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 随着全球电力需求的不断增长和电力系统现代化的迫切要求，智能化已成为电力设备发展的必然趋势。智能变压器作为电力系统中的核心设备，其在智能化进程中的地位尤为关键。为响应这一需求，王大江实习生提出了智能变压器的初步设计方案，旨在实现变压器的智能化升级，提升电网的稳定性和效率。 在这一方案中，王大江首先概述了智能电网的发展趋势以及智能变压器的定义。智能变压器不仅应具备常规的电压、电流和功率等二次信号的监测，还应能够在线监测设备本体的工作状况，包括套管介损、铁芯电流等一次信号。然而，现有的在线监测技术存在检测参数不全、系统兼容性差等问题。因此，方案提出智能变压器应具备自身状态信息的管理和诊断功能，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。一期产品主要提供数字化接口，实现自身状态信息的显示与管理，这有助于解决现有技术的不足，并为二期产品的开发打下基础。二期产品则将进一步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。 在一期产品的设计中，传感器的选择和布置至关重要，因为它们将在高电场高磁场的环境下工作，所以对传感器的抗干扰性有很高的要求。数据采集方案采用混合方式，包括模拟量输出和智能型采集单元，利用数字信号处理器（DSP）作为中央处理模块，实现数据采集控制和初步处理功能。 系统前台单元设计包括在线检测操作前台和后台专家诊断单元。前台系统采用虚拟仪器技术，实现数据采集程序的各种功能，并提供直观的实时状态显示。后台专家诊断单元则负责展示变压器的运行参数、状态参数及系统运行状态，具备状态评估功能，为变压器的健康管理提供决策支持。 智能变压器的实现对于电力系统而言具有重要的意义。它不仅能够提升设备的可靠性，增加产品的技术附加值，还能够帮助电力运行部门基于电气元件的数字化信息和电网的运行信息完成电力系统的综合管理和监控。这将有助于实现传统意义上"一次"和"二次"系统的融合，推动电力行业的持续进步。 在智能化的浪潮中，智能变压器的设计和开发是电力行业的一场革命。随着技术的不断进步和标准化工作的深入，我们可以预见，未来的智能变压器将极大地提升电力系统的稳定性和运行效率，为社会的可持续发展提供强有力的支持。