摘要：本專題主要對(duì)智能干式變壓器設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了論證，研究及論證結(jié)果表明：智能干式變壓器設(shè)備配備各種數(shù)字化接口，其自身具備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、診斷和智能控制的功能，在功能、結(jié)構(gòu)等方面較好地解決了目前干式變壓器設(shè)備存在的問題。 關(guān)鍵詞：智能；干式變壓器設(shè)備

根據(jù)干式變壓器設(shè)備智能化的技術(shù)現(xiàn)狀，本專題根據(jù)設(shè)備智能化的要求，充分考慮了傳統(tǒng)二次設(shè)備與一次設(shè)備的融合所帶來(lái)的技術(shù)難度與復(fù)雜性，兼顧了現(xiàn)在和未來(lái)發(fā)展方向，對(duì)設(shè)備生產(chǎn)商的生產(chǎn)技術(shù)提出了更高的要求。

一、概述

（一）技術(shù)現(xiàn)狀

干式變壓器設(shè)備作為電力系統(tǒng)的主要構(gòu)成元件，其可靠性是電網(wǎng)安全運(yùn)行的保證。干式變壓器本體設(shè)備是由電工材料構(gòu)成的工業(yè)裝備，其自身并不具備運(yùn)行狀態(tài)反映的功能。

以往對(duì)于干式變壓器本體的工作狀況，內(nèi)外的電力部門多年來(lái)普遍采用對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢修預(yù)試制度。在此基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起了一些參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，近年來(lái)已在此方面取得一定經(jīng)驗(yàn)和成效，但仍存在諸如檢測(cè)的參數(shù)不全、各家自成系統(tǒng)、相互兼容性差、不能統(tǒng)籌考慮等缺點(diǎn)，還不能保證全面、實(shí)時(shí)的反映設(shè)備的運(yùn)行狀況。

智能電網(wǎng)的建設(shè)對(duì)干式變壓器這一變電站主設(shè)備的智能化提出了新的要求：干式變壓器設(shè)備應(yīng)配備各種數(shù)字化接口，使其具備自身狀態(tài)信息管理、診斷、評(píng)估和控制的功能，通過與智能綜合組件結(jié)合或集成，構(gòu)成具體測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)控功能的統(tǒng)一實(shí)體實(shí)現(xiàn)其智能化。隨著計(jì)算機(jī)、傳感以及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，為干式變壓器的智能化的實(shí)現(xiàn)提供了有利條件。

（二）常規(guī)干式變壓器設(shè)備存在的問題

隨著電力系統(tǒng)對(duì)智能化和運(yùn)行可靠性要求的提高，常規(guī)干式變壓器的不足之處已日益凸顯，設(shè)備存在的主要問題有：1）現(xiàn)有的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，部分解決了停電試驗(yàn)的一些缺點(diǎn)，但由于全參與主變?cè)O(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)的廠家眾多，產(chǎn)品的可靠性及穩(wěn)定性水平也千差萬(wàn)別，監(jiān)控與分析軟件都各成系統(tǒng)，相互間不兼容，給今后的系統(tǒng)維護(hù)造成極大的不方便。2）電纜用量大，施工接線復(fù)雜；現(xiàn)在主變匯控柜與主變本體各元件之間采用電纜進(jìn)行硬連接，主變匯控柜至主變保護(hù)小室保護(hù)屏間采用電纜進(jìn)行硬連接。3）狀態(tài)檢修還需結(jié)合定期停電，存在需要停電、試驗(yàn)真實(shí)性和實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)。4）一次設(shè)備采用傳統(tǒng)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(chǎn)時(shí)對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。

為了解決上述問題，迫切需要在干式變壓器制造中引進(jìn)智能化技術(shù)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(zhí)行能力。智能化技術(shù)是建立在微電子技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、伺服技術(shù)及精密機(jī)械制造技術(shù)等高科技技術(shù)之上的綜合技術(shù)。

