吳秋莉，鄧雨榮，張煒，梁俊斌，呂澤承

(廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，南寧市530023)

?

變電設(shè)備動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳秋莉，鄧雨榮，張煒，梁俊斌，呂澤承

(廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，南寧市530023)

變電站內(nèi)設(shè)備容量逐漸成為限制電網(wǎng)輸送能力的瓶頸，該文對(duì)變電設(shè)備動(dòng)態(tài)增容技術(shù)進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)研發(fā)了一套變電設(shè)備動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)采集變壓器溫度、電流等狀態(tài)監(jiān)測(cè)參量，依據(jù)GB/T 1094.7油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則和變壓器熱電路等效模型對(duì)變壓器的過(guò)負(fù)載能力進(jìn)行計(jì)算，并利用電流分流算法對(duì)過(guò)負(fù)荷后，變電回路中的斷路器、互感器和隔離開關(guān)進(jìn)行過(guò)負(fù)載能力校核，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行方式以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值，對(duì)變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和增容能力進(jìn)行分析評(píng)估。試點(diǎn)應(yīng)用情況表明，系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果可為調(diào)度人員的操作提供科學(xué)依據(jù)。

動(dòng)態(tài)增容；過(guò)負(fù)荷；熱點(diǎn)溫度；熱路模型；狀態(tài)監(jiān)測(cè)

0 引 言

近年來(lái)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電網(wǎng)的建設(shè)速度已難以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力的需求，供用電形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)滯后和輸電能力不足問題日益突出，進(jìn)一步加劇了電網(wǎng)和電源發(fā)展不協(xié)調(diào)的矛盾?，F(xiàn)階段國(guó)家相關(guān)電力部門主要采取對(duì)輸電線路增容，例如通過(guò)提高運(yùn)行溫度、短時(shí)動(dòng)態(tài)增容、新型耐熱線路等多項(xiàng)技術(shù)提高線路的輸電能力[1-2]。但目前對(duì)變電設(shè)備(變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等)增容研究不足，使之成為限制電網(wǎng)輸送能力的新瓶頸[3]。

在制約電網(wǎng)變電容量限額進(jìn)一步提高的因素中，變壓器過(guò)負(fù)載能力是主要原因[4]。當(dāng)變電站出現(xiàn)“N-1”事故情況時(shí)，如果變壓器有較高的過(guò)載能力，不僅能夠避免變壓器因過(guò)載發(fā)生損壞，還能夠給調(diào)度留出一定時(shí)間，將負(fù)荷控制在安全穩(wěn)定的范圍內(nèi)[5]。目前變壓器增容措施一般從設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)上提高變壓器的抗短路能力，如改進(jìn)變壓器線圈的繞緊度；改進(jìn)干燥系統(tǒng)和工藝裝置，保證干燥質(zhì)量；改進(jìn)線圈組裝工藝，控制線圈的軸向公差，或改變鐵芯制造工藝等。這些措施雖然能實(shí)現(xiàn)變壓器增容，但都涉及到變壓器改造，還需停電處理，在經(jīng)濟(jì)上很不劃算。

本文通過(guò)調(diào)度SCADA/EMS/在線數(shù)據(jù)，對(duì)需增容的變壓器的熱學(xué)參量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)變壓器電流分配增容模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)分析，為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行，安排負(fù)荷限額提供有力的輔助決策支持，便于合理安排運(yùn)行方式，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)增容的目的。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)研發(fā)一套變電設(shè)備動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)，并在現(xiàn)有的某500 kV變電站的1號(hào)主變上進(jìn)行試點(diǎn)運(yùn)用。

1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

變電設(shè)備動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)從架構(gòu)上分為三層，分別為監(jiān)測(cè)設(shè)備層、動(dòng)態(tài)分析層、輔助決策層，如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture

