一種變壓器損耗監(jiān)測系統(tǒng)

摘 要：配電變壓器作為使用最為廣泛的電力設(shè)施之一，數(shù)量種類繁多。提高配電變壓器平均負(fù)載率，是城、農(nóng)配電網(wǎng)絡(luò)降損節(jié)能的重要途徑之一，但變壓器損耗的監(jiān)控測量卻面臨著一系列問題。本文通過對(duì)配電變壓器損耗的分析，提出一種針對(duì)電力專變用戶變壓器功率損耗的在線監(jiān)測方案，同時(shí)采集高壓側(cè)數(shù)據(jù)和低壓側(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)時(shí)、可靠的計(jì)算出變壓器損耗。

關(guān)鍵詞：變壓器功率損耗 在線監(jiān)測 高低壓側(cè)采集 無線傳輸

中圖分類號(hào)：TM76文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（b）-0070-02

1 引言

當(dāng)前，世界能源日益緊張，節(jié)能已經(jīng)成為全社會(huì)共同關(guān)注與研究的課題。節(jié)能不僅是經(jīng)濟(jì)上的考慮，同時(shí)對(duì)減少環(huán)境污染也有重要意義。在電力系統(tǒng)中，通過對(duì)國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)日線損理論計(jì)算結(jié)果匯總得出，理論線損率多數(shù)在5%～7%之間，最低為3.43%，最高為7.98%。提高線損對(duì)電力網(wǎng)的節(jié)能具有舉足輕重的作為。高壓線路的技術(shù)線損主要由線路損耗、變壓器損耗和其他元件損耗組成，各電壓等級(jí)線路和變壓器損耗占該層總損耗的比例如表1所示[1]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅配電變壓器的電能損耗每年就約為30～50TWh，約占總發(fā)電量的3～4%。目前在電網(wǎng)上運(yùn)行服役超過20年的低效率配變?nèi)萘考s占10%以上，總?cè)萘考s2.4億kVA，每年因此而浪費(fèi)的電能巨大，同時(shí)這些配變參數(shù)老化、損耗高、缺陷多，運(yùn)行可靠性差，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，降低變壓器損耗，提高供配電效率，對(duì)于節(jié)約能源、緩解電力短缺、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、加速國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有十分重要的意義[2]。

安裝完成的變壓器經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)作之后會(huì)出現(xiàn)損耗增大從而需要及時(shí)更換，引起損耗明顯變化的原因大體可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）運(yùn)行時(shí)間長，線路老化，效率下降；

（2）負(fù)載發(fā)生變化，在線運(yùn)行不適應(yīng)線路上負(fù)載的變化，容易出現(xiàn)超容或者負(fù)載遠(yuǎn)小于容量的情況，效率下降；

（3）少數(shù)電力用戶為了少交基本電費(fèi)而更改配電變壓器銘牌容量，將大容量改為小容量；個(gè)別變壓器生產(chǎn)企業(yè)在變壓器招投標(biāo)中，出現(xiàn)以小容量、高損耗的配電變壓器來冒充大容量、低損耗的配電變壓器以達(dá)到盈利的目的；

（4）竊電。

目前，對(duì)變壓器損耗和容量的檢測都是通過傳統(tǒng)的預(yù)防性實(shí)驗(yàn)來得到的，即通過短路試驗(yàn)和空載試驗(yàn)來測量。對(duì)新進(jìn)網(wǎng)的變壓器可以較為方便的測量，但對(duì)已掛網(wǎng)運(yùn)行的變壓器停電試驗(yàn)，不但影響供電的可持續(xù)性，造成頻繁的運(yùn)行操作，而且浪費(fèi)了大量人力物力，經(jīng)濟(jì)效益低，存在很大弊端。其次，離線試驗(yàn)的試驗(yàn)電壓低，不能準(zhǔn)確的反應(yīng)變壓器實(shí)際狀態(tài)，測試效果準(zhǔn)確性低。本文針對(duì)這個(gè)問題提出一種新型變壓器損耗監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過同時(shí)采集高壓側(cè)數(shù)據(jù)和低壓側(cè)數(shù)據(jù)，分析計(jì)算出變壓器實(shí)際損耗，精度高，實(shí)時(shí)性好，且不易受測量環(huán)境影響。

