主变智能化的应用研究
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作者: 周洁
摘 要：本文对某110kV变电站工程条件和特点，对该站的主变智能化实施方案进行了分析研究，确定了本阶段智能主变的实现方式、各智能组件的安装位置，主变智能化方案包含的智能组件和智能功能。
关键词：主变智能化；智能组件；智能功能；状态监测系统
中图分类号：TM63 文献标识码：A
前言
智能设备是智能变电站的重要组成部分。智能设备现阶段的特征主要体现在“信息数字化、控制智能化、状态可视化”三个方面。
变压器智能化的要求：变压器设备应配备各种数字化接口，使其具备自身状态信息管理、诊断、评估和控制的功能；通过与智能综合组件结合或集成，构成具有测量、控制、保护、计量和监控功能的统一实体实现其智能化。
1主变智能化的实现方式
1.1智能化设备的实现方式
在国网公司《智能变电站技术导则》中对智能设备的模式有如下描述：
（1）独立运行的一次设备加上外置的智能组件；
（2）一次设备加上内嵌的包含状态检测单元的智能组件，再加上外置的一个或多个智能组件；
（3）一次设备加上内嵌的智能组件。
对智能主变的三种模式分析如下：
（1）智能主变可由独立运行的主变加上外置的智能组件，各智能组件可以安装于主变附近，保护装置安装在保护室。传感器元件等与智能组件之间采用电缆连接。主变智能化模式a见表1。
（2）智能主变可由主变加上内嵌于主变本体的包含状态检测单元的智能组件，再加上外置的一个或多个智能组件。保护装置安装在保护室中；传感器元件与智能综合装置采用光缆连接。主变智能化模式b见表2。
（3）智能主变由主变加上全部内嵌的智能组件，见表3。
目前对于110kV变电站而言，由于工程造价合理性及安全性等多方面原因制约，较为成熟和经济可靠的的主流智能化方案为模式a，本工程拟采用该方案实现一次设备智能化。
1.2主变智能化的功能及配置要求
经过广泛深入的现状及厂家调研，根据《智能变电站技术导则》中的定义，现阶段的智能设备采用“独立运行的一次设备加上外置的智能组件“更为经济合理”。
1.2.1智能功能
（1）控制功能
一般应实现以下主要功能：
①根据系统电压及无功补偿装置的投切，由智能组件接受后台调压命令或者在组件当地发出调压命令，自动调节有载开关档位；
②根据系统中性点接地要求，远方自动投切中性点接地开关。
（2）保护功能
主变智能组件宜具有主变本体非电量保护、上传本体各种非电量信号等功能；重瓦斯保护跳闸宜通过控制电缆直跳方式实现，其余非电量保护跳闸可通过GOOSE方式实现，主变非电量保护功能宜由主变智能设备自身实现。
（3）状态监测功能
为了实现对主变设备状态的可视化监视，本工程拟对安装变压器油中气体监测设备，采用在线外置式方案，检测变压器油中溶解气体监测组份包括：H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6；变压器油色谱监测数据除在本地进行存储、分析和诊断外，经由IED发送到一体化监控系统，在状态监测综合分析平台中进行记录和存储，通过分析油色谱监测数据的变化趋势，提前发现变压器过热或绝缘故障。后台系统不独立配置，与辅助控制系统后台统一整合于安全II区的综合应用服务器，实现综合分析结果的可视化展示，其分析结果通过IEC61850规约上送至上级系统，实现电网与变电站主要一次设备之间的协同互动，为实现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理提供基础数据支持，为实现设备检修策略与检修方案优化提供辅助决策。
1.2.2配置要求
为实现上述所列各项功能，变压器所应配备的智能设备包括：
（1）智能单元
该智能组件具有对主变有载开关及中性点刀闸系统的智能化控制功能，并负责采集主变本体油温、绕组温度、压力释放器动作、油位异常、瓦斯气体继电器动作、有载调压开关档位等开关量信号及DC4～20mA模拟量信号。主变非电量保护作为一个逻辑功能单元，集成在智能组件中，不再设独立的硬件装置。测温功能用于实现对主变本体油温、绕组温度的测量功能。油温传感器、绕组温度传感器安装在主变本体上，所有温度采集单元对应安装于主变智能控制柜内，其报警信号和4mA～20mA测量信号接入主变智能接口测控单元。具备通信功能，通信接口采用光纤以太网口，通信规约遵循DL/T860标准。
（2）互感器合并单元
该套智能组件用于实现对主变中性点电流信号的采集和测量。合并单元安装于主变智能控制柜内，负责将主变中性点来自采集器的电流数据进行同步合并处理，然后通过光纤以太网通信接口向间隔层设备传送电流采样值SMV报文信息，通信规约采用IEC61850-9-2LE。
（3）油中气体监测装置
该套设备用于实现对主变本体油中溶解气体的监测功能，推荐采用气相色谱法。监测信息经通信单元汇总并转换处理后利用光纤送至远方后台分析系统。
2某110kV变电站主变智能化的实现方案
2.1主变状态监测系统的设置
由于本站推荐采用油中溶解气体分析（DGA）进行状态监测。
本站状态监测系统主要由油色谱气体监测单元、状态监测IED和状态监测综合分析软件后台系统组成，将诊断结果和测试数据通过IEC61850规约上传至站控层，状态监测综合分析后台与辅助控制系统统一整合于整合于安全II区综合应用服务器，实现综合分析结果的可视化展示，其分析结果通过IEC61850规约上送至上级系统，实现电网与变电站主要一次设备之间的协同互动，为实现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理提供基础数据支持，为实现设备检修策略与检修方案优化提供辅助决策。
2.2电子式互感器的应用
电子式互感器是建设智能化变电站的决定性设备，起着至关重要的作用。本站主变中性点套管CT及间隙CT均采用均采用罗氏线圈原理的有源电子式互感器，其中中性点套管CT集成于主变本体。
采用电子式互感器有着如下优点：基于罗氏线圈和低功率线圈的有源电子式互感器相对无源式电子互感器，运行经验更加丰富，成本更低。其成本低，可靠性高，精度高、动态范围大，既减少了工程施工量，又并便于安装，同时有利用后期维护。
2.3智能组件的设置
《智能变电站优化集成设计建设指导意见》要求：“当可靠性满足要求时，一个间隔内智能终端、合并单元可采用一体化装置，实现硬件整合，减少过程层装置数量”。
工程主变本体配置合并单元智能终端装置集成1套（含非电量保护），安装于主变智能控制柜之中。两个设备具备整合条件，采用一体化装置可以减少设备数量，简化光缆连接。且智能终端、合并单元装置集成目前在技术上已较为成熟，具备应用条件。
2.4主变智能化设备的配置及安装位置（表4）
本站每台主变配智能控制柜一面，智能组件安装在智能控制柜内。
结语
本文研究结论为：主变智能化实现方式为《智能变电站技术导则》中的方案a，即独立运行的一次设备加上外置的智能组件；主变和智能组件推荐方案为：主变本体、状态监测装置、合并单元和智能单元一体化装置，各由主变、状态监测、二次设备制造厂家分别供货。主变智能功能包括保护、控制和状态监测功能，主变智能方案包括智能组件一体化、电子式电流互感器合并单元、油中气体监测装置。
参考文献
[1]刘福强.虹桥变电站变压器在线监测系统应用研究[D].华北电力大学，2012.
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