圖1中監(jiān)測(cè)設(shè)備層和動(dòng)態(tài)分析層分布于變電站內(nèi)，監(jiān)測(cè)設(shè)備層將變電站內(nèi)各類監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的IEC 61850通信協(xié)議與動(dòng)態(tài)分析層的變電站在線監(jiān)測(cè)綜合處理單元進(jìn)行交互，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提交至在線監(jiān)測(cè)綜合處理單元的狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。同時(shí)結(jié)合SCADA系統(tǒng)提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)增容能力分析，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果通過(guò)電網(wǎng)公司的電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)遠(yuǎn)傳至輔助決策層的電網(wǎng)公司電氣設(shè)備安全預(yù)警決策平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱主站平臺(tái))服務(wù)器，進(jìn)行展示，為電網(wǎng)生產(chǎn)和調(diào)度部門提供參考。

監(jiān)測(cè)設(shè)備層主要由硬件設(shè)備即在線監(jiān)測(cè)裝置組成，根據(jù)《DL/T 1146 DL/T 860 實(shí)施技術(shù)規(guī)范》及相關(guān)電網(wǎng)運(yùn)行備用管理規(guī)定等技術(shù)要求，采用智能匯控柜方式，主要由主智能電子設(shè)備(intelligent electronic device, IED)、智能匯控柜處理器、多個(gè)子IED(各個(gè)監(jiān)測(cè)單元)、交換機(jī)等組成。系統(tǒng)各單元之間采用光纖連接，滿足IEC 61850通信規(guī)約，采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、就地化設(shè)計(jì)原則，滿足高壓設(shè)備“全景式監(jiān)測(cè)”的要求，并具備良好的擴(kuò)展性。監(jiān)測(cè)設(shè)備層的主要作用就是將各個(gè)監(jiān)測(cè)單元分析處理后的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總至主IED，然后統(tǒng)一發(fā)送至動(dòng)態(tài)分析層，智能匯控柜與動(dòng)態(tài)分析層服務(wù)器之間的通信同樣也遵循IEC 61850規(guī)約及《變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》。

動(dòng)態(tài)分析層位于變電站內(nèi)，主要運(yùn)行于變電站在線監(jiān)測(cè)綜合處理單元上，其負(fù)責(zé)接收監(jiān)測(cè)設(shè)備層提供的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)和變電站SCADA系統(tǒng)通過(guò)IEC 104進(jìn)行交互，獲取變電設(shè)備的電流和電壓等數(shù)據(jù)。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)分析層分析模塊通過(guò)特定的增容分析模型和算法，對(duì)變電設(shè)備過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的極限工況以及過(guò)負(fù)荷后的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，得到不同過(guò)負(fù)荷情況下變電設(shè)備能夠持續(xù)運(yùn)行的時(shí)間等分析結(jié)果，并通過(guò)電網(wǎng)公司的電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)提交至輔助決策層的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。

輔助決策層位于電網(wǎng)公司電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)預(yù)警中心，運(yùn)行于主站平臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器上的數(shù)據(jù)接收模塊，通過(guò)電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)與站端分析層進(jìn)行交互，獲取站端變電設(shè)備動(dòng)態(tài)增容能力計(jì)算模塊的輸出數(shù)據(jù)，存至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，并提供Web服務(wù)、B/S架構(gòu)的客戶端瀏覽軟件和用戶界面展示接口，電力生產(chǎn)管理人員可以通過(guò)瀏覽器遠(yuǎn)程調(diào)取查看。

2 關(guān)鍵參量的在線監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)設(shè)備層主要由在線監(jiān)測(cè)裝置組成，主要包括環(huán)境監(jiān)測(cè)單元、色譜微水監(jiān)測(cè)單元、套管絕緣監(jiān)測(cè)單元、鐵芯接地電流監(jiān)測(cè)單元、冷卻裝置監(jiān)測(cè)單元、工況信息監(jiān)測(cè)單元等組成。環(huán)境監(jiān)測(cè)單元對(duì)整個(gè)變電站的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、變壓器工況信息監(jiān)測(cè)單元由變電站監(jiān)控后臺(tái)獲取部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其他監(jiān)測(cè)單元的傳感器裝置安裝在變壓器及其附件上，主要采集變壓器設(shè)備的關(guān)鍵參量數(shù)據(jù)。

