小浪底水电站主变压器节能运行方式研究

陈 健 王丹阳 韩宏斌 杨可可

（黄河水利水电开发总公司运行部，河南济源459017）

0 引言

小浪底水电站位于河南省洛阳市以北30 km黄河中游最后一段峡谷出口处，地下厂房共装设6台300 MW的混流式水轮发电机组。地面开关站为220 kV双母线四分段，220 kV主变压器共6台，布置于左岸地下发电厂房内，为三相油浸式水冷变压器，额定容量为360 MVA，额定电压为18/242 kV。小浪底水电站在机组停机操作时，由于不同的停机选择将产生不一样的主变压器运行方式，带来不一样的主变损耗，这时就需要对机组主变投运方式进行比较判定，从机组开停方式着手，优化机组开停优先级，减少电站主变总损耗，使系统总的损耗最小，降低厂用电率，节能增效。

1 电站主变基本运行方式

小浪底水电站电气主接线图如图1所示，其中3#机和6#机主变压器低压侧分别接3#、6#厂用变，直接从电网取厂用电。

图1 小浪底水电站主接线图

作为河南省重要的调峰调频电站，小浪底水电站机组开停机较频繁，日常运行人员对于机组的停机选择基本为平均化，即使6台机并网时长平均化。但由于带厂用电原因，3#机组和6#机组停机时主变压器高压侧断路器并不断开，只断开机组出口断路器，3#、6#主变仍在并网运行，从电网取厂用电。而其他机组停机时，由于不带厂用电，对应主变高低压侧断路器均正常断开，变压器退出运行。

2 问题的出现

运行人员在对2016—2017年厂用电进行分析时发现，2017电站厂用电率由2016年的0.28%降至0.24%，在此基础上运行人员又对这两年机组并网时长进行统计，发现2017年电站3#机组和6#机组的并网运行时间占比较2016年多4%，数据对比关系如表1所示。

由表1可以看出，近两年小浪底水电站厂用电率变化与3#、6#机组的运行时间有着直接的联系。

表1 小浪底水电站机组并网时间及厂用电量对比表

3 原因分析

如图1所示，3#、6#厂用变通过3#、6#主变连接至母线，从电网取厂用电。当3#、6#机组停机时其主变高压侧开关并不断开，3#、6#主变仍需带厂用电小负荷运行，而其他机组停机时对应主变则停止运行。在相同停机选择下，停3#或6#机组将比停其他机组多出一台主变运行。

3.1 主变空载损耗

由电机学可知，变压器的损耗P大致可分为空载损耗P0和负载损耗Pk。当用额定电压施加于变压器的一个绕组上，而其余绕组均为开路时，变压器所吸收的有功功率叫空载损耗。空载损耗又叫变压器的铁损，是指发生于变压器铁芯叠片内，周期性变化的磁力线通过材料时，由材料的磁滞和涡流产生的损耗，一般情况下，空载损耗P0与负荷电流I大小无关，是固定损耗。

当以额定电流通过变压器的一个绕组，而另一个绕组短接时变压器所吸收的有功功率叫做变压器的短路损耗。短路损耗又称变压器的铜损，也称负载损耗，是由变压器绕组的电阻引起的。Pk由经过绕组的负荷电流产生，其大小与负荷电流I的平方成正比，即：

式中，Pkn为额定电流时的短路损耗（铜损）；I为负荷电流；In为二次额定电流。

当小浪底水电站3#、6#机组停机时，其主变压器并未停运，仍并网运行，此时变压器的损耗大体包含空载损耗P0和负载损耗Pk，由于此时主变二次负荷电流I≤10 A，而变压器额定二次电流In为11 547 A，I2/In2≈0，所以主变的负载损耗Pk可忽略不计，剩下的只有空载损耗P0。经查，小浪底水电站主变压器的空载损耗P0约为180 kW。

同样是机组停运，当停1#、2#、4#、5#中任意机组时，其对应主变停运，不产生任何主变空载损耗，所以不多余增加厂用电消耗；当停3#、6#机组时，其主变仍在投运，主变损耗约等于空载损耗，即：

3.2 主变其他耗能

由于小浪底水电站主变压器为三相油浸式水冷变压器，冷却方式为强迫油循环水冷却，程序内设定变压器高低压侧任意一侧断路器合闸时，其循环油泵开始工作，循环主变绝缘油至冷却器冷却，由此可知，当停3#、6#机组时，其主变仍在投运，油泵仍在运作，仍在消耗厂用电，经查，油泵功率约为3.7 kW。另外，由于主变冷却器为水冷，其冷却水流量大约为180 m3/h，只要主变在运行，就一直有冷却水消耗。而停其他机组时，对应主变停运，油泵停运，不消耗功率，不消耗水资源。

总体来说，2017年小浪底水电站3#、6#机组并网时间占比高于2016年，可知2017年运行人员在停机时优先选择停3#、6#之外的机组，减少了主变总体耗能，继而减少了厂用电率。

4 结语

作为河南省内重要的调峰调频电厂，小浪底水电站开停机频繁，运行人员在停机时一般是随机选择，保证每台机停机次数相近。但当选择3#、6#机组停机时，其主变仍在运行，增加了主变总空载损耗，提高了厂用电量，造成了电能浪费。

所以，对电站机组进行停机操作时，运行人员可适当保留3#、6#机组在运行，优先停其他机组，减少主变总体运行时间，减少空载损耗，降低厂用电率，节省水资源，从而更好地实现电站变压器的经济运行，产生更大的经济效益。

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