智能變壓器及其二次引線發(fā)展

田子九 趙 立

（西安西電變壓器有限責(zé)任公司，西安 710077）

變壓器在輸變電系統(tǒng)中，具有十分重要的地位。它直接和用電設(shè)備連接,數(shù)量多,容量大,總損耗大，分布于電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)，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(jié)構(gòu)設(shè)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(jiān)測、保護系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性，取決于二次引線設(shè)計、工藝水平。在國家大力推進建設(shè)智能堅強電網(wǎng)的今天，變壓器的智能化，可以提供精確的電力變壓器狀態(tài)信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)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(fā)展和建設(shè)智能電網(wǎng)條件下的變壓器智能化以及對變壓器二次引線技術(shù)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(shù)發(fā)展趨勢

1.1 智能電網(wǎng)優(yōu)勢

根據(jù)智能電網(wǎng)的概念，在架構(gòu)層次上，智能電網(wǎng)應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、信息集成、信息展現(xiàn)以及分析優(yōu)化幾大方面。和傳統(tǒng)意義上的電網(wǎng)相比較，智能電網(wǎng)有以下的優(yōu)勢。

1）可對區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)變壓器信息進行收集整理；

2）變壓器設(shè)備的運行主要狀態(tài)信息化，實現(xiàn)變壓器實時狀態(tài)可知，實時運行可控；

3） 實現(xiàn)對變壓器及相關(guān)設(shè)備信息的整合分析，以此來降低成本，提高效率，提高整個設(shè)備及電網(wǎng)的可靠性，優(yōu)化運行和實現(xiàn)經(jīng)濟管理。

1.2 大型變壓器產(chǎn)品發(fā)展方向

我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)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(qū)尤為嚴(yán)重。為適應(yīng)和滿足市場需求，變壓器制造廠家不斷地改進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品性能，國產(chǎn)化國際先進制造技術(shù)，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(chǎn)品發(fā)展趨勢來說，主要向三個方向發(fā)展：

1）長距離的輸變電線路向大容量、特大型、特高壓方面發(fā)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(jīng)由220kV，向1000 kV（即百萬伏）發(fā)展，對于直流輸電而言，正負(fù)800 kV 及以上電壓等級的特高壓輸電也在規(guī)劃實施中。

國家電網(wǎng)公司提出建設(shè)特高壓的“堅強智能電網(wǎng)”。特高壓既包括1000 kV 交流，也包括正負(fù)800kV 直流?！笆濉逼陂g還規(guī)劃在新疆建設(shè)我國電壓等級最高、輸電距離最遠(yuǎn)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(fā)展

國家發(fā)展智能電網(wǎng)是為了實現(xiàn)電網(wǎng)運行的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)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(xiàn)節(jié)能減排，建成“綠色”電網(wǎng)。

國家電網(wǎng)公司“十二五”智能化規(guī)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(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域110kV 及以上電壓等級智能站占變電站總座數(shù)的30%左右，共計投資214 億建設(shè)智能變電站。智能變電站技術(shù)難度高，涉及復(fù)雜的設(shè)備環(huán)節(jié)，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(shè)備制造企業(yè)來說，研制智能變壓器有著重要的意義。智能變壓器產(chǎn)品將在企業(yè)轉(zhuǎn)型升級中創(chuàng)造新的利潤增長點，提升企業(yè)的工業(yè)化和技術(shù)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(yōu)化運行狀態(tài)，提高經(jīng)濟性。優(yōu)化配置資源，提高變壓器設(shè)備傳輸容量和利用率，有效控制成本,實現(xiàn)經(jīng)濟運行。

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

目前階段，大型智能變壓器設(shè)備的研究方向大致分布在這些領(lǐng)域[3]：

（1）繞組應(yīng)力分布實時監(jiān)測技術(shù)的研究。

（2）對繞組溫度分布實時監(jiān)測技術(shù)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(jiān)測技術(shù)的研究。

