智能變壓器的設(shè)計和應(yīng)用研究

惠小東

摘要：智能變壓器伴隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展不斷的得到應(yīng)用，首先對智能變壓器的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)進行了框架設(shè)計，隨后對相應(yīng)的整體組件和應(yīng)用進行了分析，研究結(jié)果為電網(wǎng)中智能變壓器的廣泛應(yīng)用提供了相關(guān)思路。

關(guān)鍵詞：智能；變壓器；設(shè)計；應(yīng)用

引言

智能變壓器的工作環(huán)境是智能電力系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)相比，智能電力系統(tǒng)是通過高速網(wǎng)路和其他設(shè)備進行協(xié)同操作的，在智能變壓器的內(nèi)部，存在很多光電傳感器和元素執(zhí)行器，內(nèi)部的管理單元也是智能化單元，傳感器的作用是收集實時的工作信息，變壓器的狀態(tài)內(nèi)部可以自動分析工作狀態(tài)，也就是說，在網(wǎng)絡(luò)控制化下，系統(tǒng)內(nèi)部可以進行實時的進行信息交互，還可以根據(jù)系統(tǒng)中其他控制設(shè)備的指令進行動作。

1智能化變壓器框架設(shè)計

總體來說，電力設(shè)備是一個系統(tǒng)，要保證系統(tǒng)的安全和可靠運行，需要信息的支撐。因此，在進行智能變壓器設(shè)計之前，需要構(gòu)建變壓器的智能化網(wǎng)絡(luò)，在智能變壓器中，采用的網(wǎng)絡(luò)是高速以太網(wǎng)，輸出的帶寬差不多是850Mb/s，以太網(wǎng)終端需要通訊接口進行鏈接。

變壓器的框架設(shè)計主要是邏輯設(shè)計，智能變壓器的網(wǎng)路系統(tǒng)的組成主要由站控曾、間隔層和過程層組成。站控層網(wǎng)絡(luò)拓撲采用的是星型結(jié)構(gòu)，過程層采用的是數(shù)據(jù)采樣網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)絡(luò)，并且二者互相獨立，也都是采用星型拓撲結(jié)構(gòu)。保護層采用的是雙重化的保護定值，相應(yīng)的過程層網(wǎng)絡(luò)同樣進行雙重化配置，兩個過程層網(wǎng)絡(luò)也相互獨立，變壓器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

設(shè)置過程層的目的主要是針對于變壓器的輸出電能，在過程層內(nèi)，電能可以進行調(diào)配、轉(zhuǎn)換、移動、監(jiān)測、控制、保護、度量，整個過程層由一次設(shè)備和二次設(shè)備構(gòu)成，內(nèi)部的智能設(shè)備智能化組件和一端設(shè)備組成，另外，還包括配套內(nèi)的結(jié)合單元和終端的智能元素，如果能在控制過程中實現(xiàn)順序操作，則變壓器的運行狀態(tài)是最郝的。間隔層的設(shè)備則著眼于某兩個設(shè)備之間的間隔，間隔中的一端設(shè)備配備于間隔層之中，作用是和遠程的輸入輸出設(shè)備和智能傳感器進行通信，間隔層中的設(shè)備主要由繼電器保護設(shè)備、測控監(jiān)測設(shè)備等二次裝置組成。站控層是一個信息的存取平臺，各類信息統(tǒng)一匯聚，可以給整個變壓器的所有通信信息進行統(tǒng)一的集成，并且建立全局的統(tǒng)一收集、保存、交付、傳送功能，變壓器最終要實現(xiàn)電力系統(tǒng)的高級應(yīng)用，站控層可以提供可靠、穩(wěn)定和高效的數(shù)據(jù)。

2智能變壓器的構(gòu)成

基于智能化變壓器的網(wǎng)絡(luò)框架設(shè)計，對智能化變壓器的整體構(gòu)成進行分析，從總體上來說，智能變壓器是集計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)和變壓器技術(shù)的成果，具有電壓變換和電能傳輸、在線監(jiān)控和遠程通信等功能，并能夠同時滿足用戶多樣化需求，傳統(tǒng)的智能變壓器基本組成結(jié)構(gòu)和對應(yīng)功能如下。

