空冷大数据电流精准采集方式优化

李 龙

（晋能控股集团阳高热电有限公司，山西 大同 037006）

随着电力市场的改革，人们生活水平的提升对电力的需求量不断增加，对供电质量也有了更高的要求。电能计量的准确性直接关系发电、供用电单位的经济利益,也关系到电力工业生产经济效益及技术经济指标和监督考核工作的正常开展，严重时会危及电力系统的稳定运行[1]。在发电系统低负荷期空冷风机运行的过程中，通过继电保护设备的运行，可以进一步提升发电厂运行的可靠性。但是电能采集终端设备通过电度计量表在采集电量的过程中，往往会出现采集电量不准、丢失等问题，电厂对此现象需要及时进行原因查找与判断分析。因此提升发电厂系统设备的电能计量的采集准确度，从而保证交易的公平性、公正性、准确性及供电企业的自身利益尤为重要。

1 设备概况

阳高热电电厂空冷冷却方式为：直接空冷供热机组，机组总装机容量为2×350 MW，空冷岛每台机组区域布置区分为6 列，每列装配5 台空冷风机。其中1、3、5为顺流区，2、4为逆流区。每台机组设两台容量为4 000 kVA 的空冷变压器，空冷变压器电压等级为6 kV 的高压电压等级，空冷变压器高低压侧的变比为6.3/0.4 kV[2]，低压侧电压等级为380 V，空冷PC 段工作进线开关CT 变比为4 000/1。每台工作变压器连接两段空冷PC 段，共计15 台风机负荷，其中空冷PC A 段、PC C 段分别接待7 台风机负荷，空冷PC B 段、PC D 段分别连接8 台风机负荷，A 段与C 段之间有母联开关，B 段与D 段有母联开关，母联开关设有备自投装置。该机组空冷风机电机采用变频调速，变频器采用ABB510 系列，风机启动频率为15 Hz，最高频率为55 Hz，电机额定功率132 kW，额定转速为985 r/min。冬季及春秋两季机组负荷较低即空冷风机启动较少或者转动频率较低时，空冷风机变频柜正常投运。风机全部低载运行时，主控运行DCS 画面无法监测到负荷运行电流，运行人员判断风机实际运行状态的过程中会造成误判的情况发生，给运行人员造成盲区。因此阳高热电电厂存在实际性的问题：1）空冷PC段进线开关反应到DCS 画面电流显示0；2）空冷PC 段进线开关测量装置（ST400)电流显示0；3）空冷变高压侧6 kV 开关反应至DCS 画面电流0；4）空冷变6 kV 高压开关多功能计量表电流显示0；造成运行人员无法通过开关电流监视装置来判断空冷风机实际运行情况，也无法明确空冷高压段6 kV 开关实际运行电流，导致最终无法准确地对厂用电能消耗进行精准计量，影响上网电量统计。

2 数据分析

设备运行进行流体输送时,大部分动能消耗在局部损失阶段。由于部分设备存在停用备用现象。为提高备用设备投用率，采取多机低频的方式运行备用设备,可以降低流体的局部损失,取得明显的节能效果[3]。阳高热电电厂空冷PC 段工作进线开关原设计CT 变比为4 000/1，单台空冷风机低频15 Hz 运行时电流约仅为3.5 A，空冷PC 段进线开关连接7（或者8）台空冷风机，风机运行总的一次电流约24.5（或者28）A，折算至风机总的二次电流为0.006（或者0.007）A，二次侧风机总电流通过进线开关电能保护装置ST400采集电流为0（见表1）。电能保护装置无法准确采集到电流是因为采集装置显示电流门槛值为二次额定电流的3%，即二次电流为30 mA。在2021 年10 月18 日采集电流上传至DCS机柜后，PC 段进线开关电流在画面某一时间段显示为0（见图1）。同样在空冷风机低负荷运行时，6 kV 空冷变压器高压开关电度表也无法精准显示电流值，因此ECMS 系统也无法对低负荷的运行风机进行电量累计计算，导致无法精确地进行电量统计。而空冷变压器的变比为6 300/400，低压侧电流约为24.5（或者28）A，归算至空冷变高压侧后风机运行总的一次电流为1.56（或者1.78）A。空冷变压器6 kV 高压开关柜母线装配采用变比为500/1的电流互感器[4]，折算至二次侧电流为0.003 A，介于6 kV高压侧开关的电能采集装置在二次侧电流高于20 mA时才能进行计量，因此空冷变高压侧电流显示反应在电度表上的数据为0，最终导致电能采集装置在采集风机运行时的电量累计值显示为0，不计入电度表的结算范围。空冷系统采集电流参数值见表2。

