智能电网中的智能化变压器
智能电网的发展和建造是一项体系工程,涉及许多学科和职业,一起,智能电网没有现成的经验可供借鉴,必须坚持创新。因而,智能电网将会极大地进步我国电力工业及相关产业诸如变压器制造业的全体技能水平和创新才能。
智能电网具有刚强、自愈、兼容、经济、集成和优化等特征,一起具有信息化、主动化和互动化等技能特征。刚强智能电网根本架构如图 1 所示,其技能体系包含电网根底体系、技能支撑体系、智能运用体系和标准标准体系。电网根底体系是电网体系的物质载体,是完成刚强电网的重要根底。技能支撑体系是指*的通讯、信息和操控等运用技能,是完成智能化的根底。
智能运用体系是保证电网安全、经济和高效运转,*功率使用能源和社会资源,供给用户增值服务的具体体现。标准标准体系是指技能、办理方面的标准、标准、试验、和评估体系,是建造刚强智能电网的制度保证。
智能化变电站对变压器的要求
智能化变电站以*的信息化、主动化和剖析技能为根底,灵敏、高效且可靠地满意发电、用电对电网提出的各种需求,完成进步电网安全性、可靠性、灵敏性和资源优化装备水平的目标。变电站又是电力网络的节点,负责连接线路和运送电能,担负着变化电压等级,集合电流,分配电能,操控电能流向和调整电压等功用。变电站的智能化运转是完成智能电网的*根底环节。
智能化变电站根本组织如图 2 所示,可分为站控层、距离层和进程层。
站控层包含主动化站级操控体系,站域操控、通讯体系和对时体系等子体系,完成面向全站设备的、操控、告警及信息交互功用。完成数据收集和操控(SCADA)、操作闭锁以及同步矢量收集、电能量收集及维护信息办理等相关功用。站控层功用高度集成,可在一台计算机或嵌入式设备完成,也可分别在多台计算机或嵌入式设备中。
距离层包含继电维护设备、体系测控设备和监测功用组主智能电子设备IED(Intelligent ElectronicDevice)等二次设备,完成运用一个距离的数据而且效果于该距离一次设备的功用,即与各种远方输入、交互,使设备自确诊结果与调集决议计划和设备运转管输出、传感器和操控器通讯。进程层包含变压器、断路器、隔离开关及电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子设备。
电力变压器是进程层中*重要的高压设备,因为其事端率高,毛病影响大,对电网可靠性有较大影响。电力变压器也是结构*复杂,毛病原因*复杂的电网设备。电力变压器在运转中有不少需求监测的参数,如负荷、油温、油位、油中气体和开关分接方位等;也有一些需求操控的部件,如冷却体系、有载调压体系等。综合这些因素能够看出,电力变压器具有智能化价值,是高压设备智能化重要设备。
智能化变电站对电力变压器的丈量、操控、计量、监测和维护等部分的要求与惯例变电站不同,智能化变电站对其智能化设备要求至少具有五项根本技能特征：
丈量数字化 对相关参量就地数字化丈量,所属参量包含变压器油温、有载分接开关分接方位,开关设备分、合闸方位等
操控网络化 对有操控需求的部件完成根据网络操控,如变压器冷却设备、有载分接开关和开关操作组织等
状况可视化 把设备状况信息,经过智能组件的自确诊,以可辨识的方式,使设备状况在电网中是可观测的,所谓状况可视,并非对运转人员而是对相关体系的,如设备运转办理体系与电网调集体系可根据智能组件状况可视化功用,看到设备健康状况,主动生成检修计划,优化电网运转
功用一体化 将相关丈量、操控、计量、监测和维护等一体化融合设计,做到简练、简单,减少占用空间
信息互动化 与调集体系交互,与设备运转办理体系理体系有机结合,可供给变压器运转自确诊结果。
智能化变压器装备以及解决计划
智能化变压器装备以及解决计划智能化变压器的构成包含变压器本体,内置或外置于变压器本体的传感器和操控器,完成对变压器进行丈量、操控、计量、监测和维护的智能组件。变压器的冷却器操控器和有载分接开关操控器应具有可连接智能组件的接口,并能够呼应智能组件的操控。变压器的状况监测包含部分放电监测、油中溶解气体监测、绕组光纤测温、侵入波监测、变压器振荡波谱和噪声等。
1. 智能变压器的丈量功用及解决计划
供给主油箱顶层和底部油温度的丈量,可判别变压器是否过热,冷却设备运转是否反常。收集来自气体继电器节点信息和压力开释阀状况信号,用于检测是否因为内部毛病产生严峻放电或短路。
