主變智能化的應(yīng)用研究

（河南經(jīng)緯電力設(shè)計(jì)院，河南 南陽(yáng) 473009）

主變智能化的應(yīng)用研究

周 潔

（河南經(jīng)緯電力設(shè)計(jì)院，河南 南陽(yáng) 473009）

本文對(duì)某110kV變電站工程條件和特點(diǎn)，對(duì)該站的主變智能化實(shí)施方案進(jìn)行了分析研究，確定了本階段智能主變的實(shí)現(xiàn)方式、各智能組件的安裝位置，主變智能化方案包含的智能組件和智能功能。

主變智能化；智能組件；智能功能；狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

前言

智能設(shè)備是智 能變電站的重要組成部分。智能設(shè)備現(xiàn)階段的特征主要體現(xiàn)在“信息數(shù)字化、控制智能化、狀態(tài)可視化”三個(gè)方面。

變壓器智能化的要求：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(guò)與智能綜合組件結(jié)合或集成，構(gòu)成具有測(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。

1 主變智能化的實(shí)現(xiàn)方式

1.1 智能化設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方式

在國(guó)網(wǎng)公司《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》中對(duì)智能設(shè)備的模式有如下描述：

（1）獨(dú)立運(yùn)行的一次設(shè)備加上外置的智能組件；

（2）一次設(shè)備加上內(nèi)嵌的包含狀態(tài)檢測(cè)單元的智能組件，再加上外置的一個(gè)或多個(gè)智能組件；

（3）一次設(shè)備加上內(nèi)嵌的智能組件。

對(duì)智能主變的三種模式分析如下：

（1）智能主變可由獨(dú)立運(yùn)行的主變加上外置的智能組件，各智能組件可以安裝于主變附近，保護(hù)裝置安裝在保護(hù)室。傳感器元件等與智能組件之間采用電纜連接。主變智能化模式a見(jiàn)表1。

（2）智能主變可由主變加上內(nèi)嵌于主變本體的包含狀態(tài)檢測(cè)單元的智能組件，再加上外置的一個(gè)或多個(gè)智能組件。保護(hù)裝置安裝在保護(hù)室中；傳感器元件與智能綜合裝置采用光纜連接。主變智能化模式b見(jiàn)表2。

（3）智能主變由主變加上全部?jī)?nèi)嵌的智能組件，見(jiàn)表3。

目前對(duì)于110kV變電站而言，由于工程造價(jià)合理性及安全性等多方面原因制約，較為成熟和經(jīng)濟(jì)可靠的的主流智能化方案為模式a，本工程擬采用該方案實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備智能化。

1.2 主變智能化的功能及配置要求

經(jīng)過(guò)廣泛深入的現(xiàn)狀及廠家調(diào)研，根據(jù)《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》中的定義，現(xiàn)階段的智能設(shè)備采用“獨(dú)立運(yùn)行的一次設(shè)備加上外置的智能組件“更為經(jīng)濟(jì)合理”。

1.2.1 智能功能

（1）控制功能

一般應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下主要功能：

①根據(jù)系統(tǒng)電壓及無(wú)功補(bǔ)償裝置的投切，由智能組件接受后臺(tái)調(diào)壓命令或者在組件當(dāng)?shù)匕l(fā)出調(diào)壓命令，自動(dòng)調(diào)節(jié)有載開(kāi)關(guān)檔位；

②根據(jù)系統(tǒng)中性點(diǎn)接地要求，遠(yuǎn)方自動(dòng)投切中性點(diǎn)接地開(kāi)關(guān)。

（2）保護(hù)功能

主變智能組件宜具有主變本體非電量保護(hù)、上傳本體各種非電量信號(hào)等功能；重瓦斯保護(hù)跳閘宜通過(guò)控制電纜直跳方式實(shí)現(xiàn)，其余非電量保護(hù)跳閘可通過(guò)GOOSE方式實(shí)現(xiàn)，主變非電量保護(hù)功能宜由主變智能設(shè)備自身實(shí)現(xiàn)。

（3）狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)主變?cè)O(shè)備狀態(tài)的可視化監(jiān)視，本工程擬對(duì)安裝變壓器油中氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備，采用在線外置式方案，檢測(cè)變壓器油中溶解氣體監(jiān)測(cè)組份包括：H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6；變壓器油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)除在本地進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和診斷外，經(jīng)由IED發(fā)送到一體化監(jiān)控系統(tǒng)，在狀態(tài)監(jiān)測(cè)綜合分析平臺(tái)中進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)，通過(guò)分析油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，提前發(fā)現(xiàn)變壓器過(guò)熱或絕緣故障。后臺(tái)系統(tǒng)不獨(dú)立配置，與輔助控制系統(tǒng)后臺(tái)統(tǒng)一整合于安全I(xiàn)I區(qū)的綜合應(yīng)用服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)綜合分析結(jié)果的可視化展示，其分析結(jié)果通過(guò)IEC61850規(guī)約上送至上級(jí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與變電站主要一次設(shè)備之間的協(xié)同互動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的設(shè)備全壽命周期綜合優(yōu)化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢修策略與檢修方案優(yōu)化提供輔助決策。

1.2.2 配置要求

為實(shí)現(xiàn)上述所列各項(xiàng)功能，變壓器所應(yīng)配備的智能設(shè)備包括：

因此,緊急制動(dòng)曲線可以通過(guò)上述原則進(jìn)行計(jì)算。ATP系統(tǒng)在列車運(yùn)行過(guò)程中將實(shí)時(shí)對(duì)列車的能量進(jìn)行檢測(cè)，確保在最壞的情況下后車也不會(huì)越過(guò)前車的干擾點(diǎn)。

