智能型配電變壓器技術(shù)及其應(yīng)用

摘要：介紹了智能型配電變壓器技術(shù)及其功能，如在線檢測、故障控制（包括過負(fù)荷、過電壓、缺相欠壓、油頂層溫度等），以及應(yīng)用情況。指出了其目前存在的問題，如直接停運(yùn)時可能會失去控制，采用GSM通信方式時需網(wǎng)絡(luò)支持等。 關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；智能型配電變壓器；供用電近年來，配電變壓器產(chǎn)品得到了較大發(fā)展，從S7、S9型到目前應(yīng)用最廣的S11型，現(xiàn)在又出現(xiàn)了S13型配電變壓器，其損耗，尤其是空載損耗值在不斷下降。噪聲水平也在降低。在傳統(tǒng)配電變壓器基礎(chǔ)上開發(fā)智能型配電變壓器是今后的發(fā)展方向。
　　 1智能型配電變壓器技術(shù)
　　智能型配電變壓器是在傳統(tǒng)配電變壓器的基礎(chǔ)上整合功能先進(jìn)的智能化模塊而成的，它使傳統(tǒng)配電變壓器的功能得到大大提升。該技術(shù)產(chǎn)品既可提高變壓器的可靠性，又可提高用戶用電設(shè)備的安全性，且方便了電力部門的預(yù)付費(fèi)、復(fù)費(fèi)率用電、防竊電管理。
　　與傳統(tǒng)的配電變壓器相比較，智能型配電變壓器具有在線檢測、故障控制、防竊電、遠(yuǎn)程抄表、預(yù)付費(fèi)及復(fù)費(fèi)率用電管理、后臺監(jiān)控管理等功能。二者之間的比較列于表1。通過表1可以看出，智能型配電變壓器實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)變壓器所不能實(shí)現(xiàn)的很多功能，真正實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的自動化、智能化。

　　 表1智能型配電變壓器與傳統(tǒng)的配電變壓器比較　　
　　
　　
　　 項目
　　 傳統(tǒng)配電變壓器
　　 智能型配電變壓器
　　
　　 在線檢測
　　 無法實(shí)現(xiàn)
　　 通過手機(jī)和監(jiān)控微機(jī)發(fā)送指令，即可實(shí)時讀取其運(yùn)行中的電壓、電流、有功、無功、負(fù)荷率等各種數(shù)據(jù)
　　
　　 故障控制
　　 無法實(shí)現(xiàn)
　　 可對過負(fù)荷、缺相欠壓、過電壓、溫度過高等進(jìn)行有效控制，并發(fā)出報警信號或跳閘斷電
　　
　　 防竊電保護(hù)
　　 無法報警
　　 當(dāng)變壓器及導(dǎo)線被盜，或竊電打開控制箱時，控制系統(tǒng)會向電管員發(fā)出報警信號
　　
　　 遠(yuǎn)程抄表、預(yù)付費(fèi)及復(fù)費(fèi)率
　　 眾多終端用戶分別計量，費(fèi)力費(fèi)時，費(fèi)用高，且無法實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)及復(fù)費(fèi)率管理
　　 利用手機(jī)或后臺管理計算機(jī)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，分時段記費(fèi)，方便，省時省錢
　　
　　 后臺監(jiān)控
　　 無此功能
　　 利用安裝在計算機(jī)上的后臺管理軟件可實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)采集處理，并可對變壓器進(jìn)行控制
　　
　　
　　 圖1智能型配電變壓器原理框圖
　　