2 變壓器損耗理論分析

變壓器在變換電壓及傳輸功率的過程中，其自身會(huì)產(chǎn)生功率損耗，這部分損耗即為變壓器損耗。變壓器損耗分為有功功率損耗和無功功率損耗，其大小與變壓器的參數(shù)及負(fù)荷率有關(guān)。而變壓器綜合功率損耗，指變壓器的有功功率、無功功率損耗折算成有功損耗之和，如（1）式

其中，△Pz為綜合功率損耗，△P有功功率損耗，KQ為無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，按變壓器在電網(wǎng)中的位置取值，△Q為變壓器無功功率損耗。

2.1 有功功率損耗

變壓器的有功損耗由兩部分組成，即空載損耗P0和負(fù)載損耗Pk。空載損耗P0主要由鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗造成，二者皆由變壓器的鐵芯產(chǎn)生，因此空載損耗也稱鐵損。空載損耗P0與電壓、頻率、鐵芯材質(zhì)等因素有關(guān)，與負(fù)載大小無關(guān)，因此是相對(duì)固定的損耗。而負(fù)載損耗Pk則為變壓器繞組中的銅線圈電流損耗，根據(jù)P=I 2R，Pk與負(fù)載電流的平方成正比，故變壓器負(fù)載損耗主要受負(fù)荷變化影響。負(fù)載損耗Pk隨負(fù)載大小及運(yùn)行溫度的變化而變化。

其中，△P有功功率損耗（kW）；P0空載有功功率損耗（kW）；Pk變壓器負(fù)載損耗（kW）；k變壓器負(fù)載率（%）。

2.2 無功功率損耗

在一般情況下，變壓器無功功率損耗約占企業(yè)全部無功功率損耗的20%～25%，其中變壓器空載無功損耗又約占變壓器無功損耗的80%。實(shí)際上，往往因?yàn)樽儔浩鬟x型不當(dāng)或運(yùn)行方式不合理等原因，導(dǎo)致企業(yè)的功率因數(shù)下降，使變壓器損耗進(jìn)一步增大。變壓器無功功率損耗由兩部分組成，一部分由勵(lì)磁電流即空載電流造成的損耗Q0，另一部分無功損耗指一、二次繞組的漏磁電抗損耗Qk。

2.3 變壓器損耗監(jiān)測的意義

配網(wǎng)用電負(fù)荷存在季節(jié)性強(qiáng)、負(fù)荷波動(dòng)大、峰谷差大等特點(diǎn)。在我國，部分地區(qū)的配電網(wǎng)中變壓器滿載甚至超負(fù)荷現(xiàn)象非常嚴(yán)重，同時(shí)部分配電網(wǎng)中的變壓器仍存在輕載甚至空載的現(xiàn)象，使得變壓器效率顯著降低。部分用戶超負(fù)荷使用變壓器或竊電，導(dǎo)致變壓器綜合損耗異常，不僅對(duì)變壓器和線路造成損害，而且存在非常大的危險(xiǎn)性。因此實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器的負(fù)載率和損耗并有針對(duì)性的提出降損措施，是降低變壓器損耗、減少線損的有效技術(shù)防范措施。

3 變壓器損耗監(jiān)測系統(tǒng)

本文提出了一種新型變壓器損耗監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可采集變壓器高壓側(cè)用電數(shù)據(jù)并與低壓側(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，從而計(jì)算出變壓器損耗。該系統(tǒng)突破了通過變壓器理論參數(shù)計(jì)算損耗的方式，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)變壓器運(yùn)行中的實(shí)際損耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，利用變壓器損耗監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和計(jì)算，對(duì)變壓器工作過程中的實(shí)際損耗信息進(jìn)行存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)。

3.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)的組成可分為三部分：

（1）數(shù)據(jù)采集部分，主要包括變壓器高壓側(cè)的無線數(shù)據(jù)采集器、變壓器低壓側(cè)的無線數(shù)據(jù)接收器、負(fù)控終端等；