图1 DCS电流采集

表1 测控装置采集数据

表2 空冷开关电流采集数据

3 电量采集方式优化实施流程

电量采集终端及电能表时钟的准确性直接影响到采集数据的准确性,进而影响准确计量、线损分析和电量结算等[5]。空冷PC段进线开关电量采集原设计为电流采集量取自开关上侧电流互感器，经电流互感器将一次电流折算至二次电流后，传至开关电能量采集装置进行采集；变压器高压侧电流量经6 kV 开关电流互感器由一次电流值折算至二次电流后，经6 kV 变压器高压侧开关电度表采集后进行累计传至电度表屏终端进行电量数据计算。电量累计采集流程见图2。

图2 空冷电量采集流程图

3.1 更换空冷进线开关CT变比

阳高热电电厂利用机组停机检修期间，对机组空冷进线开关原设计CT变比4 000/1更换变比为4 000/5（见表3），原有参数绝缘等级E 级、测量等级0.2 级、穿心匝数1 匝保持不变。在空冷PC 段进线开关B 相母线侧将CT 进行更换完成后，合理布置配电柜内空间CT 位置及二次接线布线空间，更换后的进线开关低压侧CT 变比为4 000/5。同样在风机低负荷工况运行时，风机运行总的一次电流24.5（或者28）A，折算至二次电流为0.03 A（30 mA)。而电能保护装置ST400 显示门槛值为二次额定电流的3%，即二次电流为30 mA。此时解决了通过进线开关ST400 装置采集电量的问题，在ST400装置上能够准确采集电量，但是无法上传至DCS 画面，使运行人员无法观察到风机运行电流。

表3 CT更换前后数据对比

3.2 加装交流电流变送传感器

为了方便检验和测试变送器,传感器选用的是电阻传感器。采用两线制传输,这不仅节省大量的传输线,并且省去了大量的传输电流[6]。增加满足现场运行要求的交流变送器装置（见表4），在不影响其它开关电器设备元器件正常使用的条件下，选择配电柜内合理布局位置安装交流变送器，将原设计变比为4 000/1的电流互感器更改成变比为4 000/5 的电流互感器。将电流二次侧接线由原设计在ST400保护装置上的电流接线端子上拆下，接至交流变送器的输入侧端，再将交流变送器输出侧端的电流接线引接至DCS 机柜卡件当中，之后通过变送器将电流反馈接线上传到DCS机柜后可实时地在机组运行画面上显示出空冷进线开关的有效电流值，使运行人员观察到风机运行的实时电流，使得操作人员能够通过画面的电流大小判断，依据当日的机组负荷曲线及负荷量快速调整空冷风机运行方式及运行台数，达到机组节能降耗的目的。

表4 变送器参数

4 优化改造结果

4.1 更改CT后对低负荷运行数据的影响

通过更换CT变比后，可以满足空冷大数据优化要求。电流互感器容量与变比的选择直接影响着系统中电流的测量精度,当电流互感器容量与变比不同时,电流测量精度的差异[7]对电量采集具有很大影响。更换符合要求的CT 后使得电流值能够跨越空冷低压侧开关ST400 装置门槛值，空冷开关DCS 画面能够有效采集电流值（见图3）。通过电度表采集空冷开关的电量上传至ECMS后台，调取2021年10月11日电流实时曲线可观察到空冷风机电流（见图4）为4 A，同时解决了6 kV 进线开关累计电量与6 kV 负荷开关消耗电量不对应的问题。

图3 空冷开关电流值

图4 空冷风机电流累计值

4.2 加装变送器后对低负荷运行数据的影响

通过加装交流变送器后，查看DCS 画面，在机组低负荷运行的情况下，DCS 画面可准确显示空冷PC段进线开关电流值（见表5）。此方案能有效地解决由于机组空冷风机运行中负荷电流较小而无法采集风机实时运行电流的问题，使得ST400 保护装置由于电流门槛值设计原因无法采集电流也得到了相应的解决。优化后的ECMS 电量采集系统采集当日空冷变压器6 kV 高压开关电度表累计计算值后，通过数据传输至电能量终端采集屏进行电量结算。

表5 加装变送器后空冷开关电流对比

通过更换空冷CT 及加装变送器的方法对电厂精准地进行电量采集起到了积极的作用，优化前后的参数对比明显体现出方案的实际效果（见表6）。同时依附空冷大数据优化方案更直接地通过查看空冷风机低负荷进线电流及时有效地调整机组空冷运行方式，通过运行方式的变更达到节约厂用电量的目的。

表6 空冷开关优化前后电量显示

5 结语

本文从电厂生产实际出发，解决了机组在低负荷运行期间，空冷风机实测电流值与DCS 画面电流值不对应，导致风机运行时的电量无法计算累计到电度表终端采集屏的问题。通过改造优化空冷风机电量数据采集方式，提高机组用电量的准确采集，对发电指标产生积极的影响作用。空冷大数据电流精准采集增加了运行人员对电流观察的可靠性，提高了设备运行安全性。