　　該產(chǎn)品將現(xiàn)代移動通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合，形成了機(jī)電一體化的智能產(chǎn)品。其工作原理如圖1所示。三相四線電壓、電流通過電能芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并與單板機(jī)通信，在內(nèi)部對這些參數(shù)進(jìn)行計算、判斷，當(dāng)發(fā)生過壓或過流、缺相、短路、超溫等情況時，單板機(jī)對信號進(jìn)行處理，和GSM手機(jī)通信，發(fā)出相應(yīng)的GSM中文短信到設(shè)定的手機(jī)。當(dāng)手機(jī)板收到超負(fù)荷命令時，把三相電壓、電流、油溫、電度表電量數(shù)以短信方式發(fā)給請求方。當(dāng)手機(jī)板收到跳、合閘命令時，動作于大容量接觸器以切斷/接通低壓負(fù)荷。單板機(jī)通過RS485接口可以方便地和外部設(shè)備連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。220V電源經(jīng)小變壓器輸出+5V作為手機(jī)板備用電池的充電電源。可見，利用手機(jī)實(shí)現(xiàn)了對變壓器的移動式遙測和遙控。
　　該裝置配套的后臺PC機(jī)管理軟件，包含遠(yuǎn)程抄表管理子系統(tǒng)、電費(fèi)預(yù)付費(fèi)管理子系統(tǒng)（含復(fù)費(fèi)率管理）、運(yùn)行負(fù)荷監(jiān)控管理子系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)度管理子系統(tǒng)等模塊，各子系統(tǒng)均有獨(dú)立的數(shù)據(jù)分析和報表打印功能，用戶使用很方便。這些軟件既可組合在一起運(yùn)行，也可單獨(dú)地在不同的PC機(jī)上運(yùn)行，靈活性高，維護(hù)方便。
　　 2智能型配電變壓器的功能
　　（1）在線檢測功能。通過手機(jī)和監(jiān)控微機(jī)檢測在線運(yùn)行變壓器的負(fù)荷情況和有關(guān)數(shù)據(jù)，如輸出電流和電壓、變壓器油頂層溫度、用電量等，并可隨時調(diào)取變壓器任一時段的各項運(yùn)行參數(shù)。
　　（2）故障控制。故障控制主要有過負(fù)荷控制、斷電控制、缺相欠壓控制、過電壓控制、油頂層溫度控制等。①過負(fù)荷控制。變壓器允許正常過負(fù)荷，具體控制時間列于表2。過載時變壓器可自動切斷輸出。在切斷輸出前10min報警，并將信息發(fā)送到管理人員手機(jī)上，提醒及時調(diào)整負(fù)荷，以達(dá)到限流、限容的目的；切斷輸出后間隔1min自動恢復(fù)投入，在連續(xù)恢復(fù)3次自動投合后，將不再自動投合；若未能合上，則待管理人員處理后經(jīng)人工指令合閘，恢復(fù)正常負(fù)荷和原控制程序。當(dāng)一相發(fā)生過負(fù)荷時同樣可以實(shí)施控制，以保證三相輸出的相對平衡。②斷電控制。當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)停電后恢復(fù)供電時，控制系統(tǒng)自動合閘投入正常運(yùn)行。③缺相欠壓控制。當(dāng)缺相或欠壓（包括單相欠壓），且低于額定電壓75%時予以報警切斷，可有效保護(hù)用電設(shè)施的安全使用。④過電壓控制。當(dāng)電壓超過額定電壓20%時，予以報警提請管理人員處理。⑤油頂層溫度控制。油頂層溫度達(dá)到85
　　℃時發(fā)15min報警；當(dāng)達(dá)95℃時則自動切斷；當(dāng)油頂層溫度降至85℃以下時可恢復(fù)投運(yùn)。這樣可提高變壓器的使用壽命。
　　 表2油浸自然循環(huán)冷卻變壓器過載允許運(yùn)行時間
　　
　　
　　
　　 實(shí)際負(fù)荷與額
　　定負(fù)荷的比值
　　 過載前不同頂層油溫升下的持續(xù)時間/h-min
　　
　　 18℃
　　 24℃
　　 30℃
　　 36℃
　　 42℃
　　 48℃
　　
　　 1.0
　　 持續(xù)
　　運(yùn)行
　　 持續(xù)
　　運(yùn)行
　　 持續(xù)
　　運(yùn)行
　　 持續(xù)
　　運(yùn)行
　　 持續(xù)
　　運(yùn)行
　　 持續(xù)
　　運(yùn)行
　　
　　 1.05
　　 5-50
　　 5-25
　　 4-50
　　 4-0
　　 3-0
　　 1-30
　　
　　 1.10
　　 3-50
　　 3-25
　　 2-50
　　 2-10
　　 1-25
　　 0-10
　　
　　 1.15
　　 2-50
　　 2-25
　　 1-50
　　 1-20
　　 0-35
　　 —
　　
　　 1.20
　　 2-50
