智能电网中的智能化变压器

铁心接地 电流传感器
变
测
压
屏蔽电缆 量
器
ＬＥＤ
主 ＬＥＤ
图 ６ 铁心接地电流监测
智能变压器的监测功能还包括气体聚集量（轻瓦 斯）、主油箱底部油温、电容式套管电容量、套管介 质损耗因数以及用于５００ ｋＶ变压器的振动波谱和噪 声的正常指纹等项目。其中，振动波谱和噪声应提 供变压器故障或缺陷时的特征指纹，并提供相应指 纹分析技术，传感器位置、监测频率及灵敏度等应 满足监测要求，监测频率大致在 ０．１～２０ ｋＨｚ，最小 可测量≤０．００１ Ｇ。
综合知识支撑 统一信息支撑 复合通信支撑
技术支撑体系
电力流 信息流 业务流
高度 一体化
性、灵活性和资源优化配置水平 的目标。变电站又是电力网络的 节点，负责连接线路和输送电
坚强实体电网 电网支撑站点 智能电网装备
电网基础体系
能，担负着变化电压等级，汇集
图 １ 坚强智能电网基本架构示意图
８８ ｜ 电气时代·２０１０ 年第 １０ 期
流及变压器各侧电压均用于控制参考量，分接开关 消除了磁饱和、铁磁谐振等问题，提高了继电保护
运行状态则用于智能控制。
可靠性。电子式互感器抗电磁干扰性能好，低压边
智能控制柜
智能化变压器测控单元 的配置基于变压器本体测控
无开路高压危险，测量精度高，动态范围大，可测 量几十安至几千安的电流，故障条件下可反映几万
利用电磁感应原理感应被测信号的罗氏（Ｒｏｇｏｗｓｋｉ） 支持 ＩＥＣ６１８５０ 通信协议（见图 ４）。油中溶解气体监
线圈电子式电流互感器（ＥＣＴ） 。光学电子式电流互 测满足智能组件状态可视化的基本要求，氢气和乙
感器（ＯＣＴ）采用法拉第磁光效应感应被测信号，传 炔监测为必选，其他气体及水分为可选。
感头不需要复杂供电装置，整个系统线性度好，其
１． 智能变压器的测量功能及解决方案 提供主油箱顶层和底部油温度的测量，可判断 变压器是否过热，冷却装置运行是否异常。采集来 自气体继电器节点信息和压力释放阀状态信号，用 于检测是否由于内部故障产生严重放电或短路。根 据主油箱油位和分接开关油箱油位的测量，给出合 理的油位上限、下限。测量风扇电动机电流和电压， 观察和分析风扇及风扇电动机的工作状态。根据油 流继电器提供的信号，分析油泵是否异常。有载分 接开关驱动电源电压测量便于观测操作电源状态， 有载分接开关切换次数测量便于分析机械寿命，有 载分接开关当前分接位置测量可提供当前工作的状 态量。智能变压器的测量功能还应包括各侧负荷电 流及中性点电流测量，其主要作用应用于保护和状 态感知。 ２． 智能变压器的控制功能及解决方案 对于冷却控制系统，主油箱油顶层温度和底部 油温度以及绕组光纤测温同样用于判断变压器是否
产品与技术 供配用电
PRODUCT & TECHNOLOGY
作用于该间隔一次设备的功能，即与各种远方输入、 输出、传感器和控制器通信。过程层包括变压器、断 路器、隔离开关及电流／电压互感器等一次设备及其 所属的智能组件以及独立的智能电子装置。
电力变压器是过程层中最重要的高压设备之 一，由于其事故率高，故障影响大，对电网可靠性 有较大影响。电力变压器也是结构最复杂，故障原 因最复杂的电网设备。电力变压器在运行中有不少 需要监测的参数，如负荷、油温、油位、油中气体 和开关分接位置等；也有一些需要控制的部件，如 冷却系统、有载调压系统等。综合这些因素可以看 出，电力变压器具有智能化价值，是高压设备智能 化重要设备之一。
是指技术、管理方面的标准、规
范、试验、认证和评估体系，是
建设坚强智能电网的制度保障。
标准 规范
智能化变电站对变压器的 体系
要求
智能化变电站以先进的信
息化、自动化和分析技术为基 标准
评估
础，灵活、高效且可靠地满足发
电、用电对电网提出的各种需 试验 求，实现提高电网安全性、可靠 认证
智能应用体系
发电侧业务 电网侧业务 用户侧业务
技术体系包含电网基础体系、技术支撑体系、智能 据采集和监视控制（ＳＣＡＤＡ）、操作闭锁以及同步矢
应用体系和标准规范体系。电网基础体系是电网系 量采集、电能量采集及保护信息管理等相关功能。
统的物质载体，是实现坚强电网的重要基础。技术 站控层功能高度集成，可在一台计算机或嵌入式装