（1）輸入輸出變換單元。變壓器的基本功能是電壓變換，同時，還需要具有電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)和電壓控制的功能，智能變壓器中接有光控電子式有載分接開關(guān)，該開關(guān)可以頻繁動作，并且使用壽命很長，開關(guān)還可以根據(jù)控制單元快速響應(yīng)，這些良好特性為電網(wǎng)、電壓的穩(wěn)定和變壓器的經(jīng)濟運行提供了基礎(chǔ)。

（2）主控單元。該單元是變壓器的智能核心，位置在主控層內(nèi)，主控單元擁有數(shù)據(jù)處理功能，在變壓器供電回路出現(xiàn)故障的時候，可以提供保護和預(yù)警，為檢修人員快速定位和處理故障提供良好的幫助，目前比較常用的是分布式的主控單元，該單元最大的優(yōu)點是可以提供良好的通信和標準化接口，實用性很強。

（3）傳感采集單元。傳感采集單元的特點是模塊化和組合化，該單元的體積很小，配置靈活，安裝方便，可以實現(xiàn)對變壓器的狀態(tài)監(jiān)控。

（4）通信單元。通信單元的基礎(chǔ)是前一章節(jié)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，通信接口的規(guī)約應(yīng)該采用開放性的規(guī)則，符合國際標準，接口需要采用電口或者是光口，滿足高速通信和可靠通信的要求。

3智能變壓器的應(yīng)用分析及最優(yōu)化分析

隨著智能電網(wǎng)的研究需要，智能變壓器內(nèi)的設(shè)備也在不斷升級，內(nèi)部安裝了許多新設(shè)備，包括大量的電子互感器和交換機和電壓智能輔助控制系統(tǒng)，還有對時同步技術(shù)和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，同時，智能變壓器的表現(xiàn)形式和傳輸?shù)姆绞蕉及l(fā)生了變化，智能變壓器設(shè)備的試驗內(nèi)容、標準、流程和方法也隨之變化?？傮w來說，應(yīng)用于智能電力系統(tǒng)中的智能變壓器的應(yīng)用主要包括三個方面，分別是測量、保護和計量。

智能化變壓器還具有計量功能，計量功能和測量功能不同，計量主要應(yīng)用于電子電流互感器的使用方面，比之前傳統(tǒng)的單一電流互感器可靠的多，新的互感器可以實現(xiàn)變電站的運行功能，可以實現(xiàn)變壓器的信息化。電子電流互感器擁有載網(wǎng)功能，可以充分的提高繼電保護的可靠性。電子式互感器具有非常有益的抗干擾能力，遇到高壓風(fēng)險也可以應(yīng)對，使得智能變壓器具有很高的測量進度和測量范圍，可以測量幾十安到幾千安的電流，頻帶的靈活性也較高，可以到幾千赫茲，提供可靠的數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小，比較容易安裝，輸出的數(shù)字接口適應(yīng)了電力計量與信息化的要求。

為了實現(xiàn)變壓器的高效運行，利用在線監(jiān)測系統(tǒng)進行計算可以得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)獲取主要是依靠計算機和傳感器，安裝在智能變壓器的監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示。

對智能變壓器的監(jiān)控測量結(jié)果進行分析，可以得到變壓器的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、電磁數(shù)據(jù)、油箱數(shù)據(jù)等，同時設(shè)計優(yōu)化軟件，以達到變壓器的最高效運行，軟件分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的輸入和優(yōu)化輸出。

總結(jié)

在傳統(tǒng)的功能基礎(chǔ)之上，智能變壓器可以通過集中或者分布式的CPU和數(shù)據(jù)采集單元實現(xiàn)資源的共享和智能的管理。具有數(shù)據(jù)監(jiān)測、保護、故障報警等功能，還可以進行狀態(tài)診斷和評估、信息管理、通信等高級功能。通過對智能變壓器的網(wǎng)絡(luò)化框架設(shè)計、功能設(shè)計和應(yīng)用分析，證實了智能變壓器的有效性和經(jīng)濟性。

參考文獻：

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