趙 立 田子九

（西安西電變壓器有限責(zé)任公司，西安 710077）

鑒于智能變電站技術(shù)難度高，涉及復(fù)雜的設(shè)備環(huán)節(jié)，變電站智能化的趨勢(shì)也日漸突出，筆者在此對(duì)智能化電站其中一種解決方案和應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行介紹，以方便大家了解和探討。

西安供電局戶縣330kV 新盛變電站是國(guó)家電網(wǎng)公司2010年第二批智能電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目之一。本期規(guī)模為：安裝360MV 安主變壓器兩臺(tái)，330kV 出線4回、110kV 出線11 回。該變電站采用大量的智能設(shè)備，不但可以自動(dòng)完成采集信息、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，還可支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能，并實(shí)現(xiàn)與相鄰變電站的互動(dòng)。

戶縣OSFSZ-360000/330kV 變壓器是西電變壓器公司為陜西省電力公司生產(chǎn)的首臺(tái)330kV 電壓等級(jí)超高壓智能變壓器，是繼延安站ODFPS-700000/ 750kV 超高壓智能變壓器后生產(chǎn)的又一批超高壓智能變壓器產(chǎn)品。

作為我國(guó)首座330kV 智能電站，也是國(guó)內(nèi)首座全面實(shí)現(xiàn)變電站“狀態(tài)可視化、操作程序化、檢修狀態(tài)化、運(yùn)行智能化”的330kV 智能變電站。西安供電局戶縣新盛變電站在2012年6月中旬完工投運(yùn)。

1 變壓器智能組件介紹

依據(jù)常見的變壓器智能化示意圖（圖1），變壓器智能組件包括測(cè)量、控制和在線監(jiān)測(cè)等基本功能。在某些工程中，還包括了同間隔電子式互感器合并單元、測(cè)控、保護(hù)等擴(kuò)展功能。

在具體工程實(shí)際中，一般由多個(gè)獨(dú)立功能設(shè)備來實(shí)現(xiàn)變壓器智能組件監(jiān)測(cè)的功能，這些功能模塊主要有：

1）套管監(jiān)測(cè)裝置：監(jiān)測(cè)變壓器套管介損，采集套管泄漏電流、阻性電流等。

圖1 變壓器智能組件的組成

2）局放監(jiān)測(cè)裝置：采用超聲波和特高頻法監(jiān)測(cè)變壓器內(nèi)部局部放電現(xiàn)象，并定量和定性分析局部放電類型、位置等。局部放電測(cè)量被證明是一個(gè)有效的，對(duì)電氣絕緣無損害的評(píng)估方法，通過探測(cè)絕緣問題在可能引起絕緣擊穿之前避免損失相當(dāng)大的未計(jì)劃停電。本工程中使用ICM 監(jiān)視器，可以連續(xù)監(jiān)測(cè)高壓和中壓絕緣。它使用套管的電容抽頭，通過電壓傳感器盒以及同軸電纜與套管的測(cè)量抽頭連接。此抽頭也用于電壓和套管電容的監(jiān)測(cè)（電壓傳感器適配器）。關(guān)于ICM 監(jiān)視器，將另文介紹，此處不在贅述。

3）油色譜監(jiān)測(cè)裝置：在變壓器不停電條件下監(jiān)測(cè)變壓器油中氣體，包括 H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、CO2、H2O 等。

4）非電量保護(hù)：根據(jù)非電量信號(hào)完成對(duì)變壓器的保護(hù)，采用電纜直采直跳方式，匯集在變壓器本體端子箱中，然后轉(zhuǎn)接至智能組件柜國(guó)電南自的PCX 操作箱及輔助裝置。

