基于配電變壓器檢測(cè)與控制系統(tǒng)研究

趙冰清 仙永峰 劉興貴

摘要：配電變壓器是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的重要元器件之一，在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，最常見(jiàn)的問(wèn)題就是配電變壓器耗能過(guò)高，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降。本文對(duì)配電變壓器檢測(cè)與控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，通過(guò)科學(xué)構(gòu)建檢測(cè)與控制系統(tǒng)方案，提高配電變壓器運(yùn)行綜合效率，降低電網(wǎng)運(yùn)行損耗，促進(jìn)電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：配電變壓器；檢測(cè)與控制系統(tǒng)；節(jié)能降耗

配電變壓器的核心功能是配電網(wǎng)絡(luò)中電力的傳輸與分配，在電網(wǎng)中，分布廣泛、使用量較大，其自身運(yùn)行產(chǎn)生的能耗會(huì)給整個(gè)配電系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性造成較大影響。有統(tǒng)計(jì)稱(chēng)，配電網(wǎng)絡(luò)中，從配電變壓器消耗的電能約占總無(wú)用消耗的30%。為有效解決這一問(wèn)題，需要對(duì)配電變壓器的檢測(cè)與控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1配電變壓器檢測(cè)與控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

配電變壓器的檢測(cè)與控制系統(tǒng)主要包括兩部分結(jié)構(gòu)，即控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。由數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集配電變壓器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的電壓、電流、電能損耗等參數(shù)，并對(duì)收集到的數(shù)據(jù)做初步判斷，決定是否切換到補(bǔ)償電容。在配電變壓器低壓側(cè)收集到的電壓、電流等信息被處理和轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)當(dāng)中。系統(tǒng)中含有性能極高的CPU單元，可對(duì)信號(hào)做精確計(jì)算和分析，根據(jù)分析結(jié)果判斷并下發(fā)指令，自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。配電變壓器檢測(cè)與控制設(shè)備配備串口電路和紅外通訊接口，可直接與計(jì)算機(jī)相連，以便隨時(shí)掌握配電變壓器的運(yùn)行信息，方便開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)處理工作。

2配電變壓器檢測(cè)與控制系統(tǒng)搭建

2.1系統(tǒng)構(gòu)成

本文研究的配電變壓器檢測(cè)與控制系統(tǒng)的處理器來(lái)自Atmel公司，型號(hào)為AT91SAM9261；計(jì)算處理器為來(lái)自TexasInstruments公司的TMS320F2810芯片。設(shè)置多項(xiàng)接口，并使用Linux作為操作系統(tǒng)，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理功能滿(mǎn)足配電變壓器實(shí)際運(yùn)行監(jiān)控的需要，實(shí)現(xiàn)與多個(gè)站點(diǎn)之間的通信和信息互聯(lián)。配電變壓器檢測(cè)與控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：可自動(dòng)采集配電變壓器的電壓、電流、頻率等信息，并對(duì)其功率進(jìn)行具體計(jì)算；通用于多種類(lèi)型接口和規(guī)格斷路器的信息采集工作；發(fā)生斷電后，系統(tǒng)依然可確保存儲(chǔ)信息的安全性；自動(dòng)記錄開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間、各模塊的運(yùn)行情況、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效率、參數(shù)設(shè)定情況等，并提供信息查詢(xún)功能；可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)時(shí)操作；同時(shí)應(yīng)用兩臺(tái)系統(tǒng)終端，對(duì)配電系統(tǒng)中對(duì)臺(tái)斷路器進(jìn)行監(jiān)控，以保證配電變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；最高可同時(shí)控制12組電容設(shè)備；涵蓋系統(tǒng)自動(dòng)維護(hù)功能，可進(jìn)行后期升級(jí)；自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)異常狀態(tài)并做出預(yù)警；兼容度高，和用于多種通訊條件。

2.2系統(tǒng)原理

在不同時(shí)段的運(yùn)行過(guò)程中，配電變壓器的額定容量與實(shí)際容量之間的差值會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致配變經(jīng)常處在近空載的狀態(tài)下，空載運(yùn)行消耗較高。針對(duì)該問(wèn)題，檢測(cè)與控制系統(tǒng)將兩臺(tái)配電變壓器作為一個(gè)監(jiān)控對(duì)象，實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)其功率大小、有功功率和無(wú)功功率，及時(shí)調(diào)整配電變壓器的運(yùn)行參數(shù)，使其始終處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)中，降低配電變壓器產(chǎn)生的電能損耗。配電變壓器的檢測(cè)與控制設(shè)備安裝在其低壓開(kāi)關(guān)一側(cè)，用于低壓開(kāi)關(guān)、母聯(lián)開(kāi)關(guān)元件的監(jiān)測(cè)與控制。為最大程度的保障配電變壓器運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，可在同一配變開(kāi)關(guān)所中安裝兩臺(tái)檢測(cè)與控制設(shè)備，通過(guò)軟件將其中一臺(tái)設(shè)備設(shè)置成輔助狀態(tài)，并使用以太網(wǎng)將兩臺(tái)設(shè)備連接。在實(shí)際監(jiān)控過(guò)程中，主設(shè)備利用RS485接口，對(duì)其中一個(gè)低壓開(kāi)關(guān)和母聯(lián)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，另外一個(gè)低壓開(kāi)關(guān)由輔助設(shè)備控制。在調(diào)整配電變壓器系統(tǒng)內(nèi)高壓開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)與控制系統(tǒng)需向主站DMS提交申請(qǐng)，得到反饋之后，可對(duì)FTU下達(dá)相應(yīng)指令，以調(diào)整高壓開(kāi)關(guān)的閉合狀態(tài)。該過(guò)程中，申請(qǐng)及反饋的傳輸同樣依靠以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。