二、智能干式變壓器設(shè)備的特點(diǎn)和功能

（一）智能干式變壓器設(shè)備的特點(diǎn)

智能干式變壓器是由干式變壓器實(shí)體與智能綜合組件構(gòu)成，配備各種數(shù)字化接口，具有將各種狀態(tài)信息進(jìn)行采集與上傳的功能，并具備自身狀態(tài)信息管理、診斷、評(píng)估和控制的功能。智能干式變壓器具有標(biāo)準(zhǔn)化的物理結(jié)構(gòu)及接口，可即插即用。

（二）智能干式變壓器設(shè)備的功能

智能干式變壓器設(shè)備主要由干式變壓器實(shí)體與智能綜合組件構(gòu)成，智能綜合組件由控制單元、保護(hù)單元、狀態(tài)檢測(cè)單元、計(jì)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(tài)監(jiān)測(cè)等功能，如：數(shù)據(jù)采集數(shù)字化；異常時(shí)鐘信息的識(shí)別防誤功能；具備完備的自診斷、自恢復(fù)功能；對(duì)干式變壓器冷卻系統(tǒng)采用自動(dòng)優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的；對(duì)有載分接開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)投切；同時(shí)具備干式變壓器電量和非電量保護(hù)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(guān)的智能控制：包括根據(jù)電壓自動(dòng)投切有載分接開關(guān)及對(duì)其照明電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。2、冷卻系統(tǒng)的智能控制：每臺(tái)干式變壓器有多組輔助冷卻器。根據(jù)干式變壓器的油溫、光纖測(cè)溫信號(hào)啟動(dòng)或關(guān)閉輔助冷卻器。3、干式變壓器有載開關(guān)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(shè)置分接頭每次動(dòng)作之后濾油，也可以選擇根據(jù)油質(zhì)狀況定時(shí)濾油。

（2）在線監(jiān)測(cè)與故障診斷功能單元：對(duì)干式變壓器儲(chǔ)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(jiān)測(cè)與故障診斷，并將測(cè)得信息傳輸?shù)街悄芙K端，根據(jù)環(huán)境溫度、冷卻系統(tǒng)狀態(tài)，油溫、線圈溫升等綜合分析干式變壓器能夠過負(fù)荷運(yùn)行的能力，評(píng)估檢修周期或提前預(yù)警。

（3）保護(hù)功能單元：對(duì)干式變壓器配置雙重化電量保護(hù)和單套非電量保護(hù)，以保證當(dāng)干式變壓器發(fā)生故障時(shí)能夠自動(dòng)、迅速、有選擇的從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號(hào)由運(yùn)行人員處理。

（4）通信功能單元：實(shí)現(xiàn)與間隔層和站控層的實(shí)時(shí)通信，以實(shí)現(xiàn)各功能單元間的數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。

三、智能干式變壓器設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

（一）智能化組件的應(yīng)用情況及發(fā)展趨勢(shì)

從目前常規(guī)變電站內(nèi)干式變壓器一次、二次設(shè)備組成看，現(xiàn)有的控制、保護(hù)等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，但各自先立或分散布置于不同的部件或系統(tǒng)中，集成度低，未真正實(shí)現(xiàn)干式變壓器智能化。各裝置的技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用情況如下：

1、保護(hù)功能：在解決了二次設(shè)備在受變電站戶外溫度、濕度、振動(dòng)和電磁干擾的影響后，干式變壓器保護(hù)下放至主變本體安裝位置。該技術(shù)比較成熟，各設(shè)備廠家均有較成熟產(chǎn)品。

2、通信功能：過程層采用通用面向變電站事件對(duì)象網(wǎng)絡(luò)（GOOSE 網(wǎng)絡(luò)），并通過MMS網(wǎng)接入站控層網(wǎng)絡(luò)，通信功能集成于各功能元件上，各設(shè)備廠家均有成熟產(chǎn)品。