（2）無線通訊網(wǎng)；

（3）變壓器損耗監(jiān)測系統(tǒng)主站。

3.2 實(shí)現(xiàn)原理

如圖1所示，該變壓器損耗監(jiān)測系統(tǒng)主要工作原理是，通過安裝在變壓器高壓側(cè)的無線數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集變壓器高壓側(cè)數(shù)據(jù)，并將獲得的數(shù)據(jù)以微功率射頻的通訊方式傳輸給安裝在變壓器低壓側(cè)的無線數(shù)據(jù)接收器，無線數(shù)據(jù)接收器按照設(shè)定的時(shí)間間隔存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以RS-485通訊方式傳送至負(fù)控終端，通過負(fù)控終端的信道將數(shù)據(jù)上傳至主站。對(duì)于沒有負(fù)控終端的變壓器現(xiàn)場，則通過GPRS、電力載波或者手機(jī)短信等方式將數(shù)據(jù)傳送到主站。

變壓器損耗監(jiān)測系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中獲取多功能電能表的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、計(jì)算得到該變壓器的實(shí)時(shí)損耗。當(dāng)變壓器的損耗超過設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息，通知營銷系統(tǒng)等相關(guān)部門。各部門根據(jù)該信息可迅速對(duì)所監(jiān)測的變壓器狀況進(jìn)行分析和處理。

該系統(tǒng)基于高壓側(cè)視在功率數(shù)據(jù)和低壓側(cè)視在功率數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)的工作方式，可對(duì)變壓器損耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)、上報(bào)異常損耗信息并進(jìn)行告警功能，使相關(guān)部門第一時(shí)間獲取設(shè)備的異常運(yùn)行狀態(tài)，并將所獲得的數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫，供以后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析之用。

安裝在變壓器高壓側(cè)的無線數(shù)據(jù)采集器無須外接工作電源，利用高壓感應(yīng)來為自身工作提供能量，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器高壓側(cè)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸，并基于此技術(shù)實(shí)現(xiàn)全面的實(shí)時(shí)監(jiān)測功能。

3.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

本文提出的變壓器損耗監(jiān)測系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）10kV線路數(shù)據(jù)采集。

（2）線路短路、接地故障報(bào)警。

（3）無線數(shù)據(jù)通訊，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

（4）數(shù)據(jù)上傳方式靈活多樣：通過用電信息采集系統(tǒng)信道或者GPRS、GSM等皆可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。

（5）無須配置工作電源，安全可靠。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）變壓器損耗在整個(gè)電網(wǎng)損耗中占了很大的比例。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年我國發(fā)電量總計(jì)約36506億千瓦時(shí)，按照線損率5%計(jì)算，線損電量約2千億度。本系統(tǒng)為用戶提供了更加科學(xué)的解決方案，新技術(shù)的使用使測量更加精確，為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展及電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。

（2）國家通過《節(jié)能法》來加強(qiáng)節(jié)能減排的環(huán)保執(zhí)法力度，同時(shí)國家發(fā)改委要求在今后的兩年內(nèi)，線損在原來的基礎(chǔ)上再降低0.36%。如果該變壓器損耗監(jiān)測系統(tǒng)大規(guī)模推廣，將有效地監(jiān)測變壓器運(yùn)行狀態(tài)，控制損耗損失，不僅可以電力公司完成國家降損指標(biāo)，而且大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 社會(huì)效益分析

（1）本系統(tǒng)提供的解決方案可實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)損耗異常并對(duì)高能耗單位用電情況進(jìn)行告警，給管理者提供可靠的依據(jù)對(duì)老舊設(shè)備更新改造，使用戶在電力管理部門的指導(dǎo)下降低能耗、淘汰高耗能變壓器實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。這不僅符合國家政策的要求，而且會(huì)推動(dòng)加快建設(shè)綠色的用電環(huán)境。實(shí)踐證明，本監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)降損節(jié)能、推動(dòng)低碳經(jīng)濟(jì)起到了一定的作用。

（2）本系統(tǒng)的使用和推廣，對(duì)維護(hù)電網(wǎng)安全、構(gòu)建和諧供用電環(huán)境具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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