技术收藏 | 智能变压器设备浅析
根据干式变压器设备智能化的技术现状，本专题根据设备智能化的要求，充分考虑了传统二次设备与一次设备的融合所带来的技术难度与复杂性，兼顾了现在和未来发展方向，对设备生产商的生产技术提出了更高的要求。
一、概述
（一）技术现状
干式变压器设备作为电力系统的主要构成元件，其可靠性是电网安全运行的保证。干式变压器本体设备是由电工材料构成的工业装备，其自身并不具备运行状态反映的功能。
以往对于干式变压器本体的工作状况，内外的电力部门多年来普遍采用对设备进行定期检修预试制度。在此基础上逐渐发展起了一些参数的在线监测技术，近年来已在此方面取得一定经验和成效，但仍存在诸如检测的参数不全、各家自成系统、相互兼容性差、不能统筹考虑等缺点，还不能保证全面、实时的反映设备的运行状况。
智能电网的建设对干式变压器这一变电站主设备的智能化提出了新的要求：干式变压器设备应配备各种数字化接口，使其具备自身状态信息管理、诊断、评估和控制的功能，通过与智能综合组件结合或集成，构成具体测量、控制、保护、计量和监控功能的统一实体实现其智能化。随着计算机、传感以及通信技术的飞速发展，为干式变压器的智能化的实现提供了有利条件。
（二）常规干式变压器设备存在的问题
随着电力系统对智能化和运行可靠性要求的提高，常规干式变压器的不足之处已日益凸显，设备存在的主要问题有：1）现有的在线监测技术，部分解决了停电试验的一些缺点，但由于全参与主变设备状态监测技术研发的厂家众多，产品的可靠性及稳定性水平也千差万别，监控与分析软件都各成系统，相互间不兼容，给今后的系统维护造成极大的不方便。2）电缆用量大，施工接线复杂；现在主变汇控柜与主变本体各元件之间采用电缆进行硬连接，主变汇控柜至主变保护小室保护屏间采用电缆进行硬连接。3）状态检修还需结合定期停电，存在需要停电、试验真实性和实时性差等缺点。4）一次设备采用传统电流传感器，需要大量的漆包线、铜材、矽钢片制成，体积大而笨重，消耗材料多，生产时对环境污染严重。
为了解决上述问题，迫切需要在干式变压器制造中引进智能化技术提高干式变压器的智能化程度，使之具备感知能力、决策能力和执行能力。智能化技术是建立在微电子技术、信息传输技术、计算机技术、伺服技术及精密机械制造技术等高科技技术之上的综合技术。
二、智能干式变压器设备的特点和功能
（一）智能干式变压器设备的特点
智能干式变压器是由干式变压器实体与智能综合组件构成，配备各种数字化接口，具有将各种状态信息进行采集与上传的功能，并具备自身状态信息管理、诊断、评估和控制的功能。智能干式变压器具有标准化的物理结构及接口，可即插即用。
（二）智能干式变压器设备的功能
智能干式变压器设备主要由干式变压器实体与智能综合组件构成，智能综合组件由控制单元、保护单元、状态检测单元、计量单元和通信单元等组成。智能干式变压器本身具有控制、通信、状态监测等功能，如：数据采集数字化；异常时钟信息的识别防误功能；具备完备的自诊断、自恢复功能；对干式变压器冷却系统采用自动优化控制，实现节能降耗的目的；对有载分接开关进行自动投切；同时具备干式变压器电量和非电量保护功能等。除电力功能元件外，智能干式变压器还包含以下主要功能单元：
（1）控制功能单元：1、干式变压器有载分接开关的智能控制：包括根据电压自动投切有载分接开关及对其照明电动机的驱动实现自动控制。2、冷却系统的智能控制：每台干式变压器有多组辅助冷却器。根据干式变压器的油温、光纤测温信号启动或关闭辅助冷却器。3、干式变压器有载开关在线滤油装置智能控制：在线过滤分接头油箱绝缘油中的污染物。用户可以设置分接头每次动作之后滤油，也可以选择根据油质状况定时滤油。
（2）在线监测与故障诊断功能单元：对干式变压器储油柜中油位、油温、绕组温升、油色谱分析、铁心接地电流、局放、套管、压力释放阀的在线监测与故障诊断，并将测得信息传输到智能终端，根据环境温度、冷却系统状态，油温、线圈温升等综合分析干式变压器能够过负荷运行的能力，评估检修周期或提前预警。