變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行將引起多方面的效應(yīng)。因此，系統(tǒng)除采集實(shí)時(shí)計(jì)算數(shù)據(jù)外，還需要采集變壓器狀態(tài)數(shù)據(jù)信息才能保證過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的可靠性。環(huán)境監(jiān)測(cè)單元主要提供環(huán)境氣象數(shù)據(jù)。色譜微水、套管絕緣、鐵芯接地電流等監(jiān)測(cè)單元主要提供對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)信息。按照相關(guān)規(guī)程進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，狀態(tài)正常的可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)增容，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)排序作為優(yōu)先增容的建議。冷卻裝置及工況信息監(jiān)測(cè)單元?jiǎng)t主要提供變壓器設(shè)備的關(guān)鍵熱學(xué)參量數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集傳感器與信號(hào)處理子IED之間統(tǒng)一采用RS485通信接口，子IED對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行濾波處理與信號(hào)特征量提取，然后將處理后的數(shù)據(jù)上傳到主IED進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總與統(tǒng)一管理，IED之間的數(shù)據(jù)通信采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。主IED通過(guò)IEC 61850將匯總后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至動(dòng)態(tài)分析層的變電站在線監(jiān)測(cè)綜合處理單元，SCADA系統(tǒng)提供開關(guān)電流計(jì)算所需的功率數(shù)據(jù)，并且通過(guò)IEC 104通信協(xié)議直接與動(dòng)態(tài)分析層的變電站在線監(jiān)測(cè)綜合處理單元通信。站端將計(jì)算分析結(jié)果部分反饋給主IED進(jìn)行閉環(huán)控制，如變壓器散熱器風(fēng)扇及油泵的運(yùn)行控制。

3 動(dòng)態(tài)增容能力實(shí)時(shí)分析

3.1 動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程

動(dòng)態(tài)增容分析系統(tǒng)(圖2)主要對(duì)預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)(電壓、電流)、歷史數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合處理，此外，還需考慮其他因素，包括：附件運(yùn)行情況、外觀檢查情況、運(yùn)行年限、運(yùn)行環(huán)境、設(shè)備缺陷等[6]。主要以相關(guān)熱學(xué)模型的仿真計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，提出設(shè)備輸送容量或電流限額的參考值。對(duì)冷卻系統(tǒng)保留25%左右的余量，以及時(shí)應(yīng)對(duì)過(guò)負(fù)荷狀態(tài)下出現(xiàn)溫升過(guò)快的狀況。

調(diào)度結(jié)合輔助決策層變電設(shè)備過(guò)負(fù)荷能力預(yù)測(cè)模塊的信息及調(diào)度實(shí)際要求，決定是否進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備的過(guò)負(fù)荷操作。過(guò)負(fù)荷操作后，通過(guò)對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，周期性地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。如果系統(tǒng)安全性符合要求，則循環(huán)進(jìn)行動(dòng)態(tài)增容流程。

以變壓器事故和故障統(tǒng)計(jì)資料為基礎(chǔ)，分析變壓器可能的故障模式。對(duì)變壓器進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源分析，根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)失效可能性，將可能性劃分為極高，較高，一般，較低，極低5個(gè)等級(jí)。并根據(jù)《GB/T 1094.7—2008電力變壓器第7部分：油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》、《GB/T 15164 —1994油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》及相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)估算變壓器的壽命情況，并根據(jù)《電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)定》進(jìn)行危害辨識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，發(fā)布相關(guān)設(shè)備的過(guò)負(fù)荷能力數(shù)據(jù)信息及變壓器風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。如果通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)安全受到影響，則進(jìn)行減負(fù)荷策略評(píng)估，將策略發(fā)送至主站平臺(tái)，供調(diào)度決策。

3.2 過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

當(dāng)變壓器工作在正常周期性負(fù)載下，需要對(duì)影響負(fù)荷輸送的主變壓器、斷路器、隔離開關(guān)和電流互感器等設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)增容前/后的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以決定是否可以增加這些設(shè)備的負(fù)荷。

變壓器過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的前提條件是分析變壓器過(guò)負(fù)荷能力。在過(guò)負(fù)荷運(yùn)行允許的條件下，結(jié)合變壓器當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)、變壓器冷卻器運(yùn)行情況以及與變壓器相關(guān)聯(lián)的開關(guān)設(shè)備及線路電流分配核算情況，綜合分析變壓器設(shè)備過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)程度，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估算法流程如圖3所示。

