技術(shù)收藏 | 智能變壓器設備淺析
根據干式變壓器設備智能化的技術(shù)現狀，本專(zhuān)題根據設備智能化的要求，充分考慮了傳統二次設備與一次設備的融合所帶來(lái)的技術(shù)難度與復雜性，兼顧了現在和未來(lái)發(fā)展方向，對設備生產(chǎn)商的生產(chǎn)技術(shù)提出了更高的要求。
一、概述
（一）技術(shù)現狀
干式變壓器設備作為電力系統的主要構成元件，其可靠性是電網(wǎng)安全運行的保證。干式變壓器本體設備是由電工材料構成的工業(yè)裝備，其自身并不具備運行狀態(tài)反映的功能。
以往對于干式變壓器本體的工作狀況，內外的電力部門(mén)多年來(lái)普遍采用對設備進(jìn)行定期檢修預試制度。在此基礎上逐漸發(fā)展起了一些參數的在線(xiàn)監測技術(shù)，近年來(lái)已在此方面取得一定經(jīng)驗和成效，但仍存在諸如檢測的參數不全、各家自成系統、相互兼容性差、不能統籌考慮等缺點(diǎn)，還不能保證全面、實(shí)時(shí)的反映設備的運行狀況。
智能電網(wǎng)的建設對干式變壓器這一變電站主設備的智能化提出了新的要求：干式變壓器設備應配備各種數字化接口，使其具備自身狀態(tài)信息管理、診斷、評估和控制的功能，通過(guò)與智能綜合組件結合或集成，構成具體測量、控制、保護、計量和監控功能的統一實(shí)體實(shí)現其智能化。隨著(zhù)計算機、傳感以及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，為干式變壓器的智能化的實(shí)現提供了有利條件。
（二）常規干式變壓器設備存在的問(wèn)題
隨著(zhù)電力系統對智能化和運行可靠性要求的提高，常規干式變壓器的不足之處已日益凸顯，設備存在的主要問(wèn)題有：1）現有的在線(xiàn)監測技術(shù)，部分解決了停電試驗的一些缺點(diǎn)，但由于全參與主變設備狀態(tài)監測技術(shù)研發(fā)的廠(chǎng)家眾多，產(chǎn)品的可靠性及穩定性水平也千差萬(wàn)別，監控與分析軟件都各成系統，相互間不兼容，給今后的系統維護造成極大的不方便。2）電纜用量大，施工接線(xiàn)復雜；現在主變匯控柜與主變本體各元件之間采用電纜進(jìn)行硬連接，主變匯控柜至主變保護小室保護屏間采用電纜進(jìn)行硬連接。3）狀態(tài)檢修還需結合定期停電，存在需要停電、試驗真實(shí)性和實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)。4）一次設備采用傳統電流傳感器，需要大量的漆包線(xiàn)、銅材、矽鋼片制成，體積大而笨重，消耗材料多，生產(chǎn)時(shí)對環(huán)境污染嚴重。
為了解決上述問(wèn)題，迫切需要在干式變壓器制造中引進(jìn)智能化技術(shù)提高干式變壓器的智能化程度，使之具備感知能力、決策能力和執行能力。智能化技術(shù)是建立在微電子技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、計算機技術(shù)、伺服技術(shù)及精密機械制造技術(shù)等高科技技術(shù)之上的綜合技術(shù)。
二、智能干式變壓器設備的特點(diǎn)和功能
（一）智能干式變壓器設備的特點(diǎn)
智能干式變壓器是由干式變壓器實(shí)體與智能綜合組件構成，配備各種數字化接口，具有將各種狀態(tài)信息進(jìn)行采集與上傳的功能，并具備自身狀態(tài)信息管理、診斷、評估和控制的功能。智能干式變壓器具有標準化的物理結構及接口，可即插即用。
（二）智能干式變壓器設備的功能
智能干式變壓器設備主要由干式變壓器實(shí)體與智能綜合組件構成，智能綜合組件由控制單元、保護單元、狀態(tài)檢測單元、計量單元和通信單元等組成。智能干式變壓器本身具有控制、通信、狀態(tài)監測等功能，如：數據采集數字化；異常時(shí)鐘信息的識別防誤功能；具備完備的自診斷、自恢復功能；對干式變壓器冷卻系統采用自動(dòng)優(yōu)化控制，實(shí)現節能降耗的目的；對有載分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行自動(dòng)投切；同時(shí)具備干式變壓器電量和非電量保護功能等。除電力功能元件外，智能干式變壓器還包含以下主要功能單元：
（1）控制功能單元：1、干式變壓器有載分接開(kāi)關(guān)的智能控制：包括根據電壓自動(dòng)投切有載分接開(kāi)關(guān)及對其照明電動(dòng)機的驅動(dòng)實(shí)現自動(dòng)控制。2、冷卻系統的智能控制：每臺干式變壓器有多組輔助冷卻器。根據干式變壓器的油溫、光纖測溫信號啟動(dòng)或關(guān)閉輔助冷卻器。3、干式變壓器有載開(kāi)關(guān)在線(xiàn)濾油裝置智能控制：在線(xiàn)過(guò)濾分接頭油箱絕緣油中的污染物。用戶(hù)可以設置分接頭每次動(dòng)作之后濾油，也可以選擇根據油質(zhì)狀況定時(shí)濾油。