（1）智能單元

該智能組件具有對(duì)主變有載開(kāi)關(guān)及中性點(diǎn)刀閘系統(tǒng)的智能化控制功能，并負(fù)責(zé)采集主變本體油溫、繞組溫度、壓力釋放器動(dòng)作、油位異常、瓦斯氣體繼電器動(dòng)作、有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)檔位等開(kāi)關(guān)量信號(hào)及DC4～20mA模擬量信號(hào)。主變非電量保護(hù)作為一個(gè)邏輯功能單元，集成在智能組件中，不再設(shè)獨(dú)立的硬件裝置。測(cè)溫功能用于實(shí)現(xiàn)對(duì)主變本體油溫、繞組溫度的測(cè)量功能。油溫傳感器、繞組溫度傳感器安裝在主變本體上，所有溫度采集單元對(duì)應(yīng)安裝于主變智能控制柜內(nèi)，其報(bào)警信號(hào)和4mA～20mA測(cè)量信號(hào)接入主變智能接口測(cè)控單元。具備通信功能，通信接口采用光纖以太網(wǎng)口，通信規(guī)約遵循DL/T860標(biāo)準(zhǔn)。

（2）互感器合并單元

該套智能組件用于實(shí)現(xiàn)對(duì)主變中性點(diǎn)電流信號(hào)的采集和測(cè)量。合并單元安裝于主變智能控制柜內(nèi)，負(fù)責(zé)將主變中性點(diǎn)來(lái)自采集器的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行同步合并處理，然后通過(guò)光纖以太網(wǎng)通信接口向間隔層設(shè)備傳送電流采樣值SMV報(bào)文信息，通信規(guī)約采用IEC61850-9-2LE。

（3）油中氣體監(jiān)測(cè)裝置

2 某110kV變電站主變智能化的實(shí)現(xiàn)方案

2.1 主變狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)置

由于本站推薦采用油中溶解氣體分析（DGA）進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

本站狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由油色譜氣體監(jiān)測(cè)單元、狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED和狀態(tài)監(jiān)測(cè)綜合分析軟件后臺(tái)系統(tǒng)組成，將診斷結(jié)果和測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)IEC61850規(guī)約上傳至站控層，狀態(tài)監(jiān)測(cè)綜合分析后臺(tái)與輔助控制系統(tǒng)統(tǒng)一整合于整合于安全I(xiàn)I區(qū)綜合應(yīng)用服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)綜合分析結(jié)果的可視化展示，其分析結(jié)果通過(guò)IEC61850規(guī)約上送至上級(jí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與變電站主要一次設(shè)備之間的協(xié)同互動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的設(shè)備全壽命周期綜合優(yōu)化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢修策略與檢修方案優(yōu)化提供輔助決策。

表1 主變智能化模式a

表2 主變智能化模式b

表3 主變智能化模式c

表4 110kV主變智能化裝置的安裝位置

2.2 電子式互感器的應(yīng)用

電子式互感器是建設(shè)智能化變電站的決定性設(shè)備，起著至關(guān)重要的作用。本站主變中性點(diǎn)套管CT及間隙CT均采用均采用羅氏線圈原理的有源電子式互感器，其中中性點(diǎn)套管CT集成于主變本體。

采用電子式互感器有著如下優(yōu)點(diǎn)：基于羅氏線圈和低功率線圈的有源電子式互感器相對(duì)無(wú)源式電子互感器，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)更加豐富，成本更低。其成本低，可靠性高，精度高、動(dòng)態(tài)范圍大，既減少了工程施工量，又并便于安裝，同時(shí)有利用后期維護(hù)。

2.3 智能組件的設(shè)置

《智能變電站優(yōu)化集成設(shè)計(jì)建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)》要求：“當(dāng)可靠性滿足要求時(shí)，一個(gè)間隔內(nèi)智能終端、合并單元可采用一體化裝置，實(shí)現(xiàn)硬件整合，減少過(guò)程層裝置數(shù)量”。

工程主變本體配置合并單元智能終端裝置集成1套（含非電量保護(hù)），安裝于主變智能控制柜之中。兩個(gè)設(shè)備具備整合條件，采用一體化裝置可以減少設(shè)備數(shù)量，簡(jiǎn)化光纜連接。且智能終端、合并單元裝置集成目前在技術(shù)上已較為成熟，具備應(yīng)用條件。

2.4 主變智能化設(shè)備的配置及安裝位置（表4）

本站每臺(tái)主變配智能控制柜一面，智能組件安裝在智能控制柜內(nèi)。

結(jié)語(yǔ)

本文研究結(jié)論為：主變智能化實(shí)現(xiàn)方式為《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》中的方案a，即獨(dú)立運(yùn)行的一次設(shè)備加上外置的智能組件；主變和智能組件推薦方案為：主變本體、狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置、合并單元和智能單元一體化裝置，各由主變、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、二次設(shè)備制造廠家分別供貨。主變智能功能包括保護(hù)、控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，主變智能方案包括智能組件一體化、電子式電流互感器合并單元、油中氣體監(jiān)測(cè)裝置。

[1]劉福強(qiáng).虹橋變電站變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].華北電力大學(xué)，2012.

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