智能变压器的初步设计方案.doc

智能变压器的初步设计方案 实习生 王大江 注：本文是在充分了解智能变压器发展现状的基础上，结合自己的专业知识与实践经验 ，阐述了我对智能变压器的理解，并提出了智能变压器的初步设计方案。由于时间仓促 ，经验不足，不当之处，敬请批评指正。 一、智能电网的发展趋势与智能变压器的定义 在电力设备的运行过程中，电力部门可以获得电网的运行信息(电压、电流、功率等 )和设备的保护信息，通称为二次信号。而对于设备本体的工作状况(称为一次信号)如套 管介损、铁芯电流、油中气体、局部放电、油中微水、热点温度、绕组变形等，虽然也 逐渐发展起来了一些参数的在线监测技术，部分解决了停电试验的缺点，但仍存在诸如 检测参数不全、各家自成系统、相互兼容性差、不能统筹考虑、有时需要改动设备而实 施困难等缺点，并且还不能保证全面、实时的反映设备的运行状况，缺乏相应的标准， 造成了很大的混乱。 随着电力系统对智能化和运行可靠性要求的提高，以及计算机、传感和通信技术的飞 速发展，这给电力设备制造商和电力系统运行部门提出了要求，也提供了机遇。如能在 设计、制造设备的时候就为其配备各种数字化接口(能够反映设备所有的一次和二次信息 )，使其成为设备的一部分，使设备具备自身状态诊断和评估的功能，可提高设备的可靠 性，也可提高产品的技术附加值。 鉴于此，本人认为未来智能电网的发展格局为: （1）电力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，首先实现电力设备单元的智能化。 （2）电力运行部门基于各电气元件的数字化信息以及电网的运行信息，应能完成电力 系统及其设备的综合管理和监控，实现传统意义上"一次"和"二次"系统的融合。 智能变压器作为电力系统中最重要的电力设备之一，智能电网的发展趋势决定了智能 变压器的定义和功能： 智能变压器应能提供各种参数的数字化接口，使其具备自身状态信息管理、诊断、评 估和控制的功能。 根据国家标准，智能变压器应提供如表1所示参数的数字化接口。 "一次信号 "二次信号 " "局部放电 "运行电压 " "油中溶解气体 "负荷电流 " "油中水分 "运行功率 " "绕组热点温度 "分接位置 " "顶层油温 "冷却器状态 " "铁芯接地电流 "环境温度 " "套管绝缘性能 " " 表1 根据智能变压器的定义，本人认为，智能变压器作为新的产品， 既要面向市场，又要保证产品的高技术含量，建议其开发过程应分两步走的战略： （1）一期产品：仅提供各种参数的数字化接口，实现自身状态信息的显示与管理。 功能如图1所示： 图1 一期产品功能 理由如下： 1、在当今在线参数检测存在的诸如检测参数不全、各家自成系统、相互兼容性差、 不能统筹考虑、有时需要改动设备而实施困难等缺点的状况，本产品能与各厂家与后期 产品的开发保持最大的兼容性。 2、相关技术已经成熟，易于短期实现，立即投入市场，夺得先机。 3、为二期产品的开发打下基础，同时保持向下兼容的特点。 （2）二期产品：二期产品是真正意义上的智能变压器系统，不但能够实现自身状态 信息的显示与管理，还应具备变压器智能诊断专家系统，为用户的决策提供依据。智能 专家系统可通过模糊论、神经网络等人工智能的方法来实现。具体功能如图2示 图2 二期产品功能 二、智能变压器一期产品的初步设计方案 1、传感器选择与布置方案 各参数测量传感器的选择在新变厂《智能变压器方案》中已有介绍，如图3 所示，在此不再赘述。 但要强调的是，所有传感器均在高电场高磁场的环境下工作，因此，对传感器的抗干 扰性要求异常重要。 2、系统前台单元设计 （1）数据采集方案的选择 上述选用的传感器有些是模拟量输出，有些是智能型采集单元，有时还需要将完整的 系统作为传感器，因此采用多种采集方式并存的形式是比较合适的，如图4所示。 图4 多种方式数据采集 本方案拟采用DSP作为中央处理模块，实现数据采集控制和数据初步处理的功能;智能 化变压器的前台单元界面与上位机通信，形成完全开放的数据通信方式. （2）在线检测操作前台的设计 数据采集程序是变压器在线监测系统软件设计中的一个重要环节，包括采样控制、现 场显示和部分的数据计算功能。通常的数据采集程序功能单一，且现场调试比较复杂。 在构建采集系统的过程中可以采用虚拟仪器技术，将数据采集程序的各种功能集于一身 。前台系统的显示界面如图5所示。 图5 前台系统的显示界面 现场界面可显示系统采集卡的工作状态、变压器运行参数及实时波形和状态参数等。 （3）后台专家诊断单元的设计 系统的上位机位于变电站的主控室中，其界面如图6所示，可显示变压器的运行参数 、状态参数以及系统运行状态等。 图6 后台专家诊断单元 系统可采用曲线和报表两种格式显示打印测量到的变压器运行参数和状态参数，并可 实现状态评估功能 智能变压器的初步设计方案是针对当前电力系统中对设备智能化需求的回应。随着智能电网的发展，电力设备需要具备更高级的功能，如自我诊断、状态评估和控制。智能变压器作为电力系统的关键组成部分，其定义包含了能够提供全面、实时的设备运行状态信息，通过数字化接口实现一次和二次信号的整合管理。 智能变压器的初步设计方案分为两个阶段。一期产品主要目标是提供数字化接口，展示和管理设备状态信息，解决现有在线监测技术的局限，如参数不全、系统不兼容等问题。这一阶段利用已成熟的技术，快速进入市场，为后续产品开发奠定基础。二期产品则进一步升级，不仅展示和管理状态信息，还集成智能诊断专家系统，利用人工智能技术如模糊逻辑和神经网络，为用户提供决策支持。 在设计智能变压器时，传感器的选择和布置是关键。由于工作环境恶劣，传感器需具备高抗干扰性。数据采集方案采用混合方式，适应不同类型的传感器，采用数字信号处理器（DSP）作为核心，实现数据采集和初步处理。数据采集程序和前端界面设计采用虚拟仪器技术，简化现场调试，提供直观的实时状态显示。后台专家诊断单元则位于变电站主控室，提供详细的运行参数、状态参数显示，并具备状态评估功能。 智能变压器的实现不仅是技术上的挑战，也是标准化和兼容性的考验。未来的智能电网将推动设备智能化，促进一次和二次系统的融合，提高电力系统的可靠性和效率。智能变压器作为这一进程的重要参与者，其设计和开发对于整个电力行业的发展具有深远影响。