關(guān)于變壓器穩(wěn)控綜合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化

胡曉帆

摘要：變壓器是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其正常運(yùn)行是確保電力供應(yīng)的基礎(chǔ)，隨著輸變電需求的快速增長及電網(wǎng)覆蓋面的不斷拓廣，必須確保變壓器的穩(wěn)控系統(tǒng)以保障電力的正常供應(yīng)。基于此，本文將對配電網(wǎng)變壓器穩(wěn)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化進(jìn)行分析及研究，可為配電網(wǎng)管理與維護(hù)提供交流及參考。

關(guān)鍵詞：變壓器;穩(wěn)控系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì);系統(tǒng)優(yōu)化

電力系統(tǒng)本身就是一個(gè)涉及面廣、業(yè)務(wù)流程復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，而配電網(wǎng)系統(tǒng)中各種各樣的電力設(shè)備在整個(gè)電力系統(tǒng)扮演著不同功能角色，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性都有著不同程度的影響。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，影響電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行事件的70%來自用戶側(cè)的故障，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面，電力公司促進(jìn)企業(yè)調(diào)節(jié)用電負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡，保持當(dāng)?shù)仉妷悍€(wěn)定，消除危及電網(wǎng)的安全隱患。而變壓器在電力系統(tǒng)的電壓控制方面有著重要的作用，可見做好變壓器穩(wěn)控綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)保障配電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重中之重，相關(guān)變壓器生產(chǎn)企業(yè)及配電網(wǎng)工作人員在日常電網(wǎng)設(shè)計(jì)及變壓器維護(hù)中必須充分重視，并對變壓器的穩(wěn)控系統(tǒng)加以優(yōu)化，以保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

一、變壓器穩(wěn)控需要解決的主要問題

由于在變壓器綜合系統(tǒng)中電弧負(fù)載及大電機(jī)等沖擊負(fù)荷時(shí)刻在變化，各個(gè)分變?nèi)萘恐痛笥谥髯內(nèi)萘壳抑髯內(nèi)粘Ｘ?fù)荷率為70%左右的條件下，高峰負(fù)荷時(shí)段一旦啟動(dòng)具有沖擊負(fù)荷屬性的設(shè)備工作，主變超容量用電就會(huì)發(fā)生。其危害是加大了變壓器損耗、降低了輸出電壓、部件發(fā)熱老化，同時(shí)影響整個(gè)用電線路的正常用電，甚至因變壓器的發(fā)熱而導(dǎo)致危險(xiǎn)事故的發(fā)生。用電管理而言很多企業(yè)用電方式粗放、需量管理缺失，且人工無法實(shí)時(shí)、集中監(jiān)控變壓器超容量用電，最終導(dǎo)致用電安全和用電成本偏高的問題。因此，必須依靠智能優(yōu)化變壓器穩(wěn)控綜合系統(tǒng)的技術(shù)手段來解決兩個(gè)問題：1）因企業(yè)超容量用電導(dǎo)致電力供需不平衡，進(jìn)而影響其他電力用戶的正常用電和威脅電網(wǎng)安全;2）因企業(yè)的電費(fèi)資費(fèi)政策和政府用能政策應(yīng)用不充分，導(dǎo)致用電成本處于高位。這是企業(yè)能源管理任務(wù)之一，其副產(chǎn)物是促進(jìn)企業(yè)少支出基本電費(fèi)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

