智能电网中的通用电力变压器设计

1、智能电网中的通用电力变压器设计一、智能变压器简介：智能电力变压器是智能变电站的核心设备之一，是一种新型电力变压器，其 核心是通过装备必要的传感器，采集更多有关电力变压器运行状态、控制状态和 可靠性状态的信息，通过其智能组件对采集信息进行自主就地处理，形成智能化 的结果信息，为电力变压器的智能控制、电网的优化运行以及电力变压器的优化 检修提供不可替代的信息支撑。智能电力变压器的传感器应根据工程实际需要设 置，对于运行在关键岗位的智能电力变压器，可能会装设较多传感器。传感器信 号应能直接或间接反映电力变压器的运行、控制和可靠性状态。传感器信号会定 时或在事件驱动下由相关智能电子装置(intelli

2、gent electronic devices, ied)釆集。智能电力变压器安置位i智能化变电站总体框图如下所示网络通信记 录分析系统大用户、电源相邻变电站间图2押能化变电站结构示盘图可分为站控层、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一.三、智能化变压器配置以及解决方案：智能组件是电力变压器智能化的核心部件，信息流主要集中于智能组件。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

3、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。以油浸式电力变压器为例，智能组件的ied常规配置如下图対扌空以网纟x交扌奂亿妙削（a） 亿也辭（b） 亿妙辭（c）亿港犢（d） 亿妙器（e） 亿妙器（f） 亿妙辭（g）电t a测：iedz5> au-a ?!. : ljl iedoltc 扌：|jj ied!ki >''j j力冃2 ml 三 iedau山；讥卫蓝测ied= 4 9 ).i 帖汽统#n九纟千测沮ied，山：uied1丨 m 1丫 ：ied介j卜单兀oltc们我分扌妾开关配置框图示意住，1. su s2h)

4、尼油说.s3.2. s5s6s9s】0电压、电ift3. s： s8mffitt 电1. sun体anti©5. s12愉中ffi桂i体6 s13ft«p*分:.snn5rt*hl*8. c冷扫忝號9 oltcfftthlkifitt变压器智能组件示意图配置实物二维图示意表一为智能组件（ied）常用传感器表1测呈与监测ied常用传感器tab. 1 sensors for measuring and moiiitoiing ied组别里本传感信息可选伦感信息a油面温搜:、本体油位接点、oltc油位接点、轻瓦斯接点绕组模拟沮度、油位模拟城、 底层油温、铁心接地电汰、气 体聚樂址

5、、油压力等b控制状态址倍息城机电流、电压、油涼等c控制状态髓倍息骡动吐机电流、声学指纹等pi特高撤（uhf）局放信号超声局放倍号.脉冲电流u（1个或多个测点）局放倍号e绕组丸纤测汩佶息（4个或更多测点）fh2+c2h2h+cjhi+cjh jh26co2本体玉瓦斯接点 ourc 口兀斯g 接点.压力兴变继电器.过热保护接点(1) 智能变压器的测量功能及解决方案测量内容为电力变压器常规告警和常规状态信息，包括接点信息和模拟 量信息，由智能组件的测量ied承担。测量ied采集油而温度、绕组模拟 温度、油位接点、轻瓦斯接点等信息。根据需要测量ied可扩展测量铁心 接地电流、油位模拟量、油压模拟量、气

6、体聚集模拟量、底层油温等信息。测量功能的设计方案如下：首先，测量信息通过过程层网络报送至测控 装置，由测控装置将测量信息报送至站监控主机和远动装置。其次，测量信 息也是电力变压器运行状态、控制状态和可靠性状态分析依据的一部分，测 量信息通过过程层网络同时报送至监测功能组主ied(简称监测主ied)o此 外，测量ied中的油温、模拟绕组温度等信息也是冷却装置控制参量的一 部分，因此，通过过程层网络，测量信息还要同时报送至冷却装置控制ied。 测量功能示意图如下所示：1 一传感器信号(参见衣1)； 2测量倍息；3测控装置向站控层报 送的源rimfi ied的仁息：其屮测拧装at般随继电保护装置放5

7、s(2) 智能变压器的监测功能及解决方案电力变压器的监测项目一般由专门的监测ied完成。对有载分接开关 (on-load tap changer, oltc)、冷却装置的状态监测由相关控制ied完成。 无论应用了多少监测ied,目标都是反映电力变压器的运行状态、控制状态 和可靠性状态。有的监测项目之间是互补关系，有的监测项目之间是互证关 系。良好的信息流设计方案是能实现信息在各ied之间的高效、有序交互, 支持包括监测信息在内的全部状态信息的聚合，然后进行综合分析，形成综 合的智能化信息，最后报送至相关高级应用系统。据此，监测功能的设计方案如下图所示，其中监测主ied承担了汇集 所有监测ied

8、、测量ied和控制1ed的信息，此外，监测主ied在综合分 析时还需要系统电压、负载电流等信息，这部分信息通过站控层网络获取(或 经过程层网络直接获取合并单元采集量自行计算)。各种信息综合后进行分 析，形成的格式化信息和智能化信息，由监测主ied通过站控层网络报送 至站监控主机、远动装置及监测信息子站等相关设备。其中格式化信息仅报监测信息子站。需要指出的是，无论是各监测ied的单项分析，还是监测 主ied的综合分析，都需要一定时间的数据积累，以便进行趋势分析或对 信息的品质进行评估。必要时，还需要存储原始监测数据文件，以备深度分 析的需要。因此，信息管理（含各类信息存储、检索、服务）是对各监测

