智能變壓器的技術組成及發展情況分析!
來源:來源:本站  |   編輯:管理員  |   發布日期: 2019-08-28

引言

智能電網已經成為未來電網的發展方向和當今電力技術的熱點。智能電網的特點是自愈、安全、經濟、清潔、優質,其主要特征是互動、自適應。目前智能電網的定義各國雖有不同,強調的重點也不同,但其共同的目標是要建設一個堅強的電網,提高服務水平。例如美國GRID2030計劃從三個方面來達到目標,一是提高電網的可靠性,二是降低電網運行的損耗,三是充分利用可再生能源。

智能電網發展方向是“一次”與“二次”系統的融合,其追求的功能目標是智能化、自適應,追求的經濟目標是綜合建設成本最低,運行維護費用最低。從配電網的角度來講,要提高用戶的用電質量,必須實現電網的高度自動化以及和用戶之間的互動。

全面提升配電網監測和控制的智能化水平。目前主電網的監控手段已經非常先進,如光纖通信、無人值守變電站、數據自動采集等,但是配電網的監測控制水平還較差。配電網需要加強末端的信息采集以及末端配電設備的控制,從而使配電網達到可觀可控的狀態。美國目前在底特律等三個城市進行“百萬級節點”配電網監測系統的試點工作,該系統能夠使處于配電網末梢的每個用戶信息都處于“可觀”狀態。

在配電網系統中,變壓器是重要設備,它直接和用電設備連接,分布廣、數量多,容量大,總損耗(變壓器損耗,用電設備損耗)大。配電變壓器的安全經濟運行和降低損耗(降低變壓器損耗和用電設備損耗)對智能電網發展的影響重大。隨著電力自動化技術和電力電子技術的不斷發展,電力設備智能化方面有了良好的技術支撐。變壓器控制技術也在不斷提高和發展,這也為智能變壓器的發展提供了有利的條件。本文拋磚引玉,針對變壓器尤其是配電網變壓器論述了智能變壓器的構成、功能及發展趨勢。

1 智能變壓器的構成

智能變壓器是計算機技術、電力電子技術和通信技術和變壓器技術不斷融合的結果。它主要由如下幾個部分組成:

1)變壓器基本部件;

2)智能控制部件;

3)主控單元;

4)傳感、檢測、傳輸裝置;

1.1 變壓器基本部件

變壓器的基本功能是電壓變換,因此其基本部件必須具備這一功能。變壓器有油浸、干式等不同的結構之分,有鐵芯與非鐵芯、硅鋼片與非晶合金等不同的材料選用,滿足不同的應用場合需求。

1.2智能控制部件

變壓器作為電網輸配電的重要環節,在進行電壓變換的同時,也應具有電壓質量調節控制等功能,這要依靠優良性能的控制部件來實現。現有的電壓質量調節實現方式,分無載調壓和有載調壓兩種,即通過無勵磁開關或者機械式有載分接開關等控制部件實現有級調壓。由于機械式有載開關壽命低、可靠性差,切換有電弧,因此實際使用效果不能滿足電壓調節快速、可靠動作的要求。目前,一種用于配電網的光控電子式有載分接開關已經研發成功,其可頻繁動作、壽命長、快速響應、無電弧、可分相操作的良好技術特性為電網電壓穩定和變壓器經濟運行提供了良好的實現手段。

1.3主控單元

作為變壓器智能核心,應有強大的數據采集、處理、通信、存儲功能。對變壓器運行參數例如電壓、電流、功率、功率因數、溫度等參數進行監測并根據控制原則實時控制,實現遙信、遙測、遙控功能。在變壓器供電回路出現故障時還應及時報警,為檢修人員快速定位和處理故障提供良好的幫助。

1.4傳感、檢測、傳輸裝置

傳感檢測裝置部分采用模塊化、組合式結構、具有體積小、配置靈活、安裝方便的特點。通過它,可實現對變壓器運行狀態的實時在線監控。傳輸系統可以實現變壓器系統的智能通信并可以傳輸信號給靈活控制部件如新型光控電子式有載分接開關穩定或調節電壓實現最優化運行。通信接口規約應采用開放性規約,符合IEC61860國際標準的要求。接口采用電口或者光口,滿足高速通信和可靠通信的要求。

2 智能變壓器的功能

變壓器應具有變壓傳輸電能、穩定電壓的基本功能。智能變壓器相比于常規的變壓器,其智能化主要體現在:具有良好的通信接口、信息管理、狀態診斷與評估,運行數據監測和故障報警功能并與配網SCADA系統交換數據、負荷控制功能,具有其它高級功能例如良好的自適應能力優化運行實現電壓穩定和自動補償功能;各部分的功能簡單描述如下:

通信接口:采用電口RS485/RS232或者光纖口,通信規約應符合IEC61850國際標準;

信息管理:記錄設備運行參數,為檢修和設備管理提供信息;

狀態診斷與評估:智能在線監測、故障診斷,實現狀態檢修,減少人力維護成本,提高設備可靠率;

運行數據監測和故障報警:實現遙信遙測遙控功能,并實時發送運行數據和故障報警信息;主要處理的數據有:電流、電壓、有功、無功、功率因數、溫度、變壓器使用壽命計算以及其它必要的統計數據;

保護功能:對于內部器件損壞引起的故障應有完善的保護并與系統的微機保護裝置進行接口通信,實現保護智能化。一般采用提供交直流通用的干接點方式;

運行控制功能:具有優化運行,靈活控制及自適應能力:

例如實現智能溫控、電壓自動調整、無功補償控制、可按照負荷情況選擇變壓器運行方式、按照最優經濟運行曲線運行實現損耗最低。

3 智能變壓器的發展趨勢

智能變壓器的發展與自動化控制水平、器件及材料的發展是密切相關的。有幾種發展的的路線:

3.1采用組合集成技術形成智能組合式變壓器

從單一只具有變電功能的變壓器,向帶有強迫風冷、功率計量、計算機接口等多功能組合式變壓器發展;采用新型電子式有載分接開關,引入智能化接口,具有數據處理、狀態控制、優化運行、狀態顯示等功能,從而使變壓器成為一種多功能智能化、隨時處于最佳運行狀態的電氣設備

3.2 采用電力電子技術形成智能萬用變壓器(IUT)

電力電子學器件用于電力拖動、變頻調速、大功率換流已經是比較成熟的技術。近年來,大功率電子器件已經廣泛應用于電力的一次系統。可控硅(晶閘管)用于高壓直流輸電已經有很長的歷史。近年來大功率電子器件已經應用于靈活的交流輸電(FACTS)、定制電力技術(Custom Power)以及新一代直流輸電技術。采用電力電子技術制造的變壓器稱為“智能萬用變壓器”。它的實質可以說是一種用于配電系統的多功能變換器。不同于傳統的線圈式變壓器,它是基于電力電子技術(由多級逆變器組成)的變壓器。作為美國EPRIADA項目中的一個基礎性的裝置,IUT已接近市場化。見于報道的IUT的額定功率為20kV?A,輸入相電壓為2.4kV,輸出的額定電壓為120V/240V。

IUT集電壓變換、頻率變換、動態無功補償、電能質量控制、不間斷電源等功能于一身。它是采用先進的電力電子系統代替傳統配電變壓器的電磁結構。同傳統變壓器相比,它將為系統運行提供眾多的好處,例如,可實現功能模塊化,減少了備品備件種類和數量。它消除了危險的液體介質,可以為用戶提供可選擇的服務項目(如直流或其它頻率的電力),可改變接線組別,容許從一條單相線路上傳遞三相功率,當需要時,可以用來作為開斷潮流的可控開關、具有調壓和諧波過濾功能,能夠進行實時的電壓調節和解決其它電能質量問題,甚至它可以起到短時間儲能、可以用作配電自動化設備的傳感器。而且,該種變壓器耗用資源少,加工簡單,屬于低碳成本的產品,符合低碳經濟的發展要求。

IUT有兩種設計方案,即混合設計方案和全固態方案。混合設計方案仍然有傳統的變壓器,高壓側沒有電力電子組件,只是在低壓繞組接入電力電子組件。由于還保留了傳統的變壓器,一些重要的功能還不能實現。全固態方案是用電力電子組件完全取代傳統的變壓器,構成不同的AC/DC、AC/AC變換器。

4 結束語

智能電網屬于低碳經濟的重要組成部分,通過提高電力使用效率能夠間接降低碳排放量。隨著環保要求的不斷提高以及電力自動化技術和電力電子技術的不斷發展,變壓器制造也將向低碳的標準提出更高的要求,變壓器設計生產中引入電力監測技術、電力電子技術、電力通信技術、新材料新工藝以及“一次”與“二次”融合的設計思想并推進變壓器智能性的不斷提升是必然的趨勢。智能型變壓器必將以其高性能、低功耗、多功能的優異性能適應智能電網的要求,變壓器行業也將走上低碳經濟的可持續發展道路上來。

(來源:網絡,版權歸原作者)

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