智能變壓器的設計和應用研究

惠小東

摘要：智能變壓器伴隨著電網技術的發展不斷的得到應用，首先對智能變壓器的網絡基礎進行了框架設計，隨后對相應的整體組件和應用進行了分析，研究結果為電網中智能變壓器的廣泛應用提供了相關思路。

關鍵詞：智能；變壓器；設計；應用

引言

智能變壓器的工作環境是智能電力系統，和傳統的電力系統相比，智能電力系統是通過高速網路和其他設備進行協同操作的，在智能變壓器的內部，存在很多光電傳感器和元素執行器，內部的管理單元也是智能化單元，傳感器的作用是收集實時的工作信息，變壓器的狀態內部可以自動分析工作狀態，也就是說，在網絡控制化下，系統內部可以進行實時的進行信息交互，還可以根據系統中其他控制設備的指令進行動作。

1智能化變壓器框架設計

總體來說，電力設備是一個系統，要保證系統的安全和可靠運行，需要信息的支撐。因此，在進行智能變壓器設計之前，需要構建變壓器的智能化網絡，在智能變壓器中，采用的網絡是高速以太網，輸出的帶寬差不多是850Mb/s，以太網終端需要通訊接口進行鏈接。

變壓器的框架設計主要是邏輯設計，智能變壓器的網路系統的組成主要由站控曾、間隔層和過程層組成。站控層網絡拓撲采用的是星型結構，過程層采用的是數據采樣網和GOOSE網絡，并且二者互相獨立，也都是采用星型拓撲結構。保護層采用的是雙重化的保護定值，相應的過程層網絡同樣進行雙重化配置，兩個過程層網絡也相互獨立，變壓器的網絡結構框圖如圖1所示。

設置過程層的目的主要是針對于變壓器的輸出電能，在過程層內，電能可以進行調配、轉換、移動、監測、控制、保護、度量，整個過程層由一次設備和二次設備構成，內部的智能設備智能化組件和一端設備組成，另外，還包括配套內的結合單元和終端的智能元素，如果能在控制過程中實現順序操作，則變壓器的運行狀態是最郝的。間隔層的設備則著眼于某兩個設備之間的間隔，間隔中的一端設備配備于間隔層之中，作用是和遠程的輸入輸出設備和智能傳感器進行通信，間隔層中的設備主要由繼電器保護設備、測控監測設備等二次裝置組成。站控層是一個信息的存取平臺，各類信息統一匯聚，可以給整個變壓器的所有通信信息進行統一的集成，并且建立全局的統一收集、保存、交付、傳送功能，變壓器最終要實現電力系統的高級應用，站控層可以提供可靠、穩定和高效的數據。

2智能變壓器的構成

基于智能化變壓器的網絡框架設計，對智能化變壓器的整體構成進行分析，從總體上來說，智能變壓器是集計算機技術、電力電子技術、傳感技術、自動控制技術、通信技術和變壓器技術的成果，具有電壓變換和電能傳輸、在線監控和遠程通信等功能，并能夠同時滿足用戶多樣化需求，傳統的智能變壓器基本組成結構和對應功能如下。

（1）輸入輸出變換單元。變壓器的基本功能是電壓變換，同時，還需要具有電壓質量調節和電壓控制的功能，智能變壓器中接有光控電子式有載分接開關，該開關可以頻繁動作，并且使用壽命很長，開關還可以根據控制單元快速響應，這些良好特性為電網、電壓的穩定和變壓器的經濟運行提供了基礎。

（2）主控單元。該單元是變壓器的智能核心，位置在主控層內，主控單元擁有數據處理功能，在變壓器供電回路出現故障的時候，可以提供保護和預警，為檢修人員快速定位和處理故障提供良好的幫助，目前比較常用的是分布式的主控單元，該單元最大的優點是可以提供良好的通信和標準化接口，實用性很強。

（3）傳感采集單元。傳感采集單元的特點是模塊化和組合化，該單元的體積很小，配置靈活，安裝方便，可以實現對變壓器的狀態監控。

（4）通信單元。通信單元的基礎是前一章節中的網絡設置，通信接口的規約應該采用開放性的規則，符合國際標準，接口需要采用電口或者是光口，滿足高速通信和可靠通信的要求。

3智能變壓器的應用分析及最優化分析

隨著智能電網的研究需要，智能變壓器內的設備也在不斷升級，內部安裝了許多新設備，包括大量的電子互感器和交換機和電壓智能輔助控制系統，還有對時同步技術和狀態監測系統，同時，智能變壓器的表現形式和傳輸的方式都發生了變化，智能變壓器設備的試驗內容、標準、流程和方法也隨之變化。總體來說，應用于智能電力系統中的智能變壓器的應用主要包括三個方面，分別是測量、保護和計量。

智能化變壓器還具有計量功能，計量功能和測量功能不同，計量主要應用于電子電流互感器的使用方面，比之前傳統的單一電流互感器可靠的多，新的互感器可以實現變電站的運行功能，可以實現變壓器的信息化。電子電流互感器擁有載網功能，可以充分的提高繼電保護的可靠性。電子式互感器具有非常有益的抗干擾能力，遇到高壓風險也可以應對，使得智能變壓器具有很高的測量進度和測量范圍，可以測量幾十安到幾千安的電流，頻帶的靈活性也較高，可以到幾千赫茲，提供可靠的數據，結構簡單，重量輕，體積小，比較容易安裝，輸出的數字接口適應了電力計量與信息化的要求。

為了實現變壓器的高效運行，利用在線監測系統進行計算可以得到相應的數據信息，數據獲取主要是依靠計算機和傳感器，安裝在智能變壓器的監測系統如圖2所示。

對智能變壓器的監控測量結果進行分析，可以得到變壓器的基礎數據、電磁數據、油箱數據等，同時設計優化軟件，以達到變壓器的最高效運行，軟件分為基礎數據的輸入和優化輸出。

總結

在傳統的功能基礎之上，智能變壓器可以通過集中或者分布式的CPU和數據采集單元實現資源的共享和智能的管理。具有數據監測、保護、故障報警等功能，還可以進行狀態診斷和評估、信息管理、通信等高級功能。通過對智能變壓器的網絡化框架設計、功能設計和應用分析，證實了智能變壓器的有效性和經濟性。

參考文獻：

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