2 變壓器MS3000 控制柜

變壓器MS3000 控制柜采用Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，傳感器的布線由現(xiàn)場(chǎng)總線裝置完成，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議?，F(xiàn)場(chǎng)總線裝置由一組電子串聯(lián)端子組成，端子的端部是Profibus 耦合器并帶有現(xiàn)場(chǎng)總線接口。Profibus 耦合器最多可以串聯(lián)64 個(gè)電子端子用于各種信號(hào)形式的選擇。當(dāng)各部件互相鎖住后，電源觸點(diǎn)和各個(gè)單獨(dú)的串聯(lián)端子的內(nèi)部母線端互相作用，每個(gè)單獨(dú)的串聯(lián)端子均可單獨(dú)替換并被安裝在標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)軌上。傳感器的連接通過彈簧觸點(diǎn)技術(shù)直接安裝在串聯(lián)端子上。MS3000 控制柜容性套管測(cè)量和電壓測(cè)量的連接由50Ω 同軸電纜（RG400）完成。套管測(cè)量的電壓信號(hào)直接傳輸至測(cè)量轉(zhuǎn)換器的BNC 連接。

現(xiàn)場(chǎng)的兩臺(tái) 36 萬變壓器本體上分別安裝MS3000 系統(tǒng)的控制箱。本體端子箱提供MS3000控制箱的電源供給。

2.1 變壓器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)信號(hào)的采集

變壓器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)采集以下信號(hào)至MS3000 控制柜：

1）負(fù)荷電流、電壓信號(hào)。常規(guī)互感器通過電纜直采獲取高壓側(cè)電流、電壓有效值。

2）頂層油溫。采用PT100 溫度傳感器，頂層油面溫度計(jì)2 個(gè)，安裝于油箱頂部對(duì)角線位置。溫度參量也在變壓器本體上通過表計(jì)直接顯示。

3）底層油溫。變壓器底層油PT100 溫度傳感器兩個(gè)，安裝于冷卻器框架兩側(cè)，對(duì)角位置安裝。

4）繞組溫度。采用9 通道光纖繞組測(cè)溫監(jiān)視器LUMA SENSE TECHNOLOGIES 主機(jī)，直接測(cè)量和顯示各預(yù)埋監(jiān)測(cè)點(diǎn)的繞組溫度，傳送4～20mA 繞組溫度信號(hào)至變壓器MS3000 控制柜。

5）本體儲(chǔ)油柜油位。本工程中未采用油位計(jì)，本體儲(chǔ)油柜打破了傳統(tǒng)儲(chǔ)油柜的油位指示模式，取消了油位計(jì)和轉(zhuǎn)換表。直接通過儲(chǔ)油柜觀測(cè)指針位置查看油位高低，直接采集4～20mA 信號(hào)對(duì)油位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。

6）氣體聚集量。氣體繼電器安裝于儲(chǔ)油柜與變壓器本體的連接管道上，對(duì)變壓器產(chǎn)生的少量氣體（輕瓦斯）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提供輕瓦斯報(bào)警、重瓦斯跳閘信號(hào)，根據(jù)需要可采集4～20mA 信號(hào)對(duì)氣體聚集量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。

7）環(huán)境溫、濕度。環(huán)境溫度采集采用PT100傳感器，濕度越限起動(dòng)除濕設(shè)備。

8）鐵心接地電流。采用穿心式CT，安裝于鐵心接地線上。每臺(tái)變壓器上安裝鐵心接地電流傳感器CT 盒。MS3000 控制箱敷設(shè)一根電源供應(yīng)電纜至鐵心接地電流傳感器CT 盒，提供DC24V 電源。每臺(tái)變壓器按接線圖從鐵心接地電流傳感器CT 盒將接地電流信號(hào)（4～20mA）傳送到MS3000 控制箱。

變壓器MS3000 控制箱采集上述信號(hào)并經(jīng)軟件處理后，通過IEC61850 方式，將變壓器實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)及告警等信號(hào)送入站控層MMS 網(wǎng)。

MS3000 控制柜根據(jù)變壓器過載能力數(shù)據(jù)，并結(jié)合環(huán)境溫度、高壓側(cè)負(fù)荷、油溫和繞組溫度，將變壓器的當(dāng)前最高變送容量數(shù)據(jù)經(jīng)過專家診斷系統(tǒng)分析處理，通過智能組件柜送給遠(yuǎn)方調(diào)度，使得調(diào)度可以充分利用變壓器的變送容量，保證變壓器的可靠安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)變壓器過載能力的優(yōu)化。

