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智能变压器所用组件简介
摘要: 本文将智能变压器所用组件进行了分类,并按分类进行了系统的介绍。 关键词:智能变压器 组件 智能电子装置 IED 自美国2001年提出“Intelligrid”(智能电网)的概念,并开始研究。各发达国家都开始了智能电网的研究与规划。2009年我国提出了名为“坚强智能电网”的发展规划,,从实际出发积极探索符合中国国情的智能电网发展道路。 智能化电网的建立与发展必然要求变电站内的设备智能化,变压器作为变电站内的关键设备其智能化成为必要和必须的。智能化的变压器一般简称智能变压器,其定义和组成各个国家、企业可略有不同,但究其本质是在传统变压器上增加智能组件,从而实现使变压器状态的自我感知、智能评估和智能控制,变压器状态的参数数字化、控制网络化、状态可视化。 根据 Q/GDW Z 410-2010 《高压设备智能化技术导则》中油浸式电力变压器智能化示意图(图1)、智能组件结构及通信网络示意图(图2)及智能组件、智能电子装置(IED)定义以及该技术导则的编制说明中关于智能组件的解释,我们可以认为智能组件是由智能电子装置(IED)和智能组件柜组成的。因此智能变压器所配置组件有三部分组成:传统组件、智能电子装置(IED)和智能组件柜。 传统变压器所配置的传统组件种类很多,主要有:油位表、气体继电器、压力释放阀、速动油压继电器、套管、电流互感器……。智能变压器对这些组件有的提出了更高、更多的要求,有的则依然使用原来的形式和结构。 油位表: 传统变压器用油位表一般只有上、下限报警,智能变压器用油位表除了上、下限报警信号外,有些需要油位表能够将油位信号变成4~20mA信号输出,供远方监测使用。 气体继电器: 传统气体继电器有轻瓦斯报警、重瓦斯跳闸两种信号输出,智能变压器用气体继电器除了这两种信号输出外,图2智能组件结构及通信网络示意图有些要求增加轻瓦斯气体聚集量的4~20mA信号输出,供远方监测使用。 压力释放阀: 传统压力释放阀只有跳闸(或报警)接点。有些智能变压器会要求油箱内的压力值转化为可识别的电信号或4~20mA信号输出,据笔者了解,这种功能压力释放阀现在还不具备,如有这种要求,一般采用增加其它装置如压力传感器等来实现。 速动油压继电器 传统速动油压继电器只有报警接点。现在的智能变压器还没有对速动油压继电器提出新的信号要求,但就趋势和现实而言,很可能要求其增加4~20mA信号输出。 套管 智能变压器对套管的要求与普通变压器基本相同。有可能会要求安装套管在线监测仪。 电流互感器 套管上所用的电流互感器,传统变压器上使用的普通型互感器依然可以使用在智能变压器上。有些智能变压器可能会要求使用电子式互感器,接入智能组件柜的合并单元(MU)中。 Pt100 传统变压器的Pt100是安装在变压器箱盖,智能变压器不仅要求测顶层油温、还有可能要求测底层油温和中部油温还有环境温度。此部件没有变化,只是安装位置不同。 冷却系统及控制柜 不论是自然油循环的冷却系统(片散加风机)还是强迫油循环的冷却系统(强油风冷却器、强油水冷却器),这部分智能变压器与传统变压器并没有区别。只是智能变压器可能会要求测量风扇(或油泵)的电流、电压。这种功能实现的最简单方式是在控制柜设计时加以考虑。 分接开关 对于无励磁开关,智能变压器对其的要求与传统变压器相同,一般只需向远方控制室发出其档位的位置信息。对于有载分接开关,智能变压器对其的要求与传统变压器相比,不仅需要档位的位置信息。有些还要求有电压、电流信息及自动电压调整功能。 以上这些传统组件输出的信号及状态量可以直接接入智能组件的的测量IED单元,也可以分别接入相应的IED如OLTC IED单元。 智能电子装置(IED)对于智能变压器必不可少,如果说变压器主体是身体,智能电子装置(IED)就是智能变压器这个身体上的的眼睛、鼻子和耳朵。 智能电子装置的种类很多,监测方向也差异很大,在智能变压器上使用最多的应该是:油中气体在线监测装置、微水在线监测装置、光纤绕组测温装置、铁芯接地在线监测装置、局放在线监测装置…… 油中气体在线监测装置: 油中气体的监测,现在主流的有两种:一种是电化学法,在监测装置的检测单元,油中溶解气体与氧气发生电化学反应产生一个与反应速率成正比的电信号,从而监测出特征气体的含量。这种方式的油中气体在线监测装置可监测的气体:氢气、一氧化碳、乙炔、乙烯。