摘要：本專題主要對智能干式變壓器設備的實現(xiàn)方案進行了論證，研究及論證結果表明：智能干式變壓器設備配備各種數字化接口，其自身具備狀態(tài)監(jiān)測、診斷和智能控制的功能，在功能、結構等方面較好地解決了目前干式變壓器設備存在的問題。 關鍵詞：智能；干式變壓器設備

根據干式變壓器設備智能化的技術現(xiàn)狀，本專題根據設備智能化的要求，充分考慮了傳統(tǒng)二次設備與一次設備的融合所帶來的技術難度與復雜性，兼顧了現(xiàn)在和未來發(fā)展方向，對設備生產商的生產技術提出了更高的要求。

一、概述

（一）技術現(xiàn)狀

干式變壓器設備作為電力系統(tǒng)的主要構成元件，其可靠性是電網安全運行的保證。干式變壓器本體設備是由電工材料構成的工業(yè)裝備，其自身并不具備運行狀態(tài)反映的功能。

以往對于干式變壓器本體的工作狀況，內外的電力部門多年來普遍采用對設備進行定期檢修預試制度。在此基礎上逐漸發(fā)展起了一些參數的在線監(jiān)測技術，近年來已在此方面取得一定經驗和成效，但仍存在諸如檢測的參數不全、各家自成系統(tǒng)、相互兼容性差、不能統(tǒng)籌考慮等缺點，還不能保證全面、實時的反映設備的運行狀況。

智能電網的建設對干式變壓器這一變電站主設備的智能化提出了新的要求：干式變壓器設備應配備各種數字化接口，使其具備自身狀態(tài)信息管理、診斷、評估和控制的功能，通過與智能綜合組件結合或集成，構成具體測量、控制、保護、計量和監(jiān)控功能的統(tǒng)一實體實現(xiàn)其智能化。隨著計算機、傳感以及通信技術的飛速發(fā)展，為干式變壓器的智能化的實現(xiàn)提供了有利條件。

（二）常規(guī)干式變壓器設備存在的問題

隨著電力系統(tǒng)對智能化和運行可靠性要求的提高，常規(guī)干式變壓器的不足之處已日益凸顯，設備存在的主要問題有：1）現(xiàn)有的在線監(jiān)測技術，部分解決了停電試驗的一些缺點，但由于全參與主變設備狀態(tài)監(jiān)測技術研發(fā)的廠家眾多，產品的可靠性及穩(wěn)定性水平也千差萬別，監(jiān)控與分析軟件都各成系統(tǒng)，相互間不兼容，給今后的系統(tǒng)維護造成極大的不方便。2）電纜用量大，施工接線復雜；現(xiàn)在主變匯控柜與主變本體各元件之間采用電纜進行硬連接，主變匯控柜至主變保護小室保護屏間采用電纜進行硬連接。3）狀態(tài)檢修還需結合定期停電，存在需要停電、試驗真實性和實時性差等缺點。4）一次設備采用傳統(tǒng)電流傳感器，需要大量的漆包線、銅材、矽鋼片制成，體積大而笨重，消耗材料多，生產時對環(huán)境污染嚴重。

為了解決上述問題，迫切需要在干式變壓器制造中引進智能化技術提高干式變壓器的智能化程度，使之具備感知能力、決策能力和執(zhí)行能力。智能化技術是建立在微電子技術、信息傳輸技術、計算機技術、伺服技術及精密機械制造技術等高科技技術之上的綜合技術。

二、智能干式變壓器設備的特點和功能

（一）智能干式變壓器設備的特點

智能干式變壓器是由干式變壓器實體與智能綜合組件構成，配備各種數字化接口，具有將各種狀態(tài)信息進行采集與上傳的功能，并具備自身狀態(tài)信息管理、診斷、評估和控制的功能。智能干式變壓器具有標準化的物理結構及接口，可即插即用。

（二）智能干式變壓器設備的功能

智能干式變壓器設備主要由干式變壓器實體與智能綜合組件構成，智能綜合組件由控制單元、保護單元、狀態(tài)檢測單元、計量單元和通信單元等組成。智能干式變壓器本身具有控制、通信、狀態(tài)監(jiān)測等功能，如：數據采集數字化；異常時鐘信息的識別防誤功能；具備完備的自診斷、自恢復功能；對干式變壓器冷卻系統(tǒng)采用自動優(yōu)化控制，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的；對有載分接開關進行自動投切；同時具備干式變壓器電量和非電量保護功能等。除電力功能元件外，智能干式變壓器還包含以下主要功能單元：

（1）控制功能單元：1、干式變壓器有載分接開關的智能控制：包括根據電壓自動投切有載分接開關及對其照明電動機的驅動實現(xiàn)自動控制。2、冷卻系統(tǒng)的智能控制：每臺干式變壓器有多組輔助冷卻器。根據干式變壓器的油溫、光纖測溫信號啟動或關閉輔助冷卻器。3、干式變壓器有載開關在線濾油裝置智能控制：在線過濾分接頭油箱絕緣油中的污染物。用戶可以設置分接頭每次動作之后濾油，也可以選擇根據油質狀況定時濾油。

