智能電網的發展和建設是一項系統工程,涉及諸多學科和行業,同時,智能電網沒有現成的經驗可供借鑒,必須堅持自主創新。因此,智能電網將會極大地提高我國電力工業及相關產業諸如變壓器制造業的整體技術水平和創新能力。

智能電網具有堅強、自愈、兼容、經濟、集成和優化等特征,同時具有信息化、自動化和互動化等技術特征。堅強智能電網基本架構如圖 1 所示,其技術體系包含電網基礎體系、技術支撐體系、智能應用體系和標準規范體系。電網基礎體系是電網系統的物質載體,是實現堅強電網的重要基礎。技術支撐體系是指先進的通信、信息和控制等應用技術,是實現智能化的基礎。

智能應用體系是保障電網安全、經濟和高效運行,最大效率利用能源和社會資源,提供用戶增值服務的具體體現。標準規范體系是指技術、管理方面的標準、規范、試驗、認證和評估體系,是建設堅強智能電網的制度保障。

智能化變電站對變壓器的要求。智能化變電站基本機構可分為站控層、間隔層和過程層。電力變壓器是過程層中最重要的高壓設備之一,由于其事故率高,故障影響大,對電網可靠性有較大影響。電力變壓器也是結構最復雜,故障原因最復雜的電網設備。電力變壓器在運行中有不少需要監測的參數,如負荷、油溫、油位、油中氣體和開關分接位置等;也有一些需要控制的部件,如冷卻系統、有載調壓系統等。綜合這些因素可以看出,電力變壓器具有智能化價值,是高壓設備智能化重要設備之一。

智能化變壓器配置。智能化變壓器配置以及解決方案智能化變壓器的構成包括變壓器本體,內置或外置于變壓器本體的傳感器和控制器,實現對變壓器進行測量、控制、計量、監測和保護的智能組件。變壓器的冷卻器控制器和有載分接開關控制器應具有可連接智能組件的接口,并可以響應智能組件的控制。變壓器的狀態監測主要包括局部放電監測、油中溶解氣體監測、繞組光纖測溫、侵入波監測、變壓器振動波譜和噪聲等。

提供主油箱頂層和底部油溫度的測量,可判斷變壓器是否過熱,冷卻裝置運行是否異常。采集來自氣體繼電器節點信息和壓力釋放閥狀態信號,用于檢測是否由于內部故障產生嚴重放電或短路。智能變壓器的測量功能還應包括各側負荷電流及中性點電流測量,其主要作用應用于保護和狀態量。智能變壓器的測量功能還應包括各側負荷電流及中性點電流測量，其主要作用應用于保護和狀態感知。

智能變壓器的控制功能。變壓器各側電流和環境溫度可對變壓器進行發熱故障原因判斷和溫度預測,變壓器各側電壓則用于監控是否有過勵磁狀況發生。對于有載分接開關控制系統,開關分接位置、變壓器各側電流及變壓器各側電壓均用于控制參考量,分接開關運行狀態則用于智能控制。智能化變壓器測控單元的配置基于變壓器本體測控參量,通過Modbus 通信協議將本體控制箱與智能控制柜中的測控單元IED進行連接。智能化變壓器測控單元IED的主要功能是接受來自間隔層或站控層的命令,對PLC通過串口通信進行協議轉換,不僅可以向間隔層或站控層發送數據,還可以有效地對數據進行存儲,圖3給出了智能化變壓器測控單元的基本結構。

智能化變壓器的監測功能。智能化變壓器的局部放電在線監測一般用于500kV級以上的變壓器，所采用的局部放電監測技術具有良好的抗電暈干擾能力，可監測的視在放電量一般可控制在500~5000pC。局部放電監測原理基于特高頻的全頻帶動態掃頻檢測技術,使用特高頻傳感器可做到輸出阻抗自動平衡,不需阻抗變換器,可以帶電檢修,同時采用四通道高速同步采樣、復合除噪技術和自動閾值小波除噪技術等。智能變壓器的監測功能還包括氣體聚集量(輕瓦斯)、主油箱底部油溫、電容式套管電容量、套管介質損耗因數以及用于500kV變壓器的振動波譜和噪聲的正常指紋等項目。其中,振動波譜和噪聲應提供變壓器故障或缺陷時的特征指紋,并提供相應指紋分析技術,傳感器位置、監測頻率及靈敏度等應滿足監測要求,監測頻率大致在0.1~20kHz,最小可測量≤0.001 G。

智能化變壓器的保護功能。110 kV 變壓器電量保護建議按雙套配置,采用主、后備保護一體化配置。220 kV 及以上變壓器電量保護按雙重化配置,每套保護包含完整的主、后備保護功能。變壓器保護直接采樣,直接跳各側斷路器,非電量保護采用就地直接電纜跳閘方式,變壓器非電量保護量包括瓦斯信號、油溫信號、繞組信號、壓力釋放閥信號及冷卻設備全停信號。變壓器保護可采用分布式保護,分布式保護由主單元和若干個子單元組成,子單元不應跨電壓等級。集成繼電保護功能,滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求,提高保護的性能和智能化水平。智能變電站分為站控層、間隔層和過程層,包括變壓器、斷路器、隔離開關和電流互感器等在內的一次設備及其所屬的智能組件均處于過程層,圖7給出了基于 IEC61850 通信協議,由過程層智能組件向間隔層或站控層信號傳遞的智能柜網絡拓撲結構示意圖。

無功補償控制器、補償控制器、自動補償控制器、無功功率自動補償控制器、壓補償控制器、低壓補償控制器、動態補償控制器、分相補償控制器、光伏專用補償控制器、四相限補償控制器、混合動態補償控制器、補償頭、ARC無功補償控制器、JKWD5無功補償控制器、RC2000無功補償控制器、RC2000F無功補償控制器、JKW無功補償控制器、JKG無功補償控制器、JKL無功補償控制器、RVC無功補償控制器
WGK無功補償控制器、NWK無功補償控制器、PFC無功補償控制器、RPC無功補償控制器、MREDK無功補償控制器、抗諧波補償控制器

隨著國家電網公司堅強智能電網計劃的實施,變電站將逐步向智能化變電站發展,傳統的變壓器也隨之要升級為智能化變壓器,這是變壓器制造行業發展的必然趨勢。