2.2 變壓器冷卻控制功能

變壓器從風(fēng)冷控制箱內(nèi)將兩個(gè)風(fēng)扇組的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)連接至MS3000 控制箱。變壓器MS3000 控制柜通過電纜直采獲取高壓側(cè)負(fù)荷電流、電壓信號(hào)，再結(jié)合實(shí)時(shí)采集到的變壓器頂層、底層油溫、繞組溫度等信號(hào)，軟件評(píng)估繞組的熱點(diǎn)溫度，自動(dòng)逐臺(tái)或分段（組）投切相應(yīng)數(shù)量的油泵和風(fēng)扇，控制智能組件柜中冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行，冷卻系統(tǒng)可在變壓器旁就地手動(dòng)操作，也可在控制室中通過智能測(cè)控裝置遙控操作。

2.3 變壓器有載調(diào)壓分接頭控制功能

每臺(tái)變壓器上從有載分接開關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)敷設(shè)電纜連接到MS3000 控制箱，將有載分接開關(guān)盤式電阻器上的檔位信號(hào)接入MS3000 控制柜。

智能測(cè)控裝置通過電纜直采或從站控層獲取變壓器負(fù)荷電流、電壓信號(hào)，按照設(shè)定的調(diào)壓控制方式，自動(dòng)向有載調(diào)壓開關(guān)控制器發(fā)出調(diào)節(jié)指令，或從站控層獲取遠(yuǎn)方遙控命令調(diào)節(jié)變壓器分接頭檔位。

MS3000 控制柜從有載調(diào)壓分接頭開關(guān)就地控制器獲取分接頭檔位、調(diào)節(jié)操作次數(shù)、OLTC 異常狀態(tài)等信號(hào)，這些信號(hào)通過IEC61850 發(fā)送至站控層網(wǎng)絡(luò)。

3 變壓器全面在線監(jiān)測(cè)、診斷和專家診斷系統(tǒng)MS3000（主IED 裝置方案）

本工程變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)MS3000（以下簡(jiǎn)稱MS3000 系統(tǒng)）主IED 裝置需要與變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置廠家接口，故需要與相應(yīng)第三方供貨廠家協(xié)商具體的物理接口、軟件算法處理等技術(shù)細(xì)節(jié)，然后再細(xì)化變壓器在線監(jiān)測(cè)主IED 裝置的具體實(shí)施方案。系統(tǒng)概況如圖2所示。

圖2 工程系統(tǒng)概況

一般情況下，變壓器在線監(jiān)測(cè)主IED 裝置可選擇配置多個(gè)以太網(wǎng)接口板卡或RS485 接口板卡。通過以太網(wǎng)或RS485 串口接收廠家油色譜裝置采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)相關(guān)廠家提供的算法完成油色譜在線監(jiān)測(cè)功能。

在本工程中，我們將MS3000 系統(tǒng) IED 模塊安裝在變壓器智能組件柜中。變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置由第三方提供，兩臺(tái)變壓器油色譜分析儀連接至以太網(wǎng)交換機(jī)，然后通過一根光纖（ST 頭多模光纖62.5/125μm 或者50/125μm）連接到MS3000 IED模塊背后專門提供的 RJ45 端口。（ 使用IEC60870-104 通信規(guī)約將油色譜分析儀信號(hào)集成進(jìn)MS3000 系統(tǒng)）。

變壓器在線監(jiān)測(cè)主IED 支持IEC61850 通信規(guī)約，可直接接入數(shù)字化變電站站控層MMS 網(wǎng)。我們首先將電站現(xiàn)場(chǎng)提供的專門電話線連接至MS3000 IED 模塊背后的電話端口，電站現(xiàn)場(chǎng)提供的局域網(wǎng)線插入MS3000 IED 模塊背后使用TCP/IP 協(xié)約提供的RJ45 端口，供MS3000 網(wǎng)頁(yè)可視化。然后使用用戶自備光纖（62.5/125μm 或者50/125μm，1300、1310nm,100Mbit/s 全雙工通信制）插入MS3000 IED 模塊背后光纖端口，然后連接至第三方提供的站用平臺(tái)，供MS3000 使用IEC61850 通信規(guī)約進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和接線圖，使用MS3000 提供的20m 銅纜將變壓器智能組件柜內(nèi)MS3000 IED 模塊與組件柜附近變壓器上的MS3000 控制箱進(jìn)行連接。