3、智能化有載分接開關(guān)能夠根據(jù)電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)分接開關(guān)的投切，智能化冷卻控制系統(tǒng)能夠根據(jù)干式變壓器的油溫和負(fù)荷分組控制風(fēng)扇的起停，同時(shí)具有邏輯閉鎖功能，內(nèi)各干式變壓器廠已有此類成熟產(chǎn)品。

（二）智能干式變壓器的技術(shù)發(fā)展過程

隨著數(shù)字化電子器件的發(fā)展，狀態(tài)檢測(cè)元件技術(shù)及功能有了很大的發(fā)展，在現(xiàn)有干式變壓器設(shè)備的基礎(chǔ)上，可以借助于軟件模塊，在同一計(jì)算機(jī)輔助裝置上運(yùn)行多個(gè)功能，例如智能控制、在線監(jiān)測(cè)、保護(hù)、通信等，實(shí)現(xiàn)干式變壓器設(shè)備的智能化。根據(jù)3.1 節(jié)中所述干式變壓器設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀與功能要求，干式變壓器設(shè)備的智能化發(fā)展過程如下3 個(gè)階段：1）現(xiàn)階段：干式變壓器實(shí)體設(shè)備加外置的多個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)附件；保護(hù)裝置安裝在保護(hù)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(shè)備智能化發(fā)展現(xiàn)階段

2）第二階段：干式變壓器實(shí)體設(shè)備加上部分內(nèi)嵌（如內(nèi)嵌的狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元）的智能綜合組件和外置的保護(hù)裝置；保護(hù)裝置安裝在保護(hù)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(shè)備智能化發(fā)展第二階段

3）第三階段：干式變壓器設(shè)備加上內(nèi)嵌的智能綜合組件，內(nèi)嵌的智能綜合組件含控制、通信、保護(hù)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)等多個(gè)單元，與干式變壓器共同構(gòu)成一套完整的設(shè)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(biāo)準(zhǔn)化接口，即插即用。智能綜合組件與上位機(jī)采用光纜連接。

圖3.2-1~3 為干式變壓器設(shè)備智能化發(fā)展過程的3 個(gè)階段，第三階段代表了智能干式變壓器設(shè)備發(fā)展方向。

圖3.2-3 干式變壓器設(shè)備智能化發(fā)展第三階段

四、結(jié)論

智能干式變壓器設(shè)備是一個(gè)基于多種傳感器的集成化系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)地反映干式變壓器繞組、鐵芯、套管、有載分接頭開關(guān)、冷卻器等元件的運(yùn)行狀況，并能真實(shí)地記錄干式變壓器的運(yùn)行參數(shù)、負(fù)荷電流和各種溫度數(shù)據(jù)等。

干式變壓器設(shè)備智能化技術(shù)解決了參數(shù)不全等問題，能夠全面、實(shí)時(shí)的反映設(shè)備的運(yùn)行狀況；電纜用量減少，施工接線簡(jiǎn)單；無(wú)需定期停電進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)（離線）來(lái)掌握干式變壓器信息以決定能否繼續(xù)運(yùn)行，解決了需要停電、試驗(yàn)真實(shí)性和實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)。

干式變壓器設(shè)備智能化方案創(chuàng)新和集成了一、二次設(shè)備技術(shù)，安全可靠、功能匹配、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。大大提高了干式變壓器設(shè)備的可靠性，增加了功能，有利于生產(chǎn)，變“定期維修”為“狀態(tài)維修”，防患于未然；簡(jiǎn)化干式變壓器設(shè)備的結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，從外觀上向小型化、模塊化方向發(fā)展；在功能上向標(biāo)準(zhǔn)化、智能化方向發(fā)展；在可靠性上向自診斷、自恢復(fù)方向發(fā)展。整個(gè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)實(shí)行人工智能管理，是未來(lái)智能化電網(wǎng)的發(fā)展方向。

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