（3）保护功能单元：对干式变压器配置双重化电量保护和单套非电量保护，以保证当干式变压器发生故障时能够自动、迅速、有选择的从系统中切除，或发出信号由运行人员处理。
（4）通信功能单元：实现与间隔层和站控层的实时通信，以实现各功能单元间的数据共享和远程监控等功能。
三、智能干式变压器设备的技术现状及发展趋势
（一）智能化组件的应用情况及发展趋势
从目前常规变电站内干式变压器一次、二次设备组成看，现有的控制、保护等已经实现数字化，但各自先立或分散布置于不同的部件或系统中，集成度低，未真正实现干式变压器智能化。各装置的技术现状及应用情况如下：
1、保护功能：在解决了二次设备在受变电站户外温度、湿度、振动和电磁干扰的影响后，干式变压器保护下放至主变本体安装位置。该技术比较成熟，各设备厂家均有较成熟产品。
2、通信功能：过程层采用通用面向变电站事件对象网络（GOOSE 网络），并通过MMS网接入站控层网络，通信功能集成于各功能元件上，各设备厂家均有成熟产品。
3、智能化有载分接开关能够根据电压自动调节分接开关的投切，智能化冷却控制系统能够根据干式变压器的油温和负荷分组控制风扇的起停，同时具有逻辑闭锁功能，内各干式变压器厂已有此类成熟产品。
（二）智能干式变压器的技术发展过程
随着数字化电子器件的发展，状态检测元件技术及功能有了很大的发展，在现有干式变压器设备的基础上，可以借助于软件模块，在同一计算机辅助装置上运行多个功能，例如智能控制、在线监测、保护、通信等，实现干式变压器设备的智能化。根据3.1 节中所述干式变压器设备的技术现状与功能要求，干式变压器设备的智能化发展过程如下3 个阶段：1）现阶段：干式变压器实体设备加外置的多个状态监测附件；保护装置安装在保护小室，其余各装置分散安装于干式变压器附近。传感器元件与装置之间采用电缆连接；
图3.2-1 干式变压器设备智能化发展现阶段
2）第二阶段：干式变压器实体设备加上部分内嵌（如内嵌的状态监测单元）的智能综合组件和外置的保护装置；保护装置安装在保护小室中；传感器元件与智能综合装置采用光缆连接。
图3.2-2 干式变压器设备智能化发展第二阶段
3）第三阶段：干式变压器设备加上内嵌的智能综合组件，内嵌的智能综合组件含控制、通信、保护和状态监测等多个单元，与干式变压器共同构成一套完整的设备。传感器元件与智能综合组件采用光缆连接。各功能单元均有标准化接口，即插即用。智能综合组件与上位机采用光缆连接。
图3.2-1~3 为干式变压器设备智能化发展过程的3 个阶段，第三阶段代表了智能干式变压器设备发展方向。
图3.2-3 干式变压器设备智能化发展第三阶段
四、结论
智能干式变压器设备是一个基于多种传感器的集成化系统，能实时地反映干式变压器绕组、铁芯、套管、有载分接头开关、冷却器等元件的运行状况，并能真实地记录干式变压器的运行参数、负荷电流和各种温度数据等。
干式变压器设备智能化技术解决了参数不全等问题，能够全面、实时的反映设备的运行状况；电缆用量减少，施工接线简单；无需定期停电进行预防性试验（离线）来掌握干式变压器信息以决定能否继续运行，解决了需要停电、试验真实性和实时性差等缺点。
干式变压器设备智能化方案创新和集成了一、二次设备技术，安全可靠、功能匹配、技术先进、经济合理。大大提高了干式变压器设备的可靠性，增加了功能，有利于生产，变“定期维修”为“状态维修”，防患于未然；简化干式变压器设备的结构，降低了设备成本，从外观上向小型化、模块化方向发展；在功能上向标准化、智能化方向发展；在可靠性上向自诊断、自恢复方向发展。整个系统由计算机实行人工智能管理，是未来智能化电网的发展方向。
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