支撑体系是指先进的通信、信息和控制等应用技术， 置实现，也可分别在多台计算机或嵌入式装置中。
智能电网的发展和建设是一项系统工程，涉及 电流，分配电能，控制电能流向和调整电压等功
诸多学科和行业，同时，智能电网没有现成的经验 能。变电站的智能化运行是实现智能电网的最基础
可供借鉴，必须坚持自主创新。因此，智能电网将 环节之一。
会极大地提高我国电力工业及相关产业诸如变压器
智能化变电站基本机构如图 ２ 所示，可分为站
定量管
智能处理器 净化过滤器 ＩＥＣ６１８５０
载气 ＴＣＰ／ＩＰ
半导体气
体传感器
嵌入式数据 处理单元
被测信号，由于是空心线圈，
图 ４ 油中溶解气体在线监测原理
９２ ｜ 电气时代·２０１０ 年第 １０ 期
供配用电 产品与技术
PRODUCT & TECHNOLOGY
义。绕组光纤测量不 确定度≤２ ℃，测量范 围一般控制在５～１８０ ℃ 之间。绕组光纤测温 采用在绕组热点处预 埋光纤（见图 ５），以达 到实时测量绕组最热 图５ 绕组热点处预埋光纤测温 点温升的目的。绕组 内部光纤通过安装在油箱壁上的贯穿器与外部光纤 相连接，外部光纤终端连接至光纤控制器，光纤控 制器通过串口通信连接到主 ＩＥＤ。
交互，使设备自诊断结果与调动决策和设备运行管 理系统有机结合，可提供变压器运行自诊断结果。
智能化变压器配置以及解决方案
智能化变压器的构成包括变压器本体，内置或 外置于变压器本体的传感器和控制器，实现对变压 器进行测量、控制、计量、监测和保护的智能组件。 变压器的冷却器控制器和有载分接开关控制器应具 有可连接智能组件的接口，并可以响应智能组件的 控制。变压器的状态监测主要包括局部放电监测、 油中溶解气体监测、绕组光纤测温、侵入波监测、变 压器振动波谱和噪声等。
同步时钟源
数据库 站总线
人机会话
保护及故障 信息管理
调度中心 远动通信
大用户、电源
相邻变电站
网络通信记
外部通信
站
录分析系统
控
层
过程总线
测控单元
保护单元
状态监测 单元
计量单元
间
同步相量
隔
层
过
合并单元
智能组件
程
电子式互感器
高压设备
层
wk.baidu.com
图 ２ 智能化变电站结构示意图
９０ ｜ 电气时代·２０１０ 年第 １０ 期
在多点接地。变压器各侧电流和环境温度可对变压 范围内满足精度要求，对积分器稳定性要求高。其
器进行发热故障原因判断和温度预测，变压器各侧 关键技术在于电源供电技术、远端电子模块可靠性
电压则用于监控是否有过励磁状况发生。对于有载 和采集单元的可维护性。
分接开关控制系统，开关分接位置、变压器各侧电
电子式互感器与传统互感器相比，不含铁心，
有重要作用。准确的电流、电压动态测量，为提高 复合除噪技术和自动阈值小波除噪技术等。
电力系统运行控制的整体水平奠定了测量基础。
油中溶解气体监测一般选择色谱柱法技术，油
电子式电流互感器又可分为采用法拉第磁光效 气分离采用负压动态真空脱气技术，使用灵敏度高，
应感应被测信号的光学电子式电流互感器（ＯＣＴ） 和 响应速度快的纳米晶半导体气敏传感器，整个装置
绕组光纤在线测温可有效地监测绕组内部最热
关键技术在于光学传感材料
点温升，对分析变压器热绝缘寿命衰减具有重大意
的稳定性、传感头组装技术、 微弱信号调制解调、温度对 精度的影响、振动对精度的 影响以及长期运行稳定性等。
罗氏线圈电流互感器 （ＥＣＴ）利用电磁感应原理感应
出口 六通阀
稳压阀
入口 油气分离单元
变压器本体 图 ３ 测控单元基本结构
数据进行存储，图 ３ 给出了智 能化变压器测控单元的基本 结构。
４． 智能化变压器的监测功能及解决方案 智能化变压器的局部放电在线监测一般用于 ５００ ｋＶ 级及以上变压器，所采用的局部放电监测技
３． 智能化变压器的计量功能及解决方案
术具有良好的抗电晕干扰能力，可监测的视在放电
是实现智能化的基础。智能应用体系是保障电网安 间隔层包括继电保护装置、系统测控装置和监测功
全、经济和高效运行，最大效率利用能源和社会资 能组主智能电子装置ＩＥＤ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
