智能电网中的智能化变压器

发布日期：2017-12-09 来源：电气时代 浏览次数：1891

智能电网的发展和建设是一项系统工程,涉及诸多学科和行业,同时,智能电网没有现成的经验可供借鉴,必须坚持自主创新。因此,智能电网将会极大地提高我国电力工业及相关产业诸如变压器制造业的整体技术水平和创新能力。

智能电网具有坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化等特征,同时具有信息化、自动化和互动化等技术特征。坚强智能电网基本架构如图 1 所示,其技术体系包含电网基础体系、技术支撑体系、智能应用体系和标准规范体系。电网基础体系是电网系统的物质载体,是实现坚强电网的重要基础。技术支撑体系是指先进的通信、信息和控制等应用技术,是实现智能化的基础。

智能应用体系是保障电网安全、经济和高效运行,最大效率利用能源和社会资源,提供用户增值服务的具体体现。标准规范体系是指技术、管理方面的标准、规范、试验、认证和评估体系,是建设坚强智能电网的制度保障。

智能化变电站对变压器的要求。智能化变电站基本机构可分为站控层、间隔层和过程层。电力变压器是过程层中最重要的高压设备之一,由于其事故率高,故障影响大,对电网可靠性有较大影响。电力变压器也是结构最复杂,故障原因最复杂的电网设备。电力变压器在运行中有不少需要监测的参数,如负荷、油温、油位、油中气体和开关分接位置等;也有一些需要控制的部件,如冷却系统、有载调压系统等。综合这些因素可以看出,电力变压器具有智能化价值,是高压设备智能化重要设备之一。

智能化变压器配置。智能化变压器配置以及解决方案智能化变压器的构成包括变压器本体,内置或外置于变压器本体的传感器和控制器,实现对变压器进行测量、控制、计量、监测和保护的智能组件。变压器的冷却器控制器和有载分接开关控制器应具有可连接智能组件的接口,并可以响应智能组件的控制。变压器的状态监测主要包括局部放电监测、油中溶解气体监测、绕组光纤测温、侵入波监测、变压器振动波谱和噪声等。

提供主油箱顶层和底部油温度的测量,可判断变压器是否过热,冷却装置运行是否异常。采集来自气体继电器节点信息和压力释放阀状态信号,用于检测是否由于内部故障产生严重放电或短路。智能变压器的测量功能还应包括各侧负荷电流及中性点电流测量,其主要作用应用于保护和状态量。智能变压器的测量功能还应包括各侧负荷电流及中性点电流测量，其主要作用应用于保护和状态感知。

智能变压器的控制功能。变压器各侧电流和环境温度可对变压器进行发热故障原因判断和温度预测,变压器各侧电压则用于监控是否有过励磁状况发生。对于有载分接开关控制系统,开关分接位置、变压器各侧电流及变压器各侧电压均用于控制参考量,分接开关运行状态则用于智能控制。智能化变压器测控单元的配置基于变压器本体测控参量,通过Modbus 通信协议将本体控制箱与智能控制柜中的测控单元IED进行连接。智能化变压器测控单元IED的主要功能是接受来自间隔层或站控层的命令,对PLC通过串口通信进行协议转换,不仅可以向间隔层或站控层发送数据,还可以有效地对数据进行存储,图3给出了智能化变压器测控单元的基本结构。

智能化变压器的监测功能。智能化变压器的局部放电在线监测一般用于500kV级以上的变压器，所采用的局部放电监测技术具有良好的抗电晕干扰能力，可监测的视在放电量一般可控制在500~5000pC。局部放电监测原理基于特高频的全频带动态扫频检测技术,使用特高频传感器可做到输出阻抗自动平衡,不需阻抗变换器,可以带电检修,同时采用四通道高速同步采样、复合除噪技术和自动阈值小波除噪技术等。智能变压器的监测功能还包括气体聚集量(轻瓦斯)、主油箱底部油温、电容式套管电容量、套管介质损耗因数以及用于500kV变压器的振动波谱和噪声的正常指纹等项目。其中,振动波谱和噪声应提供变压器故障或缺陷时的特征指纹,并提供相应指纹分析技术,传感器位置、监测频率及灵敏度等应满足监测要求,监测频率大致在0.1~20kHz,最小可测量≤0.001 G。

智能化变压器的保护功能。110 kV 变压器电量保护建议按双套配置,采用主、后备保护一体化配置。220 kV 及以上变压器电量保护按双重化配置,每套保护包含完整的主、后备保护功能。变压器保护直接采样,直接跳各侧断路器,非电量保护采用就地直接电缆跳闸方式,变压器非电量保护量包括瓦斯信号、油温信号、绕组信号、压力释放阀信号及冷却设备全停信号。变压器保护可采用分布式保护,分布式保护由主单元和若干个子单元组成,子单元不应跨电压等级。集成继电保护功能,满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求,提高保护的性能和智能化水平。智能变电站分为站控层、间隔层和过程层,包括变压器、断路器、隔离开关和电流互感器等在内的一次设备及其所属的智能组件均处于过程层,图7给出了基于 IEC61850 通信协议,由过程层智能组件向间隔层或站控层信号传递的智能柜网络拓扑结构示意图。

随着国家电网公司坚强智能电网计划的实施,变电站将逐步向智能化变电站发展,传统的变压器也随之要升级为智能化变压器,这是变压器制造行业发展的必然趋势。

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