2.3計(jì)算原則

在為配電變壓器安裝檢測(cè)與控制系統(tǒng)之后，需對(duì)其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算原則包括：（1）有功最優(yōu)原則。該原則要求只考慮配電變壓器運(yùn)行時(shí)的有功功率，并以此為依據(jù)構(gòu)建最佳運(yùn)行方案。（2）無(wú)功最優(yōu)原則。無(wú)功最優(yōu)原則與有功最優(yōu)原則恰恰相反，只參考配電變壓器的無(wú)功功率提出運(yùn)行方式。（3）綜合最優(yōu)原則。該原則顧名思義是將配電變壓器運(yùn)行的有功功率和無(wú)功功率做綜合考量，依照一定的比例系數(shù)將無(wú)功損失折算為有功損失，進(jìn)行加和以找出使總損失最低的運(yùn)行方案。在選擇配電變壓器經(jīng)濟(jì)性計(jì)算原則時(shí)，需根據(jù)不同變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式進(jìn)行。

3案例分析

以10kV電網(wǎng)某配電站為例，該配電站中共包含2臺(tái)配電變壓器，其中一臺(tái)型號(hào)為S7，在空載時(shí)的電力損耗為1.45kW，負(fù)載狀態(tài)下?lián)p耗達(dá)9.8kW。另一臺(tái)型號(hào)為S11-M，空載和負(fù)載狀態(tài)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(cè)及控制系統(tǒng)時(shí)，兩臺(tái)配變的整體電能損耗為2.11%。

現(xiàn)在系統(tǒng)中安裝配變檢測(cè)與控制設(shè)備，并依照以下方案對(duì)配電變壓器進(jìn)行調(diào)控：①限制電路中斷路器每天動(dòng)作的次數(shù)上限，若一天內(nèi)，斷路器的運(yùn)行已經(jīng)達(dá)到該上限，則不進(jìn)行處理。若在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該運(yùn)行方式與配電變壓器的實(shí)際工作需求存在較大偏差，可通過(guò)系統(tǒng)后臺(tái)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(fù)荷一般較為穩(wěn)定，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。若出現(xiàn)異常荷載，可能出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)的波動(dòng)。為保證檢測(cè)與控制系統(tǒng)的作用發(fā)揮到最大，決定設(shè)置一個(gè)延遲時(shí)間。即當(dāng)斷定配電變壓器接受到異常荷載需要改變其運(yùn)行方式時(shí)，對(duì)比波動(dòng)時(shí)長(zhǎng)與延遲時(shí)間，若未超過(guò)延遲時(shí)間，可認(rèn)為該負(fù)荷為短暫性干擾，不做處理。

系統(tǒng)投入使用后，對(duì)兩臺(tái)配電變壓器的損耗情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。使用系統(tǒng)之前，當(dāng)1號(hào)配變負(fù)載率為45%、2號(hào)配變負(fù)載率為34%時(shí)，綜合損耗率在2.11%。使用系統(tǒng)后，1號(hào)配變退出運(yùn)行、2號(hào)配變的負(fù)載率為75%，此時(shí)的綜合損耗降為1.0%。配變檢測(cè)與控制系統(tǒng)效能明顯，可減少一半以上無(wú)用能耗。

4結(jié)論

節(jié)能降耗已經(jīng)成為一項(xiàng)社會(huì)性話(huà)題，也是目前電力系統(tǒng)性能優(yōu)化的主要目標(biāo)。如何處理電網(wǎng)中各項(xiàng)元器件及輸電線(xiàn)路的耗能問(wèn)題，成為行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。利用新型的配電變壓器檢測(cè)與控制系統(tǒng)，可對(duì)配變的運(yùn)行狀態(tài)、耗能情況進(jìn)行全方位的監(jiān)督。借助智能化控制手段，確保配電變壓器的運(yùn)行效率，減少配電環(huán)節(jié)的無(wú)用能耗，提高電力服務(wù)的經(jīng)濟(jì)性。

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（作者單位：山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院）