9、ied、 控制ied和监测主ied的基本要求。至于存储时间范围、数据时间间隔等 由各相关ied开发者根据分析需求自行确定。监测信息子站3站控层网络广传感器（d） 闿传感器（e）1j传感器（f）传感辭（a）|传感器（b）j传感器（c）绕组光纤测s1ied油屮渚解壮体ied测试ied冷却装施控制ied艸 oltc悴制ied过程层网络1 一传感器信号（参见农1）： 2服务监控的智能化信息:3-电网优化运行的智能化信息：4支持欣理的格式化信息（可包 括深度分析所需愎始监测数据文件）：5并爪测ied报达的单项智能化 仁息和格n化仁息：6训lied川m： 7拧制ied报这的 绷部）件狀态信息（包括格式化信

10、息和智能化信息）；8系统电压、负鐵 电流乎h也（包拈设备摘纹门息® 9 &斤刖ied. -j' . ied 及控制ied信息一（3）智能变压器的控制功能及解决方案组（部）件的智能控制是智能电力变压器的主要功能之一，由智能控制 ied完成。智能控制ie除承担控制组（部）件运行、测量控制状态的棊本功能 以外，还承担监测受控组（部）件可靠性状态的功能。对于冷却装置控制ied, 除根据冷却装置运行策略控制各组风机的投与退、采集控制状态信息之外， 还可根据工程需要进一步监测各组风机、油泵的电压、电流等信息；对于 oltc控制ied,除根据控制策略或指令控制有载分接开关档位、采集

11、控制 状态信息之外，还可根据工程需要进一步监测驱动电机电流、电压、声学指 纹等信息。特别需要指出的是，组（部）件智能控制所依据的信息包括系统指 令和当前控制状态，同时，根据组（部）件的控制策略及影响因素，测量ied、 监测ied等全部或部分信息也是组（部）件智能控制依据的一部分。冷却装置 控制ied和oltc控制ied的控制信息流设计方案分别如图4和图5所示。远动装盘站拎圧网络5:测捽装广传感笊（b） &|冷幼罠起控mied 1传協器（a）濟#【ed|諾* 他朗b（e）' 1ed 1匕传蚪器（f）嗇i诵iceied n1 一恂mk；（整见农1）： 2叮冷却装童19制相的监测ie

12、d报送的fy能化f；偲和倣格式代信迎：3f ied卩与冷却装置控制相关的格式化信息；4负我电潦（包括如thhrwimh 5控制指令（卜彳j）和拧制状东倍息（i jr）： 6由相关监测ied和测# ied捉供的伫息、控制捋令（i;行）利控制状态佶息（ftr）； 7至冷却装左执行舉的控制制；.一内袞22' 3测卅宾育片丄6ltc拧ed 匸:图4冷却装養控制ied的控制信息流设计方案測 h： ied1 一传想器信号（参见衣1）； 2打制指令威控制策略（卜行）和控制状杰信息（i仃）；3系统电爪和电漁信息:4-w«ied 'j oltc km相尢的格式化信血5测mied u o

13、ltc拎m郴关的格式化倍息、控制指令（i行）和押制状态信息（卜新）"一至oltc执行器的控制信；图5 oltc控制ied的控制信息流设计方案（4）智能化变压器的保护功能及解决方案在电力变压器智能组件内，设有非电量保护ied,负责检测电力变压器所 有非电量保护的跳闸接点信号，如重瓦斯动作接点信号、压力释放阀接点信号 和过热保护接点信号等。保护接点信息及保护状态反馈信息通过过程层网络报 送至测控装置，再由测控装置经站控层网络报送至站监控主机和远动装置。方 案示意图如下所示站监控主机远动装起站控层网络7.-传a艸=： ii电城保护ied测也ied传感a)i传感器(b)h冷却装代拧制ied卜

14、上-r感器(e)|绕组丸纤测'hied片过程层网络11一传感器倍号(参见表1)： 2测mied的油面汩度等信息：3绕 组温度信息：4一冷却装迓控制ied i作严重异常信息：5油面温耳、 绕组温度、冷却装置吿警、轻瓦斯吿警及保护状态佶息等;6 各类吿 警和保护状态信息；7至并侧开关设条控制器的跳闸指令.附：非晶变压器：非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料非晶合金制作铁芯而成的变压 器，它比硅钢片作铁芯变压器的空载损耗(指变压器次级开路时，在初级测得的 功率损耗)下降80%左右，空载电流(变压器次级开路时，初级仍有一定的屯流， 这部分电流称为空载电流)下降约85%,是目前节能效果较理想的配电

15、变压器， 特别适用于农村电网和发展中地区等配变利用率较低的地方。三相非晶合金铁心配电变压器与新s9型配电变压器相比，其年节约电 能量是相当可观的。以800kva为例，apo为1. 05kw；两种型式配电变压器的负载损耗值是 一样的，则厶pk二0,便可计算出一台产品每年可减少的电能损耗为： ws二8760(1. 05+0. 62x0)二9198kw h通过该种规格产品的计算可知，三相非晶合金铁心配电变压器系列 产品的节能效果非同一般。由于油箱又设计成全密封式结构，使变压器内的 油与外界空气不接触，防止了油的氧化，延长了产品的使用寿命，为用户节 约了维护费用。非晶变压器铁芯表1非晶合金和新s9型配电变压器空载损耗值的比较*- k颛走容量涮c)305080100125160200250氏腓晶口)3242627285100120140po(rs9)(