷卻方式為：直接空冷供熱機組，機組總裝機容量為2×350 MW，空冷島每臺機組區域布置區分為6 列，每列裝配5 臺空冷風機。其中1、3、5為順流區，2、4為逆流區。每臺機組設兩臺容量為4 000 kVA 的空冷變壓器，空冷變壓器電壓等級為6 kV 的高壓電壓等級，空冷變壓器高低壓側的變比為6.3/0.4 kV[2]，低壓側電壓等級為380 V，空冷PC 段工作進線開關CT 變比為4 000/1。每臺工作變壓器連接兩段空冷PC 段，共計15 臺風機負荷，其中空冷PC A 段、PC C 段分別接待7 臺風機負荷，空冷PC B 段、PC D 段分別連接8 臺風機負荷，A 段與C 段之間有母聯開關，B 段與D 段有母聯開關，母聯開關設有備自投裝置。該機組空冷風機電機采用變頻調速，變頻器采用ABB510 系列，風機啟動頻率為15 Hz，最高頻率為55 Hz，電機額定功率132 kW，額定轉速為985 r/min。冬季及春秋兩季機組負荷較低即空冷風機啟動較少或者轉動頻率較低時，空冷風機變頻柜正常投運。風機全部低載運行時，主控運行DCS 畫面無法監測到負荷運行電流，運行人員判斷風機實際運行狀態的過程中會造成誤判的情況發生，給運行人員造成盲區。因此陽高熱電電廠存在實際性的問題：1）空冷PC段進線開關反應到DCS 畫面電流顯示0；2）空冷PC 段進線開關測量裝置（ST400)電流顯示0；3）空冷變高壓側6 kV 開關反應至DCS 畫面電流0；4）空冷變6 kV 高壓開關多功能計量表電流顯示0；造成運行人員無法通過開關電流監視裝置來判斷空冷風機實際運行情況，也無法明確空冷高壓段6 kV 開關實際運行電流，導致最終無法準確地對廠用電能消耗進行精準計量，影響上網電量統計。

2 數據分析

設備運行進行流體輸送時,大部分動能消耗在局部損失階段。由于部分設備存在停用備用現象。為提高備用設備投用率，采取多機低頻的方式運行備用設備,可以降低流體的局部損失,取得明顯的節能效果[3]。陽高熱電電廠空冷PC 段工作進線開關原設計CT 變比為4 000/1，單臺空冷風機低頻15 Hz 運行時電流約僅為3.5 A，空冷PC 段進線開關連接7（或者8）臺空冷風機，風機運行總的一次電流約24.5（或者28）A，折算至風機總的二次電流為0.006（或者0.007）A，二次側風機總電流通過進線開關電能保護裝置ST400采集電流為0（見表1）。電能保護裝置無法準確采集到電流是因為采集裝置顯示電流門檻值為二次額定電流的3%，即二次電流為30 mA。在2021 年10 月18 日采集電流上傳至DCS機柜后，PC 段進線開關電流在畫面某一時間段顯示為0（見圖1）。同樣在空冷風機低負荷運行時，6 kV 空冷變壓器高壓開關電度表也無法精準顯示電流值，因此ECMS 系統也無法對低負荷的運行風機進行電量累計計算，導致無法精確地進行電量統計。而空冷變壓器的變比為6 300/400，低壓側電流約為24.5（或者28）A，歸算至空冷變高壓側后風機運行總的一次電流為1.56（或者1.78）A。空冷變壓器6 kV 高壓開關柜母線裝配采用變比為500/1的電流互感器[4]，折算至二次側電流為0.003 A，介于6 kV高壓側開關的電能采集裝置在二次側電流高于20 mA時才能進行計量，因此空冷變高壓側電流顯示反應在電度表上的數據為0，最終導致電能采集裝置在采集風機運行時的電量累計值顯示為0，不計入電度表的結算范圍。空冷系統采集電流參數值見表2。

圖1 DCS電流采集

表1 測控裝置采集數據

表2 空冷開關電流采集數據

3 電量采集方式優化實施流程

電量采集終端及電能表時鐘的準確性直接影響到采集數據的準確性,進而影響準確計量、線損分析和電量結算等[5]。空冷PC段進線開關電量采集原設計為電流采集量取自開關上側電流互感器，經電流互感器將一次電流折算至二次電流后，傳至開關電能量采集裝置進行采集；變壓器高壓側電流量經6 kV 開關電流互感器由一次電流值折算至二次電流后，經6 kV 變壓器高壓側開關電度表采集后進行累計傳至電度表屏終端進行電量數據計算。電量累計采集流程見圖2。

