技術收藏 | 智能變壓器設備淺析
根據干式變壓器設備智能化的技術現狀，本專題根據設備智能化的要求，充分考慮了傳統二次設備與一次設備的融合所帶來的技術難度與復雜性，兼顧了現在和未來發展方向，對設備生產商的生產技術提出了更高的要求。
一、概述
（一）技術現狀
干式變壓器設備作為電力系統的主要構成元件，其可靠性是電網安全運行的保證。干式變壓器本體設備是由電工材料構成的工業裝備，其自身并不具備運行狀態反映的功能。
以往對于干式變壓器本體的工作狀況，內外的電力部門多年來普遍采用對設備進行定期檢修預試制度。在此基礎上逐漸發展起了一些參數的在線監測技術，近年來已在此方面取得一定經驗和成效，但仍存在諸如檢測的參數不全、各家自成系統、相互兼容性差、不能統籌考慮等缺點，還不能保證全面、實時的反映設備的運行狀況。
智能電網的建設對干式變壓器這一變電站主設備的智能化提出了新的要求：干式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，構成具體測量、控制、保護、計量和監控功能的統一實體實現其智能化。隨著計算機、傳感以及通信技術的飛速發展，為干式變壓器的智能化的實現提供了有利條件。
（二）常規干式變壓器設備存在的問題
隨著電力系統對智能化和運行可靠性要求的提高，常規干式變壓器的不足之處已日益凸顯，設備存在的主要問題有：1）現有的在線監測技術，部分解決了停電試驗的一些缺點，但由于全參與主變設備狀態監測技術研發的廠家眾多，產品的可靠性及穩定性水平也千差萬別，監控與分析軟件都各成系統，相互間不兼容，給今后的系統維護造成極大的不方便。2）電纜用量大，施工接線復雜；現在主變匯控柜與主變本體各元件之間采用電纜進行硬連接，主變匯控柜至主變保護小室保護屏間采用電纜進行硬連接。3）狀態檢修還需結合定期停電，存在需要停電、試驗真實性和實時性差等缺點。4）一次設備采用傳統電流傳感器，需要大量的漆包線、銅材、矽鋼片制成，體積大而笨重，消耗材料多，生產時對環境污染嚴重。
為了解決上述問題，迫切需要在干式變壓器制造中引進智能化技術提高干式變壓器的智能化程度，使之具備感知能力、決策能力和執行能力。智能化技術是建立在微電子技術、信息傳輸技術、計算機技術、伺服技術及精密機械制造技術等高科技技術之上的綜合技術。
二、智能干式變壓器設備的特點和功能
（一）智能干式變壓器設備的特點
智能干式變壓器是由干式變壓器實體與智能綜合組件構成，配備各種數字化接口，具有將各種狀態信息進行采集與上傳的功能，并具備自身狀態信息管理、診斷、評估和控制的功能。智能干式變壓器具有標準化的物理結構及接口，可即插即用。
（二）智能干式變壓器設備的功能
智能干式變壓器設備主要由干式變壓器實體與智能綜合組件構成，智能綜合組件由控制單元、保護單元、狀態檢測單元、計量單元和通信單元等組成。智能干式變壓器本身具有控制、通信、狀態監測等功能，如：數據采集數字化；異常時鐘信息的識別防誤功能；具備完備的自診斷、自恢復功能；對干式變壓器冷卻系統采用自動優化控制，實現節能降耗的目的；對有載分接開關進行自動投切；同時具備干式變壓器電量和非電量保護功能等。除電力功能元件外，智能干式變壓器還包含以下主要功能單元：
（1）控制功能單元：1、干式變壓器有載分接開關的智能控制：包括根據電壓自動投切有載分接開關及對其照明電動機的驅動實現自動控制。2、冷卻系統的智能控制：每臺干式變壓器有多組輔助冷卻器。根據干式變壓器的油溫、光纖測溫信號啟動或關閉輔助冷卻器。3、干式變壓器有載開關在線濾油裝置智能控制：在線過濾分接頭油箱絕緣油中的污染物。用戶可以設置分接頭每次動作之后濾油，也可以選擇根據油質狀況定時濾油。
（2）在線監測與故障診斷功能單元：對干式變壓器儲油柜中油位、油溫、繞組溫升、油色譜分析、鐵心接地電流、局放、套管、壓力釋放閥的在線監測與故障診斷，并將測得信息傳輸到智能終端，根據環境溫度、冷卻系統狀態，油溫、線圈溫升等綜合分析干式變壓器能夠過負荷運行的能力，評估檢修周期或提前預警。