（4）絕緣油氣相色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的精細(xì)化、完善化研究。

（5）植物油在變壓器設(shè)備使用的研究。

（6）數(shù)據(jù)信息通信方式及接口協(xié)議的研究。

（7）套管介質(zhì)損耗及電容量（泄漏電流）的在線監(jiān)測技術(shù)的研究。

（8）初步實現(xiàn)變壓器運行狀態(tài)實時在線評估技術(shù)（或?qū)＜以\斷系統(tǒng)的研究）。

西安西電變壓器有限責(zé)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(jié)合以往智能化成功的案例，筆者認(rèn)為大型變壓器的智能化可以考慮從以下幾個方面來實現(xiàn)和探索：

（1）變壓器控制箱或者匯控柜中的信號數(shù)字化。

（2）變壓器部分功能自動化，如開關(guān)自動調(diào)壓，冷卻系統(tǒng)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(jiān)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(xué)指紋測量裝置；測量運行時變壓器繞組和鐵心振動發(fā)出的聲音，從而判斷故障類型。后臺可留接口，待技術(shù)成熟時接入。

3）變壓器的安全性、可靠性、節(jié)能和經(jīng)濟環(huán)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(tǒng)一旦出現(xiàn)事故，會影響主設(shè)備的運行。其危害波及范圍廣，小則一個小區(qū)，大則一個省甚至一個地區(qū)都受其危害，造成巨大的經(jīng)濟損失和政治影響。

“堅強智能電網(wǎng)”促進了變壓器一次和二次的技術(shù)融合。相應(yīng)對于變壓器設(shè)備制造廠家，二次部分的設(shè)計、工藝水平也應(yīng)緊跟發(fā)展的腳步，加大二次引線的技術(shù)革新和進步，優(yōu)化變壓器二次設(shè)計，適應(yīng)客戶的發(fā)展需求。

2 變壓器二次引線優(yōu)化設(shè)計的范疇

計算機網(wǎng)絡(luò)和智能化技術(shù)的發(fā)展促進了變壓器組件的智能技術(shù)提高，降低了IED 產(chǎn)品的成本，電力用戶對集控技術(shù)和變壓器設(shè)備本身的在線監(jiān)測技術(shù)、智能綜合處理技術(shù)更高的要求，也有了經(jīng)濟上實現(xiàn)的可能。

變壓器的二次引線是變壓器的“神經(jīng)系統(tǒng)”的主要組成部分，是變壓器設(shè)備的控制、監(jiān)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(shè)備和變電站的橋梁，影響著產(chǎn)品的運行質(zhì)量和外觀質(zhì)量。

變壓器二次引線的優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)結(jié)合變壓器設(shè)備的技術(shù)發(fā)展方向，分階段逐步實現(xiàn)，同時結(jié)合、完善變壓器產(chǎn)品的智能化，以滿足智能電網(wǎng)測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化、信息互動化的總要求。內(nèi)容包含變壓器整體的智能解決方案，具體設(shè)計規(guī)范和相關(guān)的二次系統(tǒng)體系文件和標(biāo)準(zhǔn)。

3 變壓器智能化對其二次引線技術(shù)的要求

輸變電變壓器的二次系統(tǒng)是整個變電站控制和監(jiān)視的神經(jīng)系統(tǒng)，隨著自動化、信息、通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，無人值守集控電站、電力調(diào)度管理自動化、變壓器智能化也成為發(fā)展趨勢。用戶對一次設(shè)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(shè)計技術(shù)面臨著前所未有的嶄新的挑戰(zhàn)。

二次回路和二次引線的設(shè)計工藝應(yīng)合理可靠安全。從國內(nèi)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(tǒng)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(zāi)害。

對于二次設(shè)備制造行業(yè)來說，也加大了技術(shù)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(yīng)的二次監(jiān)測技術(shù)和產(chǎn)品。國內(nèi)外的變壓器組件也更多地提供了與計算機的接口，方便聯(lián)網(wǎng)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(shù)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(lián)線更為復(fù)雜，技術(shù)、工藝要求更高。

