智能變壓器及其二次引線發展

田子九 趙 立

（西安西電變壓器有限責任公司，西安 710077）

變壓器在輸變電系統中，具有十分重要的地位。它直接和用電設備連接,數量多,容量大,總損耗大，分布于電網各個環節，因此電力運行部門特別重視變壓器的安全可靠運行。變壓器運行的可靠性除制造廠家本體結構設計合理外，也在很大程度地取決于其外部信號傳輸和控制、監測、保護系統的準確性、可靠性，取決于二次引線設計、工藝水平。在國家大力推進建設智能堅強電網的今天，變壓器的智能化，可以提供精確的電力變壓器狀態信息，實現遠程控制，延長運行周期,降低運行和維護費用。筆者在這里對于發展和建設智能電網條件下的變壓器智能化以及對變壓器二次引線技術的影響與各位進行探討，以拋磚引玉。

1 大型智能變壓器技術發展趨勢

1.1 智能電網優勢

根據智能電網的概念，在架構層次上，智能電網應包括數據采集、數據傳輸、信息集成、信息展現以及分析優化幾大方面。和傳統意義上的電網相比較，智能電網有以下的優勢。

1）可對區域電網內變壓器信息進行收集整理；

2）變壓器設備的運行主要狀態信息化，實現變壓器實時狀態可知，實時運行可控；

3） 實現對變壓器及相關設備信息的整合分析，以此來降低成本，提高效率，提高整個設備及電網的可靠性，優化運行和實現經濟管理。

1.2 大型變壓器產品發展方向

我國國民經濟的迅速發展和人民生活水平的提高，對電力的需求也日趨上升，特別是東南沿海地區尤為嚴重。為適應和滿足市場需求，變壓器制造廠家不斷地改進產品結構，提高產品性能，國產化國際先進制造技術，在新工藝、新材料的探索方面做著不懈的努力。

就目前的大型變壓器產品發展趨勢來說，主要向三個方向發展：

1）長距離的輸變電線路向大容量、特大型、特高壓方面發展

目前輸變電線路上使用的變壓器，交流輸電電壓等級已經由220kV，向1000 kV（即百萬伏）發展，對于直流輸電而言，正負800 kV 及以上電壓等級的特高壓輸電也在規劃實施中。

國家電網公司提出建設特高壓的“堅強智能電網”。特高壓既包括1000 kV 交流，也包括正負800kV 直流?！笆濉逼陂g還規劃在新疆建設我國電壓等級最高、輸電距離最遠的輸電線路——±1100 kV 特高壓輸電工程。工程有助于我國能源大范圍配置能力的提升[1]。

2）變壓器智能化發展

國家發展智能電網是為了實現電網運行的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全，降低用戶的電費支出，并提高能源利用效率，實現節能減排，建成“綠色”電網。

國家電網公司“十二五”智能化規劃新建110kV 及以上電壓等級智能變電站5100 座，改造110kV 及以上電壓等級變電站約1000 座，到2015年，國網公司經營區域110kV 及以上電壓等級智能站占變電站總座數的30%左右，共計投資214 億建設智能變電站。智能變電站技術難度高，涉及復雜的設備環節，變電站變壓器智能化的趨勢也日漸突出[2]。

對于大型變壓器設備制造企業來說，研制智能變壓器有著重要的意義。智能變壓器產品將在企業轉型升級中創造新的利潤增長點，提升企業的工業化和技術水平。

那么，智能化的變壓器都有哪些好處呢？至少有兩方面的好處：

一方面，客戶使用智能化變壓器可以優化運行狀態，提高經濟性。優化配置資源，提高變壓器設備傳輸容量和利用率，有效控制成本,實現經濟運行。

另一方面，智能化后的變壓器可以實現自我保護，提高可靠性。用戶實時掌控變壓器設備運行狀態，及時發現、快速診斷和消除故障隱患；在盡量少的人工干預下，快速隔離故障、自我恢復，避免大面積停電事故的發生。

目前階段，大型智能變壓器設備的研究方向大致分布在這些領域[3]：

（1）繞組應力分布實時監測技術的研究。

（2）對繞組溫度分布實時監測技術的研究。

（3）變壓器絕緣材料（包括變壓器油、絕緣紙板等）局部放電在線監測技術的研究。

（4）絕緣油氣相色譜在線監測系統的精細化、完善化研究。

（5）植物油在變壓器設備使用的研究。

（6）數據信息通信方式及接口協議的研究。

（7）套管介質損耗及電容量（泄漏電流）的在線監測技術的研究。

（8）初步實現變壓器運行狀態實時在線評估技術（或專家診斷系統的研究）。

西安西電變壓器有限責任公司1995年左右就開始了智能變壓器智能化的一些嘗試，結合以往智能化成功的案例，筆者認為大型變壓器的智能化可以考慮從以下幾個方面來實現和探索：