二、變壓器穩(wěn)控綜合系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)及優(yōu)化

在變壓器穩(wěn)控綜合系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)上，設(shè)立一套具有需量管理、有序用電、功率因素管理、用電方式優(yōu)化、電壓水平管理等功能模塊的系統(tǒng)軟件。其運(yùn)行方式為自動(dòng)和人工兩種可選方式，實(shí)現(xiàn)對主變需量和分變需量實(shí)時(shí)計(jì)算和預(yù)測、最大需量的越限報(bào)警、電能本地補(bǔ)濟(jì)、控制負(fù)荷等。采用人工干預(yù)運(yùn)行方式時(shí)，根據(jù)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)及生產(chǎn)計(jì)劃安排，系統(tǒng)平臺能夠?qū)π枇孔兓M(jìn)行計(jì)算、預(yù)測等功能，通過設(shè)立變壓器的需量定值，實(shí)現(xiàn)越限報(bào)警。根據(jù)預(yù)測結(jié)果，在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行需量越限的聲光報(bào)警或通過APP的方式通知生產(chǎn)負(fù)責(zé)人，提醒相關(guān)人員關(guān)注分變負(fù)荷的變化情況，及時(shí)調(diào)整負(fù)荷。在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中，根據(jù)沖擊負(fù)荷及大電機(jī)啟動(dòng)負(fù)荷的情況，依據(jù)負(fù)荷平衡軟件功能的模擬運(yùn)行結(jié)果，制定本地光伏電能的補(bǔ)濟(jì)策略并予以實(shí)施;如果本地補(bǔ)濟(jì)電能還不足以消化負(fù)荷，那么系統(tǒng)平臺對主站值班人員進(jìn)行本地電能補(bǔ)償不足的告警，提醒他們監(jiān)視負(fù)荷，可能隨時(shí)啟動(dòng)負(fù)荷控制策略。采用自動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)主變需量監(jiān)測的結(jié)果及其控制方案，進(jìn)行自動(dòng)控制，通過通信網(wǎng)切除各個(gè)分變級內(nèi)部分不重要的負(fù)荷。保證該條線路運(yùn)行不超過最大需量設(shè)定的定值，避免主變超容量用電而導(dǎo)致基本電費(fèi)的變化。智能優(yōu)化變壓器穩(wěn)控綜合系統(tǒng)還將保存長期的電力負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過企業(yè)生產(chǎn)用能趨勢，統(tǒng)計(jì)分析出合理的負(fù)荷，為企業(yè)何時(shí)何地增容變壓器提供科學(xué)決策依據(jù)。

2.1采集用電數(shù)據(jù)及狀態(tài)

主站平臺具備手動(dòng)召測/發(fā)送：保電投入/解除、遙控跳閘/允許合閘、降檔輸出/降檔停止;具備手動(dòng)召測配電設(shè)備的三相電壓、三相電流、三相功率、三相功率因數(shù)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。定時(shí)或隨機(jī)采集三相電流、三相電壓、三相功率、總功率、三相功率因數(shù)等曲線數(shù)據(jù)，并保存或表格導(dǎo)出，便于用作后臺各項(xiàng)指標(biāo)的分析。

2.2需量管理

實(shí)時(shí)需量跟蹤實(shí)時(shí)需量，通過計(jì)算提前量預(yù)告警，節(jié)省電力負(fù)荷，避免超容罰款。需量分析建立負(fù)荷動(dòng)態(tài)圖表，記錄各個(gè)分變的日、周、月、季、年的最大需量值及其發(fā)生時(shí)間，并計(jì)算其概率分布、期望值等，為最大需量的優(yōu)化、模擬驗(yàn)證、趨勢分析提供依據(jù)。結(jié)合中長期用電規(guī)劃，適時(shí)地調(diào)整變壓器容量，平衡點(diǎn)75%。根據(jù)購入電或預(yù)購電的電量，分析用電的分布，計(jì)算消耗，建立日、周、月、季、年的電能平衡表以及趨勢對比圖等，有利于節(jié)省用電成本分析。均衡需量依據(jù)實(shí)時(shí)功率、最大需量（日、周、月）、實(shí)時(shí)需量、容量等參數(shù)，結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，平衡負(fù)荷，降低電力需求;聲光告警、短信等提示操作人員控制最大需量;自動(dòng)切除非重要負(fù)荷。