圖2 動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程Fig.2 Implementation process of dynamic capacity-increase system

圖3 動(dòng)態(tài)增容風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估算法流程Fig.3 Risk assessment algorithm flow of dynamic capacity-increase

3.3 變壓器過(guò)負(fù)荷能力分析

當(dāng)變壓器工作在正常周期性負(fù)載工況下，如果風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果顯示變壓器以及相關(guān)設(shè)備增加負(fù)載前/后的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較低，則可以對(duì)變壓器進(jìn)行過(guò)負(fù)荷能力分析。

變壓器過(guò)負(fù)荷能力分析以當(dāng)前變壓器運(yùn)行狀況作為計(jì)算初始值，采用2種計(jì)算方式：(1)0.5 h內(nèi)變壓器運(yùn)行可承受的最大負(fù)載率；(2)在1.5倍過(guò)負(fù)荷狀態(tài)下變壓器可持續(xù)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。2種方法都采用繞組熱點(diǎn)溫度的最大上限值作為衡量準(zhǔn)則。預(yù)冷分析則模擬計(jì)算變壓器在當(dāng)前負(fù)載率的條件下，運(yùn)行一段時(shí)長(zhǎng)，變壓器的熱點(diǎn)溫度是否超過(guò)最大允許值，若超過(guò)則開啟風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)，否則保持當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。散熱器效率核算主要通過(guò)比較變壓器中層油在實(shí)際運(yùn)行中的等效熱阻與額定狀態(tài)下的等效熱阻來(lái)判斷散熱器是否工作良好。

變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估必須實(shí)時(shí)核算與變壓器相關(guān)聯(lián)的開關(guān)電流是否超過(guò)開關(guān)允許的上限電流值，核算采用線路的有功功率和無(wú)功功率作為電流分配模型的輸入值。由于站內(nèi)線路相互關(guān)聯(lián)，因此，一條線路的功率發(fā)生改變時(shí)，需要對(duì)所有相關(guān)聯(lián)的開關(guān)電流進(jìn)行重新匹配計(jì)算。根據(jù)簡(jiǎn)化后的開關(guān)電流分配模型計(jì)算各個(gè)開關(guān)的電流值，若某個(gè)開關(guān)的電流值超過(guò)上限值則認(rèn)為開關(guān)線路無(wú)法滿足變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行；反之，則允許。

變壓器當(dāng)前狀態(tài)評(píng)估是用來(lái)判斷變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)設(shè)備是否出現(xiàn)異常狀況，通過(guò)對(duì)變壓器油色譜數(shù)據(jù)、套管絕緣數(shù)據(jù)以及鐵芯接地電流數(shù)據(jù)等的監(jiān)測(cè)，綜合評(píng)價(jià)變壓器目前的運(yùn)行狀況是否正常。若某項(xiàng)狀態(tài)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常則應(yīng)停止過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。

變壓器過(guò)負(fù)荷能力估算流程如圖 4所示。

圖4 變壓器過(guò)載能力估算流程圖Fig.4 Estimating process of transformer overload capacity

根據(jù)導(dǎo)則GB/T 15164—1994和GB/T 1094.7—2008計(jì)算變壓器繞組熱點(diǎn)溫度，基于該熱點(diǎn)溫度計(jì)算出的允許過(guò)載時(shí)間為TO；根據(jù)變壓器熱路模型法計(jì)算變壓器繞組熱點(diǎn)溫度，基于該熱點(diǎn)溫度計(jì)算出的允許過(guò)載時(shí)間為TW；T2為根據(jù)熱路模型法計(jì)算的變壓器附件(如套管接頭、接線柱等)的允許過(guò)載時(shí)間。

3.4 變壓器繞組熱點(diǎn)溫度及熱特性原理

變壓器內(nèi)部溫度的異常升高是變壓器老化、運(yùn)行壽命縮短、發(fā)生故障最主要的因素[7-8]。而繞組熱點(diǎn)溫度是衡量變壓器內(nèi)部溫度變化的主要指標(biāo)，為變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的可持續(xù)性提供重要的參考依據(jù)。