（2）在線監(jiān)測與故障診斷功能單元：對干式變壓器儲油柜中油位、油溫、繞組溫升、油色譜分析、鐵心接地電流、局放、套管、壓力釋放閥的在線監(jiān)測與故障診斷，并將測得信息傳輸到智能終端，根據環(huán)境溫度、冷卻系統(tǒng)狀態(tài)，油溫、線圈溫升等綜合分析干式變壓器能夠過負荷運行的能力，評估檢修周期或提前預警。

（3）保護功能單元：對干式變壓器配置雙重化電量保護和單套非電量保護，以保證當干式變壓器發(fā)生故障時能夠自動、迅速、有選擇的從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號由運行人員處理。

（4）通信功能單元：實現(xiàn)與間隔層和站控層的實時通信，以實現(xiàn)各功能單元間的數據共享和遠程監(jiān)控等功能。

三、智能干式變壓器設備的技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

（一）智能化組件的應用情況及發(fā)展趨勢

從目前常規(guī)變電站內干式變壓器一次、二次設備組成看，現(xiàn)有的控制、保護等已經實現(xiàn)數字化，但各自先立或分散布置于不同的部件或系統(tǒng)中，集成度低，未真正實現(xiàn)干式變壓器智能化。各裝置的技術現(xiàn)狀及應用情況如下：

1、保護功能：在解決了二次設備在受變電站戶外溫度、濕度、振動和電磁干擾的影響后，干式變壓器保護下放至主變本體安裝位置。該技術比較成熟，各設備廠家均有較成熟產品。

2、通信功能：過程層采用通用面向變電站事件對象網絡（GOOSE 網絡），并通過MMS網接入站控層網絡，通信功能集成于各功能元件上，各設備廠家均有成熟產品。

3、智能化有載分接開關能夠根據電壓自動調節(jié)分接開關的投切，智能化冷卻控制系統(tǒng)能夠根據干式變壓器的油溫和負荷分組控制風扇的起停，同時具有邏輯閉鎖功能，內各干式變壓器廠已有此類成熟產品。

（二）智能干式變壓器的技術發(fā)展過程

隨著數字化電子器件的發(fā)展，狀態(tài)檢測元件技術及功能有了很大的發(fā)展，在現(xiàn)有干式變壓器設備的基礎上，可以借助于軟件模塊，在同一計算機輔助裝置上運行多個功能，例如智能控制、在線監(jiān)測、保護、通信等，實現(xiàn)干式變壓器設備的智能化。根據3.1 節(jié)中所述干式變壓器設備的技術現(xiàn)狀與功能要求，干式變壓器設備的智能化發(fā)展過程如下3 個階段：1）現(xiàn)階段：干式變壓器實體設備加外置的多個狀態(tài)監(jiān)測附件；保護裝置安裝在保護小室，其余各裝置分散安裝于干式變壓器附近。傳感器元件與裝置之間采用電纜連接；

圖3.2-1 干式變壓器設備智能化發(fā)展現(xiàn)階段

2）第二階段：干式變壓器實體設備加上部分內嵌（如內嵌的狀態(tài)監(jiān)測單元）的智能綜合組件和外置的保護裝置；保護裝置安裝在保護小室中；傳感器元件與智能綜合裝置采用光纜連接。

圖3.2-2 干式變壓器設備智能化發(fā)展第二階段

3）第三階段：干式變壓器設備加上內嵌的智能綜合組件，內嵌的智能綜合組件含控制、通信、保護和狀態(tài)監(jiān)測等多個單元，與干式變壓器共同構成一套完整的設備。傳感器元件與智能綜合組件采用光纜連接。各功能單元均有標準化接口，即插即用。智能綜合組件與上位機采用光纜連接。

圖3.2-1~3 為干式變壓器設備智能化發(fā)展過程的3 個階段，第三階段代表了智能干式變壓器設備發(fā)展方向。

圖3.2-3 干式變壓器設備智能化發(fā)展第三階段

四、結論

智能干式變壓器設備是一個基于多種傳感器的集成化系統(tǒng)，能實時地反映干式變壓器繞組、鐵芯、套管、有載分接頭開關、冷卻器等元件的運行狀況，并能真實地記錄干式變壓器的運行參數、負荷電流和各種溫度數據等。

干式變壓器設備智能化技術解決了參數不全等問題，能夠全面、實時的反映設備的運行狀況；電纜用量減少，施工接線簡單；無需定期停電進行預防性試驗（離線）來掌握干式變壓器信息以決定能否繼續(xù)運行，解決了需要停電、試驗真實性和實時性差等缺點。

干式變壓器設備智能化方案創(chuàng)新和集成了一、二次設備技術，安全可靠、功能匹配、技術先進、經濟合理。大大提高了干式變壓器設備的可靠性，增加了功能，有利于生產，變“定期維修”為“狀態(tài)維修”，防患于未然；簡化干式變壓器設備的結構，降低了設備成本，從外觀上向小型化、模塊化方向發(fā)展；在功能上向標準化、智能化方向發(fā)展；在可靠性上向自診斷、自恢復方向發(fā)展。整個系統(tǒng)由計算機實行人工智能管理，是未來智能化電網的發(fā)展方向。

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