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电气知识|智能电网中的智能化变压器

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

智能化变电站以先进的信息化、自动化和分析技术为基础,灵活、高效且可靠地满足发电、用电对电网提出的各种需求,实现提高电网安全性、可靠性、灵活性和资源优化配置水平的目标。变电站又是电力网络的节点,负责连接线路和输送电能,担负着变化电压等级,汇集电流,分配电能,控制电能流向和调整电压等功能。变电站的智能化运行是实现智能电网的最基础环节之一。

智能化变电站基本机构可分为站控层、间隔层和过程层。

站控层包括自动化站级监视控制系统,站域控制、通信系统和对时系统等子系统,实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能。完成数据采集和监视控制(SCADA)、操作闭锁以及同步矢量采集、电能量采集及保护信息管理等相关功能。站控层功能高度集成,可在一台计算机或嵌入式装置实现,也可分别在多台计算机或嵌入式装置中。

间隔层包括继电保护装置、系统测控装置和监测功能组主智能电子装置IED(Intelligent ElectronicDevice)等二次设备,实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能,即与各种远方输入、交互,使设备自诊断结果与调动决策和设备运行管输出、传感器和控制器通信。过程层包括变压器、断路器、隔离开关及电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。

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。

智能化变电站主要对电力变压器的测量、控制、计量、监测和保护等部分的要求与常规变电站不同,智能化变电站对其智能化设备要求至少具有五项基本技术特征:

测量数字化 对相关参量就地数字化测量,所属参量包括变压器油温、有载分接开关分接位置,开关设备分、合闸位置等

控制网络化 对有控制需求的部件实现基于网络控制,如变压器冷却装置、有载分接开关和开关操作机构等

状态可视化 把设备状态信息,通过智能组件的自诊断,以可辨识的方式,使设备状态在电网中是可观测的,所谓状态可视,并非对运行人员而是对相关系统的,如设备运行管理系统与电网调动系统可基于智能组件状态可视化功能,看到设备健康状态,自动生成检修方案,优化电网运行功能一体化 将相关测量、控制、计量、监测和保护等一体化融合设计,做到简洁、简单,减少占用空间信息互动化 与调动系统交互,与设备运行管理系统理系统有机结合,可提供变压器运行自诊断结果。

智能化变压器配置以及解决方案

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。

1. 智能变压器的测量功能及解决方案

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。

根据主油箱油位和分接开关油箱油位的测量,给出合理的油位上限、下限。测量风扇电动机电流和电压,观察和分析风扇及风扇电动机的工作状态。根据油流继电器提供的信号,分析油泵是否异常。有载分接开关驱动电源电压测量便于观测操作电源状态,有载分接开关切换次数测量便于分析机械寿命,有载分接开关当前分接位置测量可提供当前工作的状态量。

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。
2.智能变压器的控制功能及解决方案

对于冷却控制系统,主油箱油顶层温度和底部油温度以及绕组光纤测温同样用于判断变压器是否过热,冷却装置运行是否异常,冷却装置开起组数参量用于控制冷却装置负荷匹配及运行状态。铁心接地电流的主要作用在于监控铁心故障,如是否存在多点接地。

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。
       建设坚强智能电网,设备是关键。变压器制造企业只有积极迎接智能电网带来的变革,抓住机遇,接受挑战,在不断发展的过程中不懈努力,不断提高,才能在智能电网建设中发挥应有的作用,实现新一轮智能化变压器制造业的振兴与崛起。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。中国ABB电力变压器制造公司已经成立了智能化变压器团队,从设计、工艺及制造等各个领域积极应对这一变革和挑战。按照智能化变电站对电力变压器的要求,从测量、控制、计量、监测和保护五个方面给出智能化变压器解决方案,特别考虑了代表智能化的在线监测自诊断功能,以满足智能化变电站对一次设备提出的测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化及信息互动化等诸多要求。

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