一般使用于110kV以下变压器;另一种是色谱法,油中溶解气体在被从变压器油中分离后进入在监测装置的定量管并通过其中的色谱柱,本来混合的气体通过色谱柱时分离出各单组份气体,到达传感器,变换成电压信号,从而达监测出油中溶解气体各组份的含量的目的。这种方式的油中气体在线监测装置可监测的气体至少有六种:氢、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔、乙烷;还有些气体在线监测装置可监测七种特征气体,在六种气体基础上增加二氧化碳、监测八种特征气体,在六种气体基础上增加二氧化碳和氧气,最多的可以达到监测九种气体,在六种气体基础上增加二氧化碳、氧气和氮气。一般使用于220kV及以上变压器 油中气体在线监测装置应用在变压器上应注意提供必要的接口,以方便传感器的接入,一般情况下,电化学法的油中气体在线监测装置只需一个安装传感器的接口,安装于油流通畅部位即可(见图3);色谱法的油中气体在线监测装置需一个进油口、一个出油口两个专用接口(见图4),虽然有些资料介绍可将进油口、出油口同时安装在一个大口径放油阀门上,减少了接口的数量,但笔者认为这样布置虽然减少了接口数量但因为进、出油口位置较近,容易形成油路的“短路”,对测量的准确度可能会带来一定的影响,不建议如此操作。 微水在线监测装置虽然有独立的装置,但因为油中气体在线监测装置经常会附带监测微水的检测模块,提供监测微水功能。所以一般也就不使用独立的微水在线监测装置。 光纤绕组测温装置: 光纤绕组测温装置是直接测量油浸式变压器绕组温度所使用的最为成熟的技术。虽然各生产厂家光纤绕组测温装置的原理各不相同,但都是利用光的某些特性针对温度做特定的改变,测量这种改变量从而确定温度的大小,精度一般在1度左右。总体结构都可分为:内部光纤、外部光纤、贯通器、显示器四大部分,见图5。 采用光纤绕组测温装置时应注意在线圈内埋设光纤传感器(光纤探头)时应不影响绕组内部的电气绝缘性能。埋设点的位置应最接近绕组最热点。可由计算机仿真得出该位置。 铁芯接地在线监测装置: 变压器铁芯多点接地是造成变压器铁芯故障的首要原因。变压器铁芯正常接地时,因无电流回路形成,接地线上电流很小,为毫安级。当存在多点接地时,接地导线、铁芯本体、变压器外壳以及大地形成闭合回路,感应电流最大为几十安培。测量接地引线中有无电流,能准确地判断出铁芯有无多点接地故障。 现在使用的铁芯接地在线监测装置有两种,一种是将仪器(或仪器的传感器部分)直接串联在变压器接地线上,直接测量通过其中的电流值;另为一种是通过一个安装于铁芯接地线上的穿心CT将电流信号引入仪器内。系统原理图见图6。由于第一种不符合《油浸式电力变压器智能化技术条件》,尽量不要使用。 局放在线监测装置: 变压器局部放电是反映高压电气设备状态的一个重要标志。因为很多故障均产生局部放电。现在常用的局部放电监测的方法有脉冲电流法、超高频检测法、超宽频检测法、超声波检测法。这几种方法孰优孰劣还一直有讨论。笔者不想做过多评论,但 Q/GDW Z 410-2010 《高压设备智能化技术导则》、《油浸式电力变压器智能化技术条件》只对前两种监测方法有描述,并未提及后两种监测方法,是否能够使用还需与智能变压器的业主协商。 除了以上描述的智能电子装置,还有一些如套管在线监测装置、有载开关在线监测装置、绕组变形在线监测装置……,由于使用不多,就不多做介绍了。 最后我们说的是智能组件柜,它智能变压器不可或缺的一部分,是智能变压器的灵魂所在。其柜体材质可采用冷轧钢板或不锈钢板,需进行严格的表面处理和防腐蚀措施,需有足够的机械强度,并应预留足够的扩展空间和维护空间,两路工作电源一主一备方式进行供电,柜体能够满足运行环境要求,柜体内部应有良好的电磁屏蔽措施以保证内部的电磁环境满足各IED的长期可靠运行要求。 智能变压器是一个新兴的课题和项目,相关资料及工程实例并不是很多,加上笔者水平有限,对智能变压器所用组件了解也有不到位的地方,在解释、分类方面可能有不到位或失误之处,还请各位大家并进行批评指正。 参考资料: Q/GDW Z 410-2010 高压设备智能化技术导则 油浸式电力变压器智能化技术条件(试行) 国家电网公司智能电网部 国家电网公司物资采购标准 油浸式电力变压器 智能化专用技术规范(范本)
 
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打印】   更新时间:2014/4/30 8:34:22   浏览次数:8330 次  【返回列表
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