為了計(jì)算變壓器最熱點(diǎn)溫度，對(duì)油浸式變壓器的熱特性進(jìn)行如下假設(shè)：(1)油箱內(nèi)的油溫從底部到頂部，是線性分布的；(2)繞組任何位置的溫升，由下至上也是線性分布的，并與油溫線平行，兩平行線之間的差值為用電阻法測(cè)出的繞組平均溫升和油平均溫升的差，取常數(shù)gr；(3)考慮到雜散損耗的影響，繞組最熱點(diǎn)溫升比繞組頂部平均溫升高H·gr，其中H為變壓器熱點(diǎn)系數(shù)，取1.3，如圖5所示。

圖5 變壓器沿繞組高度的溫度分布Fig.5 Transformer temperature distribution with winding height

變壓器負(fù)載導(dǎo)則GB/T 15164—1994和GB/T 1094.7—2008是基于變壓器頂層油溫的變化來(lái)計(jì)算熱點(diǎn)溫度，在穩(wěn)態(tài)條件下能夠得到較為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，但是在變壓器暫態(tài)過(guò)載條件下計(jì)算結(jié)果并不十分準(zhǔn)確，因此本系統(tǒng)考慮變壓器繞組熱點(diǎn)溫度變化的暫態(tài)過(guò)程，采用熱路模型法進(jìn)行計(jì)算。建立一個(gè)基于變壓器中層油溫的等效熱路模型，采用3個(gè)分別表征熱點(diǎn)溫度的子模型進(jìn)行分步計(jì)算。根據(jù)變壓器的熱學(xué)參數(shù)推導(dǎo)出如下計(jì)算公式[9-10]：

(1)

(2)

(3)

式中：upu為隨溫度變化的油流粘度函數(shù)；θmor為額定容量下中層油溫對(duì)環(huán)境溫度的溫升；R為當(dāng)前負(fù)載下銅損與空損比；Rr為額定下銅損與空損比；K為當(dāng)前負(fù)荷電流與額定電流比；Psun為光照功率；Pfe為鐵損；Camb為整個(gè)變壓器的熱容；n為常數(shù)，經(jīng)驗(yàn)取值0.8；T為2次采樣的時(shí)間間隔，min；θI1為第1次采樣的頂層油溫；θI2為第2次采樣的頂層油溫；θmoil1為對(duì)應(yīng)θI1計(jì)算出的中層油溫；θmoil2為對(duì)應(yīng)θI2計(jì)算出的中層油溫；θamb1和θamb2為環(huán)境溫度數(shù)據(jù)；θmoil為中層油溫；θIr為額定容量下頂層油溫對(duì)中層油溫的溫升；θhr為額定容量下熱點(diǎn)溫度對(duì)頂層油溫的溫升；Cmoil為除變壓器外殼體外剩余部分的熱容；Chs為繞組的熱容；Ramb、Rmoil、Rhs分別為額定容量下相對(duì)應(yīng)的熱電阻；θh1為對(duì)應(yīng)θI1計(jì)算出的熱點(diǎn)溫度；θh2為對(duì)應(yīng)θI2計(jì)算出的熱點(diǎn)溫度。

3.5 開關(guān)設(shè)備動(dòng)態(tài)增容能力校核

在過(guò)負(fù)荷工況前，先以就地監(jiān)測(cè)層開關(guān)增容參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊提供的電流監(jiān)測(cè)參量為輸入量對(duì)開關(guān)電流分配模型進(jìn)行驗(yàn)證，再以驗(yàn)證過(guò)的模型校核主變壓器最嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷情況下相關(guān)開關(guān)設(shè)備電流的分配情況，并判斷是否超過(guò)允許的范圍。在過(guò)負(fù)荷工況后，立即檢查斷路器的氣體壓力是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求[11]。

4 分析結(jié)果

為驗(yàn)證變電設(shè)備動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)中所用模型和算法的準(zhǔn)確性和可靠性，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)現(xiàn)有的某500 kV變電站1號(hào)主變進(jìn)行過(guò)負(fù)載能力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與導(dǎo)則GB/T 1094.7—2008中的值進(jìn)行對(duì)比。