　　 1-40
　　 1-15
　　 0-45
　　 —
　　 —
　　
　　 1.25
　　 1-35
　　 1-15
　　 0-50
　　 0-25
　　 —
　　 —
　　
　　 1.30
　　 1-10
　　 0-50
　　 0-30
　　 —
　　 —
　　 —
　　
　　 1.35
　　 0-55
　　 0-35
　　 0-15
　　 —
　　 —
　　 —
　　
　　 1.40
　　 0-40
　　 0-25
　　 —
　　 —
　　 —
　　 —
　　
　　 1.45
　　 0-25
　　 0-10
　　 —
　　 —
　　 —
　　 —
　　
　　 1.50
　　 0-15
　　 —
　　 —
　　 —
　　 —
　　 —
　　
　　 （3）防盜、防竊電功能。當(dāng)變壓器及導(dǎo)線被盜時，控制系統(tǒng)向管理人員發(fā)出信號遠(yuǎn)程報警。變壓器輸出端子設(shè)在控制箱內(nèi)，當(dāng)竊電者打開控制箱時，同時發(fā)出信號報警。這樣可有效地解決電力設(shè)備和電能被盜竊的問題。
　　（4）遠(yuǎn)程抄表、復(fù)費(fèi)率管理功能。利用GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)，用手機(jī)或計算機(jī)對遠(yuǎn)方電能表進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)，并能實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)和復(fù)費(fèi)率管理。預(yù)付費(fèi)管理可解決電費(fèi)拖欠問題。復(fù)費(fèi)率管理是通過后臺微機(jī)的一個指令實(shí)現(xiàn)的，它可同時改變所在運(yùn)行表的費(fèi)率及時段。該功能能使供用雙方隨時查詢電費(fèi)余額。
　　（5）后臺監(jiān)控管理功能。后臺監(jiān)控管理由后臺管理軟件實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)監(jiān)控軟件與智能型配電變壓器配套可對其進(jìn)行監(jiān)控記錄及預(yù)付費(fèi)和復(fù)費(fèi)率用電管理。該軟件也具有客戶信息管理，變壓器檔案維護(hù)，變壓器工作運(yùn)行情況控制，變壓器工作情況記錄以及查詢、報警、遠(yuǎn)程抄表等功能。這樣可使供電部門對所屬變壓器進(jìn)行有效控制。
　　（6）可擴(kuò)充性。在現(xiàn)有配電變壓器的基礎(chǔ)上很容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)充。
　　（7）通信方式可眩對多種通信方式，如GSM方式、直接光纖或通信電纜方式等進(jìn)行選擇。
　　 3結(jié)束語
　　智能型配電變壓器主要存在以下問題：①配電變壓器在長時間停電的情況下，備用電池的電量會耗盡，從而失去控制；②采用GSM方式通信，需要網(wǎng)絡(luò)支持。

　　2004年3月24日，平頂山電業(yè)局和南陽萬方電力設(shè)備有限公司聯(lián)合開發(fā)研制成功了ZN-I型智能控制箱，經(jīng)過嚴(yán)格的驗(yàn)收和一年多時間的現(xiàn)場運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)該型智能控制箱遠(yuǎn)抄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、遙控斷合動作正確、系統(tǒng)運(yùn)行可靠，具有極大的實(shí)用性和技術(shù)先進(jìn)性。
　　智能型配電變壓器的推廣應(yīng)用，將大大提高我國配電網(wǎng)的自動化程度，提高配電變壓器的運(yùn)行壽命，減少變壓器的維護(hù)次數(shù)及維修費(fèi)用。另外，該產(chǎn)品在出現(xiàn)故障時可進(jìn)行自動控制并及時將故障原因信息發(fā)送至管理人員，因此可減少因事故造成的停電時間，提高了城鄉(xiāng)居民的用電可靠性。
　　 4參考文獻(xiàn)
　　［1］朱英浩.配電變壓器發(fā)展的新趨勢.電工技術(shù),2003,(3).