基于配電變壓器檢測與控制系統研究

趙冰清 仙永峰 劉興貴

摘要：配電變壓器是電力系統運行中的重要元器件之一，在電網運行過程中，最常見的問題就是配電變壓器耗能過高，導致電網運行經濟性下降。本文對配電變壓器檢測與控制系統進行研究，通過科學構建檢測與控制系統方案，提高配電變壓器運行綜合效率，降低電網運行損耗，促進電力行業可持續發展。

關鍵詞：配電變壓器；檢測與控制系統；節能降耗

配電變壓器的核心功能是配電網絡中電力的傳輸與分配，在電網中，分布廣泛、使用量較大，其自身運行產生的能耗會給整個配電系統運行的經濟性造成較大影響。有統計稱，配電網絡中，從配電變壓器消耗的電能約占總無用消耗的30%。為有效解決這一問題，需要對配電變壓器的檢測與控制系統進行研究。

1配電變壓器檢測與控制系統簡介

配電變壓器的檢測與控制系統主要包括兩部分結構，即控制系統和數據監測系統。由數據監測系統收集配電變壓器運行過程中產生的電壓、電流、電能損耗等參數，并對收集到的數據做初步判斷，決定是否切換到補償電容。在配電變壓器低壓側收集到的電壓、電流等信息被處理和轉換，傳輸到控制系統當中。系統中含有性能極高的CPU單元，可對信號做精確計算和分析，根據分析結果判斷并下發指令，自動存儲數據。配電變壓器檢測與控制設備配備串口電路和紅外通訊接口，可直接與計算機相連，以便隨時掌握配電變壓器的運行信息，方便開展現場處理工作。

2配電變壓器檢測與控制系統搭建

2.1系統構成

本文研究的配電變壓器檢測與控制系統的處理器來自Atmel公司，型號為AT91SAM9261；計算處理器為來自TexasInstruments公司的TMS320F2810芯片。設置多項接口，并使用Linux作為操作系統，確保系統數據處理功能滿足配電變壓器實際運行監控的需要，實現與多個站點之間的通信和信息互聯。配電變壓器檢測與控制系統具有如下優點：可自動采集配電變壓器的電壓、電流、頻率等信息，并對其功率進行具體計算；通用于多種類型接口和規格斷路器的信息采集工作；發生斷電后，系統依然可確保存儲信息的安全性；自動記錄開關機時間、各模塊的運行情況、運行經濟效率、參數設定情況等，并提供信息查詢功能；可對系統進行對時操作；同時應用兩臺系統終端，對配電系統中對臺斷路器進行監控，以保證配電變壓器運行的經濟性；最高可同時控制12組電容設備；涵蓋系統自動維護功能，可進行后期升級；自動檢測系統異常狀態并做出預警；兼容度高，和用于多種通訊條件。

2.2系統原理

在不同時段的運行過程中，配電變壓器的額定容量與實際容量之間的差值會發生變化，導致配變經常處在近空載的狀態下，空載運行消耗較高。針對該問題，檢測與控制系統將兩臺配電變壓器作為一個監控對象，實時觀測其功率大小、有功功率和無功功率，及時調整配電變壓器的運行參數，使其始終處于最佳的運行狀態中，降低配電變壓器產生的電能損耗。配電變壓器的檢測與控制設備安裝在其低壓開關一側，用于低壓開關、母聯開關元件的監測與控制。為最大程度的保障配電變壓器運行經濟效益，可在同一配變開關所中安裝兩臺檢測與控制設備，通過軟件將其中一臺設備設置成輔助狀態，并使用以太網將兩臺設備連接。在實際監控過程中，主設備利用RS485接口，對其中一個低壓開關和母聯開關進行控制，另外一個低壓開關由輔助設備控制。在調整配電變壓器系統內高壓開關的工作狀態時，檢測與控制系統需向主站DMS提交申請，得到反饋之后，可對FTU下達相應指令，以調整高壓開關的閉合狀態。該過程中，申請及反饋的傳輸同樣依靠以太網實現。

2.3計算原則

在為配電變壓器安裝檢測與控制系統之后，需對其運行經濟性進行計算，計算原則包括：（1）有功最優原則。該原則要求只考慮配電變壓器運行時的有功功率，并以此為依據構建最佳運行方案。（2）無功最優原則。無功最優原則與有功最優原則恰恰相反，只參考配電變壓器的無功功率提出運行方式。（3）綜合最優原則。該原則顧名思義是將配電變壓器運行的有功功率和無功功率做綜合考量，依照一定的比例系數將無功損失折算為有功損失，進行加和以找出使總損失最低的運行方案。在選擇配電變壓器經濟性計算原則時，需根據不同變壓器的經濟運行方式進行。

3案例分析

以10kV電網某配電站為例，該配電站中共包含2臺配電變壓器，其中一臺型號為S7，在空載時的電力損耗為1.45kW，負載狀態下損耗達9.8kW。另一臺型號為S11-M，空載和負載狀態下的損耗分別為0.96kW和7.4kW。在未給配電站安裝配電變壓器檢測及控制系統時，兩臺配變的整體電能損耗為2.11%。

現在系統中安裝配變檢測與控制設備，并依照以下方案對配電變壓器進行調控：①限制電路中斷路器每天動作的次數上限，若一天內，斷路器的運行已經達到該上限，則不進行處理。若在運行過程中發現，該運行方式與配電變壓器的實際工作需求存在較大偏差，可通過系統后臺將該限制解除，保證方案較高的靈活性。②配電變壓器所承受的負荷一般較為穩定，持續時間長。若出現異常荷載，可能出現短時間內的波動。為保證檢測與控制系統的作用發揮到最大，決定設置一個延遲時間。即當斷定配電變壓器接受到異常荷載需要改變其運行方式時，對比波動時長與延遲時間，若未超過延遲時間，可認為該負荷為短暫性干擾，不做處理。

系統投入使用后，對兩臺配電變壓器的損耗情況進行統計。使用系統之前，當1號配變負載率為45%、2號配變負載率為34%時，綜合損耗率在2.11%。使用系統后，1號配變退出運行、2號配變的負載率為75%，此時的綜合損耗降為1.0%。配變檢測與控制系統效能明顯，可減少一半以上無用能耗。

4結論

節能降耗已經成為一項社會性話題，也是目前電力系統性能優化的主要目標。如何處理電網中各項元器件及輸電線路的耗能問題，成為行業關注的重點。利用新型的配電變壓器檢測與控制系統，可對配變的運行狀態、耗能情況進行全方位的監督。借助智能化控制手段，確保配電變壓器的運行效率，減少配電環節的無用能耗，提高電力服務的經濟性。

參考文獻：

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[2]覃煜，張敏，王紅斌，等.配電變壓器集成化智能檢測裝置及其應用技術[J].通信電源技術，2019，36（02）.

（作者單位：山東省產品質量檢驗研究院）