4 變壓器智能化以及變壓器二次引線優(yōu)化設(shè)計

西安西電變壓器有限責(zé)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(jiān)測裝置的應(yīng)用，在部分產(chǎn)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(xiàn)了變壓器綜合狀態(tài)監(jiān)測、評估、分析診斷。主要監(jiān)測設(shè)備有底層油溫、頂層油溫、環(huán)境溫度、變壓器負(fù)載、油中氣體及微水、局部放電監(jiān)測、鐵心接地電流監(jiān)測、套管介損及電容在線監(jiān)測、繞組光纖測溫裝置、有載開關(guān)的狀態(tài)監(jiān)測、集成了有載開關(guān)電壓自動調(diào)整器。

為順應(yīng)變壓器二次控制技術(shù)智能化的發(fā)展，西變進行變壓器智能化和二次引線優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)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(tǒng)控制文件和施工規(guī)范，以適應(yīng)即將到來的變壓器智能化技術(shù)的新動向和發(fā)展要求。

4.1 低壓電纜頭制作規(guī)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(shù)比較大，當(dāng)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(tǒng)控制造成干擾和影響。

因此，操作過電壓比感應(yīng)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(wǎng)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(guī)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(nèi)部，避免了過電壓的傳遞。因此，電纜接頭的制作規(guī)范對于二次引線施工尤為重要。

變壓器產(chǎn)品上常用不同類型的電纜，因其結(jié)構(gòu)不同，應(yīng)采用不同的電纜頭制作方法來防干擾。

4.2 變壓器產(chǎn)品二次電纜線標(biāo)識、就位和敷設(shè)的規(guī)范

在二次電纜編號方面，很難找到相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范。在變壓器二次引線過程中，尤其是變壓器產(chǎn)品電纜數(shù)量和規(guī)格很多時（比如云廣換流變產(chǎn)品，進入端子箱電纜達到60 多根電纜、溪洛渡換流變產(chǎn)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(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，我們摸索出產(chǎn)品本體電纜編號的一套規(guī)則和辦法。制定了相關(guān)的規(guī)范文件來指導(dǎo)編號（包含電纜編號、長度以及回路號、標(biāo)記、來向、去向等相關(guān)信息），以及方便操作施工。

4.3 變壓器配套控制箱的規(guī)范

變壓器二次引線的裝配質(zhì)量和可靠性很大程度上也受限制于控制箱的設(shè)計和結(jié)構(gòu)，對此，很有必要對配套控制箱的結(jié)構(gòu)和布置進行要求和規(guī)范。

結(jié)合實際產(chǎn)品規(guī)范的經(jīng)驗，我公司的控制箱部分規(guī)范應(yīng)抓住以下關(guān)鍵點：

1）進出電纜線的規(guī)范。

2）箱體防電磁屏蔽和防護等級的要求。

3）接地銅排的規(guī)范。

4）控制箱內(nèi)部二次引線距離的規(guī)范。

5）電纜備用線的規(guī)范。

4.4 變壓器托線槽、穿線管的規(guī)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(jié)構(gòu)，方便了操作，改善了托線槽的外觀質(zhì)量。

出口美國產(chǎn)品按美標(biāo)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(zhì)量。

5 結(jié)論

要適應(yīng)變壓器的智能化，企業(yè)就應(yīng)順應(yīng)變壓器技術(shù)發(fā)展的需求，盡早著手建立變壓器二次規(guī)范技術(shù)文件，優(yōu)化變壓器的二次引線設(shè)計，我們的實踐和嘗試為變壓器產(chǎn)品二次線技術(shù)改進和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范提供了參考，為順應(yīng)變壓器智能化的發(fā)展，進行變壓器智能化和二次引線優(yōu)化設(shè)計積累了基礎(chǔ)資料。為完善變壓器二次施工工藝，完善二次設(shè)計、工藝系統(tǒng)，贏得顧客滿意打下了堅實的基礎(chǔ)。

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

[2] 陳英.國家電網(wǎng)將投214 億建設(shè)智能變電站[N].輸變電信息,2012.01.

[3] 劉有為 吳立遠(yuǎn) 鄧彥國等.高壓設(shè)備智能化技術(shù)分析報告[R].沈陽.國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)部,2009.09.

[4] 趙立.楊陸衛(wèi).淺談變壓器二次引線裝配的工藝規(guī)范[C].第五屆全國變壓器技術(shù)自主創(chuàng)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(wǎng)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.