2.3編制用電計(jì)劃表

預(yù)測最大負(fù)荷等參數(shù)的發(fā)生時(shí)間和數(shù)值，結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃表，匹配好既有并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的光伏發(fā)電季節(jié)性變化與鋼鐵企業(yè)的用電負(fù)荷變化，實(shí)現(xiàn)削峰式的本地電能補(bǔ)濟(jì)功能，充分地消納新能源。實(shí)施用能分配演練性的驗(yàn)證，最終形成可操作的最佳用能計(jì)劃表。

2.4編制限制負(fù)荷的執(zhí)行預(yù)案

根據(jù)用電計(jì)劃安排情況，在本地電能補(bǔ)濟(jì)不足以填補(bǔ)負(fù)荷，甚至有可能發(fā)生超容量用電條件下，依據(jù)預(yù)測的嚴(yán)重等級，可對各個(gè)配電控制機(jī)構(gòu)、負(fù)荷開關(guān)等對象編制限電組，配合負(fù)荷控制預(yù)案的有效實(shí)施，使得負(fù)荷控制期間的生產(chǎn)影響趨于最小化。另外，需制定除安保用電之外的負(fù)荷控制方案，避免企業(yè)電力局域網(wǎng)空轉(zhuǎn)，造成不必要的浪費(fèi)。負(fù)荷控制黃色預(yù)案自動(dòng)監(jiān)測主變的15min平均功率即最大需量，負(fù)荷一旦超過變壓器容量的80%，各站軟件畫面開啟黃色預(yù)警，并推送警示信息，告知有關(guān)人員及其負(fù)責(zé)人，其負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到變壓器容量的80%，注意相關(guān)的配電操作。負(fù)荷控制橘色預(yù)案自動(dòng)監(jiān)測主變的最大需量，負(fù)荷超過變壓器容量的90%，各站軟件畫面開啟橘色預(yù)警，推送警示信息，告知有關(guān)人員。系統(tǒng)自動(dòng)開始比較主變下的變壓器設(shè)備負(fù)荷，對最大負(fù)荷的變壓器設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)降檔，如此周而復(fù)始，直至降檔不了為止。當(dāng)負(fù)荷控制紅色預(yù)案在負(fù)荷降檔手段用盡時(shí)，主變負(fù)荷還在95%以上，各站軟件畫面開啟紅色預(yù)警，推送警示信息，告知有關(guān)人員及其負(fù)責(zé)人，系統(tǒng)開始自動(dòng)對安全重要性相對低的負(fù)載進(jìn)行跳閘限電，直至負(fù)荷被限制住為止。同時(shí)，配電房會(huì)再次聲光報(bào)警，希望各個(gè)配電工位的人員知道，本次的限電跳閘命令由智能優(yōu)化變壓器穩(wěn)控綜合系統(tǒng)發(fā)出的，請大家自覺停止任何生產(chǎn)操作，實(shí)施相關(guān)的停產(chǎn)作業(yè)。

2.5能耗庫建立電氣設(shè)備的能耗庫及能耗標(biāo)準(zhǔn)庫，確立合理的能源消耗目標(biāo)。為后期能源消耗水平的分析，提供數(shù)據(jù)支撐。

2.6系統(tǒng)日志對于主站的參數(shù)修改、下發(fā)、控制方案的編制與執(zhí)行等操作，主站自動(dòng)進(jìn)行記錄，便于事件追索。

三、結(jié)束語

總而言之，為提高變壓器等設(shè)備在配電網(wǎng)系統(tǒng)中的正常運(yùn)行，我們必須要在工作實(shí)踐中加強(qiáng)對變壓器穩(wěn)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，不斷創(chuàng)新，相信未來變壓器智能系統(tǒng)中將融合先進(jìn)傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、信號處理與控制技術(shù)及通信技術(shù)于一體，對變壓器潛伏性故障、早期故障以及突發(fā)性故障做出預(yù)先判斷，從而實(shí)現(xiàn)變壓器的智能化，保證了電力變壓器的安全可靠運(yùn)行。

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（作者單位：順特電氣設(shè)備有限公司）