主變智能化的應用研究

（河南經緯電力設計院，河南 南陽 473009）

主變智能化的應用研究

周 潔

（河南經緯電力設計院，河南 南陽 473009）

本文對某110kV變電站工程條件和特點，對該站的主變智能化實施方案進行了分析研究，確定了本階段智能主變的實現方式、各智能組件的安裝位置，主變智能化方案包含的智能組件和智能功能。

主變智能化；智能組件；智能功能；狀態監測系統

前言

智能設備是智 能變電站的重要組成部分。智能設備現階段的特征主要體現在“信息數字化、控制智能化、狀態可視化”三個方面。

變壓器智能化的要求：變壓器設備應配備各種數字化接口，使其具備自身狀態信息管理、診斷、評估和控制的功能；通過與智能綜合組件結合或集成，構成具有測量、控制、保護、計量和監控功能的統一實體實現其智能化。

1 主變智能化的實現方式

1.1 智能化設備的實現方式

在國網公司《智能變電站技術導則》中對智能設備的模式有如下描述：

（1）獨立運行的一次設備加上外置的智能組件；

（2）一次設備加上內嵌的包含狀態檢測單元的智能組件，再加上外置的一個或多個智能組件；

（3）一次設備加上內嵌的智能組件。

對智能主變的三種模式分析如下：

（1）智能主變可由獨立運行的主變加上外置的智能組件，各智能組件可以安裝于主變附近，保護裝置安裝在保護室。傳感器元件等與智能組件之間采用電纜連接。主變智能化模式a見表1。

（2）智能主變可由主變加上內嵌于主變本體的包含狀態檢測單元的智能組件，再加上外置的一個或多個智能組件。保護裝置安裝在保護室中；傳感器元件與智能綜合裝置采用光纜連接。主變智能化模式b見表2。

（3）智能主變由主變加上全部內嵌的智能組件，見表3。

目前對于110kV變電站而言，由于工程造價合理性及安全性等多方面原因制約，較為成熟和經濟可靠的的主流智能化方案為模式a，本工程擬采用該方案實現一次設備智能化。

1.2 主變智能化的功能及配置要求

經過廣泛深入的現狀及廠家調研，根據《智能變電站技術導則》中的定義，現階段的智能設備采用“獨立運行的一次設備加上外置的智能組件“更為經濟合理”。

1.2.1 智能功能

（1）控制功能

一般應實現以下主要功能：

①根據系統電壓及無功補償裝置的投切，由智能組件接受后臺調壓命令或者在組件當地發出調壓命令，自動調節有載開關檔位；

②根據系統中性點接地要求，遠方自動投切中性點接地開關。

（2）保護功能

主變智能組件宜具有主變本體非電量保護、上傳本體各種非電量信號等功能；重瓦斯保護跳閘宜通過控制電纜直跳方式實現，其余非電量保護跳閘可通過GOOSE方式實現，主變非電量保護功能宜由主變智能設備自身實現。

（3）狀態監測功能

為了實現對主變設備狀態的可視化監視，本工程擬對安裝變壓器油中氣體監測設備，采用在線外置式方案，檢測變壓器油中溶解氣體監測組份包括：H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6；變壓器油色譜監測數據除在本地進行存儲、分析和診斷外，經由IED發送到一體化監控系統，在狀態監測綜合分析平臺中進行記錄和存儲，通過分析油色譜監測數據的變化趨勢，提前發現變壓器過熱或絕緣故障。后臺系統不獨立配置，與輔助控制系統后臺統一整合于安全II區的綜合應用服務器，實現綜合分析結果的可視化展示，其分析結果通過IEC61850規約上送至上級系統，實現電網與變電站主要一次設備之間的協同互動，為實現基于狀態監測的設備全壽命周期綜合優化管理提供基礎數據支持，為實現設備檢修策略與檢修方案優化提供輔助決策。