（1）變壓器控制箱或者匯控柜中的信號數字化。

（2）變壓器部分功能自動化，如開關自動調壓，冷卻系統自動化等。

（3）變壓器油色譜分析。油中氣體及微水檢測分析。

（4）監測套管電容和介損。

（5）變壓器鐵心接地電流檢測。

（6）繞組光纖測溫。

（7）局部放電測量。

（8）聲學指紋測量裝置；測量運行時變壓器繞組和鐵心振動發出的聲音，從而判斷故障類型。后臺可留接口，待技術成熟時接入。

3）變壓器的安全性、可靠性、節能和經濟環保性

大型變壓器安全性、可靠性重要程度不言而喻，往往變壓器二次傳輸和控制、保護系統一旦出現事故，會影響主設備的運行。其危害波及范圍廣，小則一個小區，大則一個省甚至一個地區都受其危害，造成巨大的經濟損失和政治影響。

“堅強智能電網”促進了變壓器一次和二次的技術融合。相應對于變壓器設備制造廠家，二次部分的設計、工藝水平也應緊跟發展的腳步，加大二次引線的技術革新和進步，優化變壓器二次設計，適應客戶的發展需求。

2 變壓器二次引線優化設計的范疇

計算機網絡和智能化技術的發展促進了變壓器組件的智能技術提高，降低了IED 產品的成本，電力用戶對集控技術和變壓器設備本身的在線監測技術、智能綜合處理技術更高的要求，也有了經濟上實現的可能。

變壓器的二次引線是變壓器的“神經系統”的主要組成部分，是變壓器設備的控制、監測和保護組件之間的連接以及和變電站之間的通信，是溝通設備和變電站的橋梁，影響著產品的運行質量和外觀質量。

變壓器二次引線的優化設計，應結合變壓器設備的技術發展方向，分階段逐步實現，同時結合、完善變壓器產品的智能化，以滿足智能電網測量數字化、控制網絡化、狀態可視化、功能一體化、信息互動化的總要求。內容包含變壓器整體的智能解決方案，具體設計規范和相關的二次系統體系文件和標準。

3 變壓器智能化對其二次引線技術的要求

輸變電變壓器的二次系統是整個變電站控制和監視的神經系統，隨著自動化、信息、通信技術的迅猛發展，無人值守集控電站、電力調度管理自動化、變壓器智能化也成為發展趨勢。用戶對一次設備的智能化、二次控制和保護的自動化、集控程度要求更高。用戶的需要迫使二次引線設計技術面臨著前所未有的嶄新的挑戰。

二次回路和二次引線的設計工藝應合理可靠安全。從國內外的事故分析來看，變壓器引起事故，造成重大損失，有的是二次回路和二次引線本身有缺陷造成的，有的是因為系統故障時，因二次回路不能及時切除故障而造成更大的損失和次生災害。

對于二次設備制造行業來說，也加大了技術進步的步伐，變壓器的幾大部件，如鐵心、線圈、油箱、絕緣和組件都有相應的二次監測技術和產品。國內外的變壓器組件也更多地提供了與計算機的接口，方便聯網和通信。（比如變壓器油位表增加了模擬量輸出，新的免維護吸濕器需要有數字信號輸出等），以上變化造成變壓器二次引線中電纜、電線、光纖的增加、聯線更為復雜，技術、工藝要求更高。

4 變壓器智能化以及變壓器二次引線優化設計

西安西電變壓器有限責任公司1995年左右就開始了智能變壓器的控制智能化的一些嘗試，開始變壓器油中氣體在線監測裝置的應用，在部分產品中使用變壓器繞組光纖測溫裝置，（如在出口馬來西亞提供的20 臺240MVA/275kV 變壓器中安裝使用繞組光纖測溫裝置）

2007年出口越南山羅變電站的變壓器上實現了變壓器綜合狀態監測、評估、分析診斷。主要監測設備有底層油溫、頂層油溫、環境溫度、變壓器負載、油中氣體及微水、局部放電監測、鐵心接地電流監測、套管介損及電容在線監測、繞組光纖測溫裝置、有載開關的狀態監測、集成了有載開關電壓自動調整器。