源，提供用户增值服务的具体体现。标准规范体系 Ｄｅｖｉｃｅ）等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且
智能化变压器的计量主要体现在使用电子式电 量一般可控制在５００～５ ０００ ｐＣ。局部放电监测原理
流互感器替代以前的传统电磁感应式电流互感器， 基于特高频的全频带动态扫频检测技术，使用特高
实现变电站运行实时信息数字化。电子式电流互感 频传感器可做到输出阻抗自动平衡，不需阻抗变换
器在电网动态观测，提高继电保护可靠性等方面具 器，可以带电检修，同时采用四通道高速同步采样、
测控单元 ＩＥＤ
参量，通过 Ｍｏｄｂｕｓ 通信协议 安甚至几十万安的电流。电子式互感器的频响范围
将本体控制箱与智能控制柜 宽，能真实反映一定的高频信号，为暂态量提供可
中的测控单元 ＩＥＤ 进行连接。 靠数据，绝缘结构不采用油或气体绝缘，无易燃、易
本体控制箱 （装于变压器油箱壁上）
智能化变压器测控单元 Ｉ Ｅ Ｄ 的主要功能是接受来自间隔
产品与技术 供配用电
PRODUCT & TECHNOLOGY
过热，冷却装置运行是否异常，冷却装置开起组数 不会出现磁饱和及磁滞等问题，频响特性、暂态特
参量用于控制冷却装置负荷匹配及运行状态。铁心 性和线性度好。但是相位处理复杂，线圈制作工艺
接地电流的主要作用在于监控铁心故障，如是否存 要求高，易受温度和外磁场等因素干扰，仅在某一
制造业的整体技术水平和创新能力。
控层、间隔层和过程层。
智能电网具有坚强、自愈、兼容、经济、集成
站控层包括自动化站级监视控制系统，站域控
和优化等特征，同时具有信息化、自动化和互动化 制、通信系统和对时系统等子系统，实现面向全站
等技术特征。坚强智能电网基本架构如图１ 所示，其 设备的监视、控制、告警及信息交互功能。完成数
在线监测铁心接地电流的目的是通过对铁心接 地电流的监测来发现箱体内异物、内部绝缘受潮或 损伤、油箱沉积油泥及铁心多点接地等类型的故障， 从而及早发现潜伏隐患，提出预警，避免事故的发 生（见图 ６）。利用高灵敏度电流传感器，不失真地采 集变压器铁心对地的泄漏电流信号。信息传输采用 ＩＥＣ６１８５０ 通信协议，通过对电流信号的运算和处 理，剔除杂波干扰信号，得到实际接地泄漏电流信 息，最终利用专家系统分析、判断并预测铁心绝缘 的健康状况。
智能化变电站主要对电力变压器的测量、控 制、计量、监测和保护等部分的要求与常规变电站 不同，智能化变电站对其智能化设备要求至少具有 五项基本技术特征，即测量数字化，对相关参量就 地数字化测量，所属参量包括变压器油温、有载分 接开关分接位置，开关设备分、合闸位置等；控制 网络化，对有控制需求的部件实现基于网络控制， 如变压器冷却装置、有载分接开关和开关操作机构 等；状态可视化，把设备状态信息，通过智能组件 的自诊断，以可辨识的方式，使设备状态在电网中 是可观测的，所谓状态可视，并非对运行人员而是 对相关系统的，如设备运行管理系统与电网调动系 统可基于智能组件状态可视化功能，看到设备健康 状态，自动生成检修方案，优化电网运行；功能一 体化，将相关测量、控制、计量、监测和保护等一 体化融合设计，做到简洁、简单，减少占用空间；信 息互动化，与调动系统交互，与设备运行管理系统
爆等危险；结构简单，重量轻，体积小，易于安装； 输出的数字接口适应了电力计量与保护数字化、微
层或站控层的命令，对 ＰＬＣ 通 机化，精度与二次负荷无关；体积和重量比传统电
过串口通信进行协议转换， 流互感器小很多，经济性能好。可见，采用电子式
测控参量
不仅可以向间隔层或站控层 发送数据，还可以有效地对
电流互感器可以带来显著的经济效益和社会效益， 而且电压等级越高效益越明显。
产品与技术 供配用电
PRODUCT & TECHNOLOGY
「电力系统」
智能电网中的智能化变压器
文 ／ 合肥 ＡＢＢ 变压器有限公司 郑万长
智能化变压器是智能电网中的重要设备之一，智能化变压器借助传感器、控 制器和智能组件，实现对变压器的测量、控制、计量、监测和保护等功能。智能 化变压器也是智能变电站的重要组成部分，实现先进、可靠、集成、低碳和环保 的目标，以满足电网运行的安全性、可靠性、灵活性和资源优化配置水平。