（2）在線(xiàn)監測與故障診斷功能單元：對干式變壓器儲油柜中油位、油溫、繞組溫升、油色譜分析、鐵心接地電流、局放、套管、壓力釋放閥的在線(xiàn)監測與故障診斷，并將測得信息傳輸到智能終端，根據環(huán)境溫度、冷卻系統狀態(tài)，油溫、線(xiàn)圈溫升等綜合分析干式變壓器能夠過(guò)負荷運行的能力，評估檢修周期或提前預警。
（3）保護功能單元：對干式變壓器配置雙重化電量保護和單套非電量保護，以保證當干式變壓器發(fā)生故障時(shí)能夠自動(dòng)、迅速、有選擇的從系統中切除，或發(fā)出信號由運行人員處理。
（4）通信功能單元：實(shí)現與間隔層和站控層的實(shí)時(shí)通信，以實(shí)現各功能單元間的數據共享和遠程監控等功能。
三、智能干式變壓器設備的技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢
（一）智能化組件的應用情況及發(fā)展趨勢
從目前常規變電站內干式變壓器一次、二次設備組成看，現有的控制、保護等已經(jīng)實(shí)現數字化，但各自先立或分散布置于不同的部件或系統中，集成度低，未真正實(shí)現干式變壓器智能化。各裝置的技術(shù)現狀及應用情況如下：
1、保護功能：在解決了二次設備在受變電站戶(hù)外溫度、濕度、振動(dòng)和電磁干擾的影響后，干式變壓器保護下放至主變本體安裝位置。該技術(shù)比較成熟，各設備廠(chǎng)家均有較成熟產(chǎn)品。
2、通信功能：過(guò)程層采用通用面向變電站事件對象網(wǎng)絡(luò )（GOOSE 網(wǎng)絡(luò )），并通過(guò)MMS網(wǎng)接入站控層網(wǎng)絡(luò )，通信功能集成于各功能元件上，各設備廠(chǎng)家均有成熟產(chǎn)品。
3、智能化有載分接開(kāi)關(guān)能夠根據電壓自動(dòng)調節分接開(kāi)關(guān)的投切，智能化冷卻控制系統能夠根據干式變壓器的油溫和負荷分組控制風(fēng)扇的起停，同時(shí)具有邏輯閉鎖功能，內各干式變壓器廠(chǎng)已有此類(lèi)成熟產(chǎn)品。
（二）智能干式變壓器的技術(shù)發(fā)展過(guò)程
隨著(zhù)數字化電子器件的發(fā)展，狀態(tài)檢測元件技術(shù)及功能有了很大的發(fā)展，在現有干式變壓器設備的基礎上，可以借助于軟件模塊，在同一計算機輔助裝置上運行多個(gè)功能，例如智能控制、在線(xiàn)監測、保護、通信等，實(shí)現干式變壓器設備的智能化。根據3.1 節中所述干式變壓器設備的技術(shù)現狀與功能要求，干式變壓器設備的智能化發(fā)展過(guò)程如下3 個(gè)階段：1）現階段：干式變壓器實(shí)體設備加外置的多個(gè)狀態(tài)監測附件；保護裝置安裝在保護小室，其余各裝置分散安裝于干式變壓器附近。傳感器元件與裝置之間采用電纜連接；
圖3.2-1 干式變壓器設備智能化發(fā)展現階段
2）第二階段：干式變壓器實(shí)體設備加上部分內嵌（如內嵌的狀態(tài)監測單元）的智能綜合組件和外置的保護裝置；保護裝置安裝在保護小室中；傳感器元件與智能綜合裝置采用光纜連接。
圖3.2-2 干式變壓器設備智能化發(fā)展第二階段
3）第三階段：干式變壓器設備加上內嵌的智能綜合組件，內嵌的智能綜合組件含控制、通信、保護和狀態(tài)監測等多個(gè)單元，與干式變壓器共同構成一套完整的設備。傳感器元件與智能綜合組件采用光纜連接。各功能單元均有標準化接口，即插即用。智能綜合組件與上位機采用光纜連接。
圖3.2-1~3 為干式變壓器設備智能化發(fā)展過(guò)程的3 個(gè)階段，第三階段代表了智能干式變壓器設備發(fā)展方向。
圖3.2-3 干式變壓器設備智能化發(fā)展第三階段
四、結論
智能干式變壓器設備是一個(gè)基于多種傳感器的集成化系統，能實(shí)時(shí)地反映干式變壓器繞組、鐵芯、套管、有載分接頭開(kāi)關(guān)、冷卻器等元件的運行狀況，并能真實(shí)地記錄干式變壓器的運行參數、負荷電流和各種溫度數據等。
干式變壓器設備智能化技術(shù)解決了參數不全等問(wèn)題，能夠全面、實(shí)時(shí)的反映設備的運行狀況；電纜用量減少，施工接線(xiàn)簡(jiǎn)單；無(wú)需定期停電進(jìn)行預防性試驗（離線(xiàn)）來(lái)掌握干式變壓器信息以決定能否繼續運行，解決了需要停電、試驗真實(shí)性和實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)。
干式變壓器設備智能化方案創(chuàng )新和集成了一、二次設備技術(shù)，安全可靠、功能匹配、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟合理。大大提高了干式變壓器設備的可靠性，增加了功能，有利于生產(chǎn)，變“定期維修”為“狀態(tài)維修”，防患于未然；簡(jiǎn)化干式變壓器設備的結構，降低了設備成本，從外觀(guān)上向小型化、模塊化方向發(fā)展；在功能上向標準化、智能化方向發(fā)展；在可靠性上向自診斷、自恢復方向發(fā)展。整個(gè)系統由計算機實(shí)行人工智能管理，是未來(lái)智能化電網(wǎng)的發(fā)展方向。
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