為順應變壓器二次控制技術智能化的發展，西變進行變壓器智能化和二次引線優化設計基礎工作的探索和積累，探索出了一套行之有效的二次引線系統控制文件和施工規范，以適應即將到來的變壓器智能化技術的新動向和發展要求。

4.1 低壓電纜頭制作規范要求

1）電纜頭制作目的

在變壓器控制回路常采用多芯電纜，纜芯平行且靠得很近，過電壓主要是通過分布電容進行傳遞，靜電互感系數比較大，當二次回路中的電纜靠得比較近時，一根電纜的高頻電壓，會通過分布電容傳遞到附近另一根電纜纜芯上，對二次系統控制造成干擾和影響。

因此，操作過電壓比感應電壓大得多。

變壓器上使用電纜多采用具有金屬屏蔽層的電纜，為減少過電壓的傳遞，可以通過電纜頭制作來達到防干擾的目的。

2）電纜頭制作方式

參考國家電網公司要求的施工工藝[6]，將電纜屏蔽層在電纜兩端分別接地，通過規范電纜頭的制作，從而使操作過電壓的磁力線絕大部分集中在屏蔽層，不會進入電纜內部，避免了過電壓的傳遞。因此，電纜接頭的制作規范對于二次引線施工尤為重要。

變壓器產品上常用不同類型的電纜，因其結構不同，應采用不同的電纜頭制作方法來防干擾。

4.2 變壓器產品二次電纜線標識、就位和敷設的規范

在二次電纜編號方面，很難找到相關的國家標準和行業規范。在變壓器二次引線過程中，尤其是變壓器產品電纜數量和規格很多時（比如云廣換流變產品，進入端子箱電纜達到60 多根電纜、溪洛渡換流變產品進入端子箱電纜和計算機接插件電纜90根左右），工人往往容易混淆、誤用電纜，造成施工中的不方便和損失。

結合國家標準的要求，我們摸索出產品本體電纜編號的一套規則和辦法。制定了相關的規范文件來指導編號（包含電纜編號、長度以及回路號、標記、來向、去向等相關信息），以及方便操作施工。

4.3 變壓器配套控制箱的規范

變壓器二次引線的裝配質量和可靠性很大程度上也受限制于控制箱的設計和結構，對此，很有必要對配套控制箱的結構和布置進行要求和規范。

結合實際產品規范的經驗，我公司的控制箱部分規范應抓住以下關鍵點：

1）進出電纜線的規范。

2）箱體防電磁屏蔽和防護等級的要求。

3）接地銅排的規范。

4）控制箱內部二次引線距離的規范。

5）電纜備用線的規范。

4.4 變壓器托線槽、穿線管的規范

變壓器托線槽固定原采用槽蓋和槽底穿孔緊固方式。電纜布置完成后，易遮擋住緊固螺絲孔，使得托線槽緊固操作無法完成。后來更改了圖紙，改變緊固結構，方便了操作，改善了托線槽的外觀質量。

出口美國產品按美標使用穿線管對電纜、電線進行防護，加強了防護等級，改善了變壓器的外觀質量。

5 結論

要適應變壓器的智能化，企業就應順應變壓器技術發展的需求，盡早著手建立變壓器二次規范技術文件，優化變壓器的二次引線設計，我們的實踐和嘗試為變壓器產品二次線技術改進和標準規范提供了參考，為順應變壓器智能化的發展，進行變壓器智能化和二次引線優化設計積累了基礎資料。為完善變壓器二次施工工藝，完善二次設計、工藝系統，贏得顧客滿意打下了堅實的基礎。

[1] 張斯路.中國電壓等級最高輸電線路將在新疆開工建設[EB/OL].2012.02.04.http://gb.cri.cn/27824/2012/ 02 /04/5951s3543685.htm.

[2] 陳英.國家電網將投214 億建設智能變電站[N].輸變電信息,2012.01.

[3] 劉有為 吳立遠 鄧彥國等.高壓設備智能化技術分析報告[R].沈陽.國家電網公司智能電網部,2009.09.

[4] 趙立.楊陸衛.淺談變壓器二次引線裝配的工藝規范[C].第五屆全國變壓器技術自主創新研討會論文集.云南昆明：變壓器雜志編輯部,2009:165-168.

[5] 輸變電工程施工工藝示范手冊編委會. 國家電網公司輸變電工程施工工藝示范手冊.變電工程分冊.電氣部分[M].北京:中國電力出版社,2006.:71-76.