4.1 變壓器相關(guān)指標(biāo)參數(shù)

冷卻方式：油浸風(fēng)冷(ONAF)

頂層油溫升(相對(duì)于環(huán)境溫度)：38.3 K

負(fù)載損耗與空載損耗比率R：1 000

油溫指數(shù)x：0.8

繞組溫度指數(shù)y：1.3

熱模型常數(shù)k11：0.5

熱模型常數(shù)k21：3.0

熱模型常數(shù)k22：2.0

熱點(diǎn)系數(shù)H：1.3

額定電流下繞組平均溫度對(duì)油平均溫度梯度gr：14.5 K

繞組時(shí)間常數(shù)w：7 min

油的時(shí)間常數(shù)o：150 min

4.2 實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果

變壓器運(yùn)行時(shí)間及負(fù)載率分布如表1所示。通過(guò)本系統(tǒng)計(jì)算的各階段分析結(jié)果如表2所示，1.5倍負(fù)載率可運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為600 min，若可運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)大于600 min，則循環(huán)計(jì)算結(jié)束。

表1 變壓器運(yùn)行時(shí)間及負(fù)載率分布

Table 1 Transformer operation time and load rate distribution

注：當(dāng)前環(huán)境溫度為25.6 ℃，初始頂層油溫為38.3 ℃。

表2 變壓器各運(yùn)行階段的溫度變化

Table 2 Transformer temperature trend on operation stages

注：最大負(fù)載率為半小時(shí)可運(yùn)行最大負(fù)載率；1.5倍負(fù)載率可運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為600 min。

圖6為導(dǎo)則中頂層油溫?cái)?shù)據(jù)值與本程序計(jì)算結(jié)果，圖7為導(dǎo)則中熱點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)值與本程序計(jì)算結(jié)果。由圖6、7可知導(dǎo)則中的數(shù)據(jù)與本文計(jì)算結(jié)果吻合度較高，表明變電設(shè)備動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)中所用模型和算法準(zhǔn)確、可靠。

5 結(jié) 語(yǔ)

變電設(shè)備動(dòng)態(tài)增容技術(shù)可以為電網(wǎng)的系統(tǒng)安全提供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)分析依據(jù)，較好地解決了變電設(shè)備限制電網(wǎng)輸送能力的瓶頸問題；為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員提供在線調(diào)度運(yùn)行指導(dǎo)數(shù)據(jù)，及時(shí)為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行安排負(fù)荷限額提供有力的輔助決策支持，最大限度地提高電網(wǎng)變電容量限額和電網(wǎng)輸送能力。該技術(shù)的推廣應(yīng)用必將在提高電網(wǎng)輸送能力及容量限額、穩(wěn)定運(yùn)行水平中發(fā)揮積極的作用，從而確保電網(wǎng)安全。

圖6 頂層油溫對(duì)比圖Fig.6 Comparison of top oil temperature

圖7 熱點(diǎn)油溫對(duì)比圖Fig.7 Comparison of hot oil temperature

[1]凌平,金珩,錢之銀.提高輸電線路輸送容量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)增容技術(shù)的研究[J].中國(guó)電力,2007,40(1):44-47. Ling Ping, Jin Heng, Qian Zhiyin. Research on improving the transmitting capacity of transmission line based on dynamic monitoring[J].Electric Power,2007,40(1):44-47.

[2]彭向陽(yáng),周華敏,鄭曉光,等.架空送電線路特殊增容運(yùn)行研究[J].中國(guó)電力,2010,43(1)：40-42. Peng Xiangyang, Zhou Huamin, Zheng Xiaoguang,et al.Study on raising transmission capability of overhead transmission line in special operation condition[J].Electric Power,2010,43(1)：40-42.

[3]呂澤承，鄧雨榮，張煒，等.基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的在線監(jiān)測(cè)綜合處理單元與主站平臺(tái)通信技術(shù)[J]南方電網(wǎng)技術(shù)，2013,7(6):36-40. Lü Zecheng, Deng Yurong, Zhang Wei,et al. The technology on communication between integrated processing unit of online monitoring system and master station platform online monitoring system based on IEC 61850 [J]. Southern Power System Technology, 2013,7(6):36-40.