（3）保護功能單元：對干式變壓器配置雙重化電量保護和單套非電量保護，以保證當干式變壓器發生故障時能夠自動、迅速、有選擇的從系統中切除，或發出信號由運行人員處理。
（4）通信功能單元：實現與間隔層和站控層的實時通信，以實現各功能單元間的數據共享和遠程監控等功能。
三、智能干式變壓器設備的技術現狀及發展趨勢
（一）智能化組件的應用情況及發展趨勢
從目前常規變電站內干式變壓器一次、二次設備組成看，現有的控制、保護等已經實現數字化，但各自先立或分散布置于不同的部件或系統中，集成度低，未真正實現干式變壓器智能化。各裝置的技術現狀及應用情況如下：
1、保護功能：在解決了二次設備在受變電站戶外溫度、濕度、振動和電磁干擾的影響后，干式變壓器保護下放至主變本體安裝位置。該技術比較成熟，各設備廠家均有較成熟產品。
2、通信功能：過程層采用通用面向變電站事件對象網絡（GOOSE 網絡），并通過MMS網接入站控層網絡，通信功能集成于各功能元件上，各設備廠家均有成熟產品。
3、智能化有載分接開關能夠根據電壓自動調節分接開關的投切，智能化冷卻控制系統能夠根據干式變壓器的油溫和負荷分組控制風扇的起停，同時具有邏輯閉鎖功能，內各干式變壓器廠已有此類成熟產品。
（二）智能干式變壓器的技術發展過程
隨著數字化電子器件的發展，狀態檢測元件技術及功能有了很大的發展，在現有干式變壓器設備的基礎上，可以借助于軟件模塊，在同一計算機輔助裝置上運行多個功能，例如智能控制、在線監測、保護、通信等，實現干式變壓器設備的智能化。根據3.1 節中所述干式變壓器設備的技術現狀與功能要求，干式變壓器設備的智能化發展過程如下3 個階段：1）現階段：干式變壓器實體設備加外置的多個狀態監測附件；保護裝置安裝在保護小室，其余各裝置分散安裝于干式變壓器附近。傳感器元件與裝置之間采用電纜連接；
圖3.2-1 干式變壓器設備智能化發展現階段
2）第二階段：干式變壓器實體設備加上部分內嵌（如內嵌的狀態監測單元）的智能綜合組件和外置的保護裝置；保護裝置安裝在保護小室中；傳感器元件與智能綜合裝置采用光纜連接。
圖3.2-2 干式變壓器設備智能化發展第二階段
3）第三階段：干式變壓器設備加上內嵌的智能綜合組件，內嵌的智能綜合組件含控制、通信、保護和狀態監測等多個單元，與干式變壓器共同構成一套完整的設備。傳感器元件與智能綜合組件采用光纜連接。各功能單元均有標準化接口，即插即用。智能綜合組件與上位機采用光纜連接。
圖3.2-1~3 為干式變壓器設備智能化發展過程的3 個階段，第三階段代表了智能干式變壓器設備發展方向。
圖3.2-3 干式變壓器設備智能化發展第三階段
四、結論
智能干式變壓器設備是一個基于多種傳感器的集成化系統，能實時地反映干式變壓器繞組、鐵芯、套管、有載分接頭開關、冷卻器等元件的運行狀況，并能真實地記錄干式變壓器的運行參數、負荷電流和各種溫度數據等。
干式變壓器設備智能化技術解決了參數不全等問題，能夠全面、實時的反映設備的運行狀況；電纜用量減少，施工接線簡單；無需定期停電進行預防性試驗（離線）來掌握干式變壓器信息以決定能否繼續運行，解決了需要停電、試驗真實性和實時性差等缺點。
干式變壓器設備智能化方案創新和集成了一、二次設備技術，安全可靠、功能匹配、技術先進、經濟合理。大大提高了干式變壓器設備的可靠性，增加了功能，有利于生產，變“定期維修”為“狀態維修”，防患于未然；簡化干式變壓器設備的結構，降低了設備成本，從外觀上向小型化、模塊化方向發展；在功能上向標準化、智能化方向發展；在可靠性上向自診斷、自恢復方向發展。整個系統由計算機實行人工智能管理，是未來智能化電網的發展方向。
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