1.2.2 配置要求

為實現上述所列各項功能，變壓器所應配備的智能設備包括：

因此,緊急制動曲線可以通過上述原則進行計算。ATP系統在列車運行過程中將實時對列車的能量進行檢測，確保在最壞的情況下后車也不會越過前車的干擾點。

（1）智能單元

該智能組件具有對主變有載開關及中性點刀閘系統的智能化控制功能，并負責采集主變本體油溫、繞組溫度、壓力釋放器動作、油位異常、瓦斯氣體繼電器動作、有載調壓開關檔位等開關量信號及DC4～20mA模擬量信號。主變非電量保護作為一個邏輯功能單元，集成在智能組件中，不再設獨立的硬件裝置。測溫功能用于實現對主變本體油溫、繞組溫度的測量功能。油溫傳感器、繞組溫度傳感器安裝在主變本體上，所有溫度采集單元對應安裝于主變智能控制柜內，其報警信號和4mA～20mA測量信號接入主變智能接口測控單元。具備通信功能，通信接口采用光纖以太網口，通信規約遵循DL/T860標準。

（2）互感器合并單元

該套智能組件用于實現對主變中性點電流信號的采集和測量。合并單元安裝于主變智能控制柜內，負責將主變中性點來自采集器的電流數據進行同步合并處理，然后通過光纖以太網通信接口向間隔層設備傳送電流采樣值SMV報文信息，通信規約采用IEC61850-9-2LE。

（3）油中氣體監測裝置

2 某110kV變電站主變智能化的實現方案

2.1 主變狀態監測系統的設置

由于本站推薦采用油中溶解氣體分析（DGA）進行狀態監測。

本站狀態監測系統主要由油色譜氣體監測單元、狀態監測IED和狀態監測綜合分析軟件后臺系統組成，將診斷結果和測試數據通過IEC61850規約上傳至站控層，狀態監測綜合分析后臺與輔助控制系統統一整合于整合于安全II區綜合應用服務器，實現綜合分析結果的可視化展示，其分析結果通過IEC61850規約上送至上級系統，實現電網與變電站主要一次設備之間的協同互動，為實現基于狀態監測的設備全壽命周期綜合優化管理提供基礎數據支持，為實現設備檢修策略與檢修方案優化提供輔助決策。

表1 主變智能化模式a

表2 主變智能化模式b

表3 主變智能化模式c

表4 110kV主變智能化裝置的安裝位置

2.2 電子式互感器的應用

電子式互感器是建設智能化變電站的決定性設備，起著至關重要的作用。本站主變中性點套管CT及間隙CT均采用均采用羅氏線圈原理的有源電子式互感器，其中中性點套管CT集成于主變本體。

采用電子式互感器有著如下優點：基于羅氏線圈和低功率線圈的有源電子式互感器相對無源式電子互感器，運行經驗更加豐富，成本更低。其成本低，可靠性高，精度高、動態范圍大，既減少了工程施工量，又并便于安裝，同時有利用后期維護。

2.3 智能組件的設置

《智能變電站優化集成設計建設指導意見》要求：“當可靠性滿足要求時，一個間隔內智能終端、合并單元可采用一體化裝置，實現硬件整合，減少過程層裝置數量”。

工程主變本體配置合并單元智能終端裝置集成1套（含非電量保護），安裝于主變智能控制柜之中。兩個設備具備整合條件，采用一體化裝置可以減少設備數量，簡化光纜連接。且智能終端、合并單元裝置集成目前在技術上已較為成熟，具備應用條件。

2.4 主變智能化設備的配置及安裝位置（表4）

本站每臺主變配智能控制柜一面，智能組件安裝在智能控制柜內。

結語

本文研究結論為：主變智能化實現方式為《智能變電站技術導則》中的方案a，即獨立運行的一次設備加上外置的智能組件；主變和智能組件推薦方案為：主變本體、狀態監測裝置、合并單元和智能單元一體化裝置，各由主變、狀態監測、二次設備制造廠家分別供貨。主變智能功能包括保護、控制和狀態監測功能，主變智能方案包括智能組件一體化、電子式電流互感器合并單元、油中氣體監測裝置。

[1]劉福強.虹橋變電站變壓器在線監測系統應用研究[D].華北電力大學，2012.

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