圖2 空冷電量采集流程圖

3.1 更換空冷進線開關CT變比

陽高熱電電廠利用機組停機檢修期間，對機組空冷進線開關原設計CT變比4 000/1更換變比為4 000/5（見表3），原有參數絕緣等級E 級、測量等級0.2 級、穿心匝數1 匝保持不變。在空冷PC 段進線開關B 相母線側將CT 進行更換完成后，合理布置配電柜內空間CT 位置及二次接線布線空間，更換后的進線開關低壓側CT 變比為4 000/5。同樣在風機低負荷工況運行時，風機運行總的一次電流24.5（或者28）A，折算至二次電流為0.03 A（30 mA)。而電能保護裝置ST400 顯示門檻值為二次額定電流的3%，即二次電流為30 mA。此時解決了通過進線開關ST400 裝置采集電量的問題，在ST400裝置上能夠準確采集電量，但是無法上傳至DCS 畫面，使運行人員無法觀察到風機運行電流。

表3 CT更換前后數據對比

3.2 加裝交流電流變送傳感器

為了方便檢驗和測試變送器,傳感器選用的是電阻傳感器。采用兩線制傳輸,這不僅節省大量的傳輸線,并且省去了大量的傳輸電流[6]。增加滿足現場運行要求的交流變送器裝置（見表4），在不影響其它開關電器設備元器件正常使用的條件下，選擇配電柜內合理布局位置安裝交流變送器，將原設計變比為4 000/1的電流互感器更改成變比為4 000/5 的電流互感器。將電流二次側接線由原設計在ST400保護裝置上的電流接線端子上拆下，接至交流變送器的輸入側端，再將交流變送器輸出側端的電流接線引接至DCS 機柜卡件當中，之后通過變送器將電流反饋接線上傳到DCS機柜后可實時地在機組運行畫面上顯示出空冷進線開關的有效電流值，使運行人員觀察到風機運行的實時電流，使得操作人員能夠通過畫面的電流大小判斷，依據當日的機組負荷曲線及負荷量快速調整空冷風機運行方式及運行臺數，達到機組節能降耗的目的。

表4 變送器參數

4 優化改造結果

4.1 更改CT后對低負荷運行數據的影響

通過更換CT變比后，可以滿足空冷大數據優化要求。電流互感器容量與變比的選擇直接影響著系統中電流的測量精度,當電流互感器容量與變比不同時,電流測量精度的差異[7]對電量采集具有很大影響。更換符合要求的CT 后使得電流值能夠跨越空冷低壓側開關ST400 裝置門檻值，空冷開關DCS 畫面能夠有效采集電流值（見圖3）。通過電度表采集空冷開關的電量上傳至ECMS后臺，調取2021年10月11日電流實時曲線可觀察到空冷風機電流（見圖4）為4 A，同時解決了6 kV 進線開關累計電量與6 kV 負荷開關消耗電量不對應的問題。

圖3 空冷開關電流值

圖4 空冷風機電流累計值

4.2 加裝變送器后對低負荷運行數據的影響

通過加裝交流變送器后，查看DCS 畫面，在機組低負荷運行的情況下，DCS 畫面可準確顯示空冷PC段進線開關電流值（見表5）。此方案能有效地解決由于機組空冷風機運行中負荷電流較小而無法采集風機實時運行電流的問題，使得ST400 保護裝置由于電流門檻值設計原因無法采集電流也得到了相應的解決。優化后的ECMS 電量采集系統采集當日空冷變壓器6 kV 高壓開關電度表累計計算值后，通過數據傳輸至電能量終端采集屏進行電量結算。

表5 加裝變送器后空冷開關電流對比

通過更換空冷CT 及加裝變送器的方法對電廠精準地進行電量采集起到了積極的作用，優化前后的參數對比明顯體現出方案的實際效果（見表6）。同時依附空冷大數據優化方案更直接地通過查看空冷風機低負荷進線電流及時有效地調整機組空冷運行方式，通過運行方式的變更達到節約廠用電量的目的。

表6 空冷開關優化前后電量顯示

5 結語

本文從電廠生產實際出發，解決了機組在低負荷運行期間，空冷風機實測電流值與DCS 畫面電流值不對應，導致風機運行時的電量無法計算累計到電度表終端采集屏的問題。通過改造優化空冷風機電量數據采集方式，提高機組用電量的準確采集，對發電指標產生積極的影響作用。空冷大數據電流精準采集增加了運行人員對電流觀察的可靠性，提高了設備運行安全性。