按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和接線圖，使用MS3000 提供的100m 銅纜將兩臺(tái)變壓器進(jìn)行相互連接。

4 變壓器智能測(cè)控（主變智能組件柜）功能

4.1 變壓器智能組件控制柜GPSIU602-201 功能

本工程通過整合原變壓器的運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)、有載調(diào)壓分接頭控制和冷卻系統(tǒng)監(jiān)視、控制等功能，在智能控制柜上實(shí)現(xiàn)上述全部功能。利用采集的變壓器各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，經(jīng)過軟件分析和識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)變壓器智能化。具體情況見圖3智能組件柜功能示意圖。

1）變壓器智能組件控制柜通過IEC61850 通信規(guī)約接入數(shù)字化變電站的站控層（過程層），實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)數(shù)據(jù)共享和互操作功能。它還可以通過IEC61850 規(guī)約從站控層接收分接頭遠(yuǎn)方遙控命令，同時(shí)上送分接頭當(dāng)前檔位、操作次數(shù)和異常狀態(tài)等信息。

2）本組件控制柜可就地戶外安裝，防護(hù)等級(jí)為IP55。端子箱和MS3000 控制箱就近安裝在變壓器本體上，方便現(xiàn)場(chǎng)各種傳感器的電纜連接?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器通過4～20mA、串口或空接點(diǎn)等方式分別接入變壓器端子箱和MS3000 控制箱。

3）本組件控制柜通過交流采樣板卡實(shí)時(shí)采集風(fēng)扇和油泵電機(jī)的交流電流信號(hào)，油流狀態(tài)信號(hào)以及冷卻裝置的各種自檢信號(hào)，上述信號(hào)及冷卻裝置異常告警信號(hào)通過IEC61850 送到站控層MMS 網(wǎng)。

4）本組件控制柜從站控層（過程層）網(wǎng)絡(luò)獲取或直采變壓器負(fù)荷電流，油面溫度、繞組溫度等相關(guān)信息，經(jīng)過PSIU602 智能終端處理，就地控制變壓器冷卻系統(tǒng)，并回采和上送冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

圖3 智能組件柜功能示意圖

4.2 變壓器智能組件柜技術(shù)特點(diǎn)

變壓器智能組件控制柜（智能測(cè)控裝置）采用IP55 防護(hù)等級(jí)，滿足戶外就地安裝要求。變壓器智能控制柜（智能測(cè)控裝置）具有如下特點(diǎn)：

1）支持IEC61850 MMS 通信方式，絕對(duì)放電電流NQS 等技術(shù)參數(shù)的設(shè)置和可視化可以通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可視化網(wǎng)頁(yè)界面來完成。

2）采用整體面板、全封閉機(jī)箱，強(qiáng)弱電嚴(yán)格分開，大大增強(qiáng)抗干擾能力，達(dá)到電磁兼容各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的最高等級(jí)。

3）智能組件柜通過整合變壓器相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視信號(hào)，在一臺(tái)裝置內(nèi)完成多個(gè)功能，結(jié)構(gòu)緊湊，裝置內(nèi)數(shù)據(jù)共享，簡(jiǎn)化了其他廠家多裝置接入數(shù)據(jù)共享繁瑣問題，節(jié)約投資。

4）通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及元器件的嚴(yán)格篩選解決了現(xiàn)場(chǎng)高、低溫運(yùn)行環(huán)境影響設(shè)備可靠運(yùn)行的問題。裝置經(jīng)過嚴(yán)酷的高低溫試驗(yàn)，可在戶外惡劣環(huán)境中可靠運(yùn)行。

5 結(jié)論

智能變電站中智能變壓器的應(yīng)用，是個(gè)新興的課題。通過上文所述的幾個(gè)方面的介紹，希望能對(duì)變壓器的智能化技術(shù)應(yīng)用有一定的普及，以便相關(guān)方面的專家和技術(shù)人員加速智能變壓器技術(shù)的研究和探索。我們相信，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的逐步發(fā)展和應(yīng)用，將會(huì)有更先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用在工程實(shí)踐中。