根据主油箱油位和分接开关油箱油位的丈量,给出合理的油位上限、下限。丈量电扇电动机电流和电压,调查和剖析电扇及电扇电动机的作业状况。根据油流继电器供给的信号,剖析油泵是否反常。有载分接开关驱动电源电压丈量便于观测操作电源状况,有载分接开关切换次数丈量便于剖析机械寿命,有载分接开关当前分接方位丈量可供给当前作业的状况量。
智能变压器的丈量功用还应包含各侧负荷电流及中性点电流丈量,其效果运用于维护和状况量。智能变压器的丈量功用还应包含各侧负荷电流及中性点电流丈量，其效果运用于维护和状况感知。
2.智能变压器的操控功用及解决计划
关于冷却操控体系,主油箱油顶层温度和底部油温度以及绕组光纤测温同样用于判别变压器是否过热,冷却设备运转是否反常,冷却设备开起组数参量用于操控冷却设备负荷匹配及运转状况。铁心接地电流的效果在于监控铁心毛病,如是否存在多点接地。
变压器各侧电流和环境温度可对变压器进行发热毛病原因判别和温度猜测,变压器各侧电压则用于监控是否有过励磁状况产生。关于有载分接开关操控体系,开关分接方位、变压器各侧电流及变压器各侧电压均用于操控参考量,分接开关运转状况则用于智能操控。
智能化变压器测控单元的装备根据变压器本体测控参量,经过Modbus 通讯协议将本体操控箱与智能操控柜中的测控单元IED进行连接。智能化变压器测控单元IED的功用是承受来自距离层或站控层的命令,对PLC经过串口通讯进行协议转换,不只能够向距离层或站控层发送数据,还能够有效地对数据进行存储,图3给出了智能化变压器测控单元的根本结构。
3、智能化变压器的监测功用及解决计划
智能化变压器的部分放电在线监测一般用于500kV级以上的变压器，所选用的部分放电监测技能具有良好的抗电晕搅扰才能，可监测的视在放电量一般可操控在500~5000pC。部分放电监测原理根据特高频的全频带动态扫频检测技能,运用特高频传感器可做到输出阻抗主动平衡,不需阻抗变换器,能够带电检修,一起选用四通道高速同步采样、复合除噪技能和主动阈值小波除噪技能等。
油中溶解气体监测一般选择色谱柱法技能,油气分离选用负压动态真空脱气技能,运用灵敏度高,呼应速度快的纳米晶半导体气敏传感器,整个设备支持 IEC61850 通讯协议(见图4)。油中溶解气体监测满意智能组件状况可视化的根本要求,氢气和乙炔监测为*,其他气体及水分为可选。
绕组光纤在线测温可有效地监测绕组内部*热门温升,对剖析变压器热绝缘寿命衰减具有重大意义。绕组光纤丈量不确定度≤2 °C,丈量规模一般操控在5~180 °C之间。绕组光纤测温选用在绕组热门处预埋光纤,以达到实时丈量绕组*热门温升的意图。绕组内部光纤经过安装在油箱壁上的贯穿器与外部光纤相连接,外部光纤终端连接至光纤操控器,光纤操控器经过串口通讯连接到主IED。
在线监测铁心接地电流的意图是经过对铁心接地电流的监测来发现箱体内异物、内部绝缘受潮或损害、油箱沉积油泥及铁心多点接地等类型的毛病,从而及早发现潜伏隐患,提出预警,防止事端的产生(见图6)。使用高灵敏度电流传感器,不失真地收集变压器铁心对地的走漏电流信号。信息传输选用IEC61850 通讯协议,经过对电流信号的运算和处理,除掉杂波搅扰信号,得到实际接地走漏电流信息,*终使用*体系剖析、判别并猜测铁心绝缘的健康状况。
智能变压器的监测功用还包含气体集合量(轻瓦斯)、主油箱底部油温、电容式套管电容量、套管介质损耗因数以及用于500kV变压器的振荡波谱和噪声的正常指纹等项目。其间,振荡波谱和噪声应供给变压器毛病或缺点时的特征指纹,并供给相应指纹剖析技能,传感器方位、监测频率及灵敏度等应满意监测要求,监测频率大致在0.1~20kHz,*小可丈量≤0.001 G。
4.智能化变压器的维护功用及解决计划
110 kV 变压器电量维护建议按双套装备,选用主、后备维护一体化装备。220 kV 及以上变压器电量维护按两层化装备,每套维护包含完好的主、后备维护功用。
变压器维护直接采样,直接跳各侧断路器,非电量维护选用就地直接电缆跳闸方式,变压器非电量维护量包含瓦斯信号、油温信号、绕组信号、压力开释阀信号及冷却设备全停信号。变压器维护可选用分布式维护,分布式维护由主单元和若干个子单元组成,子单元不应跨电压等级。集成继电维护功用,满意可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求,进步维护的功能和智能化水平。
智能变电站分为站控层、距离层和进程层,包含变压器、断路器、隔离开关和电流互感器等在内的一次设备及其所属的智能组件均处于进程层,图7给出了根据 IEC61850 通讯协议,由进程层智能组件向距离层或站控层信号传递的智能柜网络拓扑结构示意图。
