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(biāo)的變壓器的質(zhì)量進(jìn)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(fù)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)的20 ft 集裝箱，運(yùn)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(jī)等設(shè)備。并且在兩側(cè)各開2 扇窗戶，以便操作者在進(jìn)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(jìn)行空載損耗和負(fù)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(jìn)行空載試驗和負(fù)載試驗時，功率因數(shù)很小， 測量時的微小誤差也會導(dǎo)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(zhǔn)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(fù)載損耗測量時短路阻抗引起的負(fù)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(jìn)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(dú)立4 路數(shù)據(jù)采集與4窗口獨(dú)立顯示，檢測精度高，現(xiàn)場抗干擾性能好。

1.2.3 計算機(jī)測量分析系統(tǒng)

計算機(jī)測量分析系統(tǒng)作為測試車的擴(kuò)展功能，由工業(yè)控制計算機(jī)、打印機(jī)、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(jī)，PC 機(jī)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(biāo)準(zhǔn)通信接口和工業(yè)控制微機(jī)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(jìn)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(jī)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(fù)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(jī)，在計算機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行分析，導(dǎo)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(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行A 類不確定度評定，而只進(jìn)行B 類不確定度評定。電流互感器和電壓互感器校準(zhǔn)使用的是0.002 級的標(biāo)準(zhǔn)互感器和高精度互感器校驗儀，故不考慮標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(jìn)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(fù)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(fù)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)后，根據(jù)招標(biāo)情況按比例對變壓器進(jìn)行抽樣。按照“三新一多”原則進(jìn)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(jìn)行重點抽樣。

2.2.2 抽檢組織機(jī)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(xué)研究院具體實施，并對抽檢結(jié)果進(jìn)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(biāo)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(fù)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(biāo)。原則上對集中規(guī)模招標(biāo)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(biāo)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(jìn)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(rèn)。

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(jìn)行評價，評價依據(jù)包括國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及采購合同技術(shù)條件。當(dāng)采購合同和招投標(biāo)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(dāng)采購合同對技術(shù)參數(shù)沒有明確約定時，以國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)采購設(shè)備/材料招標(biāo)文件范本》第1 卷招標(biāo)文件商務(wù)范本中，“變壓器招標(biāo)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(biāo)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(dāng)受檢變壓器所有檢測項目達(dá)到或優(yōu)于合同約定值時，評價為A；

② 當(dāng)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(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)時，評價為B；

③ 當(dāng)受檢變壓器損耗值或噪音值達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)，或長時交流感應(yīng)耐壓及局部放電指標(biāo)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(xì)則》、《電力變壓器性能指標(biāo)評價導(dǎo)則》等一整套抽檢流程文件，有效地指導(dǎo)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(zhǔn)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(jìn)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(fù)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(jì)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(jī)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(jìn)行了有效評價，推動制造廠改進(jìn)工藝、完善檢測手段，持續(xù)改進(jìn)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(biāo)采購產(chǎn)品質(zhì)量抽檢技術(shù)導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)范本，建立了檢測結(jié)果與招標(biāo)采購的聯(lián)動機(jī)制。抽檢模式已在所有網(wǎng)省公司和所有集中招標(biāo)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(jìn)一步深化物資集約化管理起到積極的推動作用。