[4]凌平,黃華.變電設(shè)備動(dòng)態(tài)增容方案設(shè)計(jì)研究[J].華東電力，2011，39(11):1799-1802. Ling Ping，Huang Hua. Research on variable dynamic capacity plan design of electric equipments[J]. East China Electric Power，2011,39(11):1799-1802.

[5]張燕.淺談變壓器增容改造及應(yīng)用[J].科技資訊，2007(3):50-50.

[6]朱卓城.基于變配電房增容改造的變壓器選配及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[J].電力需求側(cè)管理，2010，13(1):57-58. Zhu Zhuocheng. Transformer selection and economic operation based on transformation and distribution room uprating reconstruction[J]. Power Demand Side Management, 2010,13(1):57-58.

[7]李運(yùn)德.變電所增容對(duì)主變壓器的選擇[J].農(nóng)村電工,2005，13(2):28-28.

[8]劉永波，向小民，范開明.計(jì)及經(jīng)濟(jì)效益的系統(tǒng)主變壓器節(jié)能增容改造分析研究[J]. 陜西電力，2012，40(9)：51-53. Liu Yongbo, Xiang Xiaoming, Fan Kaiming. Analysis and research on energy saving and capacity increase reform of system main transformer considering economic benefits[J]. Shaanxi Electric Power, 2012,40(9):51-53[9]江淘莎，李劍，陳偉根，等.油浸式變壓器繞組熱點(diǎn)溫度計(jì)算的熱路模型[J].高電壓技術(shù)，2009，35(7):1635-1640. Jiang Taosha, Li Jian, Chen Weigen, et al. Thermal model for hot spot temperature calculation in oil-immersed transformers[J]. High Voltage Engineering, 2009, 35(7):1365-1640.

[10]范聞博，韓篩根.有載調(diào)容變壓器安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011, 35(18):98-107. Fan Wenbo, Han Shaigen. A control strategy for secure and economic operation of on-load capacity regulating transformer[J]. Automation of Electric Power System, 2011, 35(18):98-107.

[11]謝幸生.變壓器增容加固改造概論[J].高電壓技術(shù)，2004，30(136):120-123. Xie Xingsheng. Summerization on power transformer’s reconstruction involving increasing capacity and being reinforced[J]. High Voltage Engineering, 30(136):120-123.

張 煒(1983)，男，高級(jí)工程師，從事電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方面研究；

梁俊斌(1979)，男，在站博士后，副教授，從事電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方面研究；

呂澤承(1972)，男，高級(jí)工程師，從事電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方面研究。

(編輯：張小飛)

Design and Implementation of Substation Equipment Dynamic Capacity-Increase System

WU Qiuli, DENG Yurong, ZHANG Wei, LIANG Junbin, LYU Zecheng

(Guangxi Electric Power Company Electric Power Science Research Institute, Nanning 530023, China)

As for new bottleneck to limit the transmission capacity of power grid caused by equipment’s capacity in substation, the dynamic capacity-increase technology of substation equipments were studied, and the dynamic capacity-increase system was designed for substation equipments. Through collecting condition monitoring parameters such as the temperature and current of transformer, this paper calculated the load capacity of transformer according to the ‘Guide for Oil Immersed Power Transformer Load’ (GB/T 1094.7) and the thermal equivalent circuit model of transformer. Then, the load capacities of circuit breaker, transformer and isolating switch in substation circuit after overload were checked by using current shunt algorithm. Combined with the operation mode of power grid and the risk assessment value, the running state and capacity-increase ability of substation equipment were analyzed and estimated. The pilot application shows that the calculation results of the system can provide a scientific basis for the operation of scheduling personnel.

dynamic capacity-increase; overload; hot-spot temperature; thermal circuit model; condition monitoring

南方電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(K-GX2011-013、K-GX2015-002)。

TM 63

A

1000-7229(2015)05-0066-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.05.011

2015-02-27

2015-03-30

吳秋莉(1985)，女，通信作者，助理工程師，從事電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方面研究；

鄧雨榮(1965)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方面研究；