智能配變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制裝置

1、智能配變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制裝置0 引言變壓器是電力系統(tǒng)的重要主設(shè)備，電能送達(dá)用戶平均要經(jīng)歷五次變壓，因此電力系統(tǒng)中的變壓器數(shù)量也是驚人的， 有數(shù)據(jù)說明，全國電力系統(tǒng)總發(fā)電量的30%都損耗在變壓器上。變壓器在運(yùn)行過程中將產(chǎn)生兩種損耗，即鐵耗與銅耗，鐵耗與變壓器負(fù)荷大小無關(guān)，只要掛網(wǎng)就產(chǎn)生鐵耗，其數(shù)值與電壓的平方成正比，銅耗與變壓器負(fù)荷電流的平方成正比。為了減少變壓器的有功損耗，降低電網(wǎng)中的無功環(huán)流，應(yīng)該采取提高變壓器一次側(cè)的功率因數(shù):S巴的措施。但是當(dāng)變壓器處在輕負(fù)荷 狀態(tài)小于額定容量的 30%時，盡管二次側(cè)的負(fù)荷功率因數(shù)二九不變，但變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)勾那么會隨著負(fù)荷的減小而降低，導(dǎo)致?lián)p耗增加。因

2、此，一般當(dāng)變壓器負(fù)荷長期低于30%時應(yīng)更換容量較小的變壓器，或是在低負(fù)荷時切除并聯(lián)變壓器中的輕負(fù)荷變壓器。圖0-1為變壓器一次側(cè)功率因數(shù)與負(fù)荷功率S的關(guān)系曲線，可以看出負(fù)荷越輕，功率因數(shù)越低。資料個人收集整理， 勿做商業(yè)用途1 自動投切變壓器的必要性運(yùn)行變壓器的損耗除鐵耗外，還包括有功損耗、無功損耗，而變壓器的無功損耗占整個電網(wǎng)無 功損耗的80%。因此，為了到達(dá)電網(wǎng)節(jié)能降耗的目的，一個重要措施就是根據(jù)變壓器負(fù)荷的變化， 適時的切除輕載變壓器，和適時的投入停運(yùn)變壓器以迎接負(fù)荷的增長。圖1-1是兩臺并聯(lián)運(yùn)行變壓器的接線圖，人們可以通過變壓器、T2 一次側(cè)的斷路器 B1、B3進(jìn)行投切控制，圖1-2是

3、二臺并聯(lián)運(yùn)行變壓器在不同組合方式下總功率損耗S與負(fù)荷功率S的關(guān)系曲線。合理的運(yùn)行方式是：資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途T1單獨(dú)運(yùn)行時，如負(fù)荷大于 S1 a點(diǎn)投入T2、切除T1,當(dāng)負(fù)載小于S1時那么投入T1、切除T?;T2單獨(dú)運(yùn)行時，如負(fù)荷大于 S2 b點(diǎn)時再投入，、T2兩臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)負(fù)載小于 S2時那么切除T1,而當(dāng)負(fù)荷小于 S時投入、切除T2。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途a點(diǎn)對應(yīng)的S1稱為單列運(yùn)行的臨界功率，b點(diǎn)對應(yīng)的S2稱為并列運(yùn)行的臨界功率，其值由并列運(yùn)行各變壓器的損耗特性曲線獲得。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途顯然，這種按負(fù)荷進(jìn)行投切控制將會大幅減少損耗，降低電網(wǎng)線損。2 自

4、動投切變壓器需要解決的問題歸納起來，自動投切變壓器需要解決如下五個問題：采用合理的投切功率整定值，以免出現(xiàn)在 臨界功率定值上下波動時導(dǎo)致頻繁投切；要防止空投變壓器時勵磁涌流導(dǎo)致空投頻頻失??；變壓器 自動投切裝置和變壓器備用電源自動投入裝置的合理配合；如何保證兩臺或多臺變壓器運(yùn)行累計時 間的均衡性，為獲得最大限度的的減少投切次數(shù)，控制裝置應(yīng)具備負(fù)荷預(yù)計功能。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途2-1 自動投切裝置的起動功率定值確實(shí)定在圖1-2中選擇當(dāng)負(fù)荷功率到達(dá) S1或S2時要起動投切控制，不難想到，如果負(fù)荷功率在 S1或 S2上下波動時必將導(dǎo)致頻繁投切，其結(jié)果會誘發(fā)系統(tǒng)的擾動和斷路器的損壞。解決這一

5、問題的途徑 可通過設(shè)置功率起動定值不是單一的一個功率值Sq，而是一個寬度為±厶 Sq的帶，如圖2-1所示。當(dāng)實(shí)測功率在帶內(nèi)Sq波動時投切裝置不起動，只有在超過+ Sq時的a點(diǎn)才起動“投變壓器，或是在超過- Sq時的b點(diǎn)才起動“切變壓器。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途2-2 空投變壓器勵磁涌流的抑制我們分別在2004年及2005年向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請了兩項(xiàng)關(guān)于電力變壓器勵磁涌流抑制方法 及裝置的創(chuàng)造專利，由此兩項(xiàng)專利轉(zhuǎn)化的SID-3YL系列涌流抑制器已在國內(nèi)諸多發(fā)電廠及變電站投入運(yùn)行，取得了良好的效果。該涌流抑制器通過記錄變壓器斷電時的剩磁極性，并在空投上電時捕 捉相應(yīng)的合閘相位角，產(chǎn)

6、生與剩磁極性相反的偏磁，使變壓器磁路不進(jìn)入飽和狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對勵 磁涌流的抑制乃至消滅。由于三相磁路的剩磁極性與變壓器斷路器的分閘相位角相關(guān)，而三相電壓 相位角相互差1200,所以三相剩磁的極性也相應(yīng)有正也有負(fù)。同樣，合閘時的三相偏磁極性也有正 有負(fù)，正好每相的偏磁極性都和相應(yīng)的剩磁反向。所以，這一專利技術(shù)最大的特點(diǎn)就是支持三相聯(lián) 動操作斷路器，而不需要三相分相操作斷路器，這就創(chuàng)造了對于任何電壓等級的斷路器都能使用該 涌流抑制器的廣闊環(huán)境。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途由于有了可以保證變壓器空投一次成功的勵磁涌流抑制器，因此電力變壓器自動按經(jīng)濟(jì)負(fù)荷投 退就成為一項(xiàng)可行的無擾動控制。資料個人收集

7、整理，勿做商業(yè)用途2-3 變壓器自動投退控制裝置與備用電源自動投入裝置的配合由于常規(guī)的備用電源自動投入裝置是在工作變壓器電源因故降跳閘時才起動投入備用變壓器 的，因此，當(dāng)給兩臺或多臺變壓器配備了自動按經(jīng)濟(jì)負(fù)荷投退裝置后應(yīng)該在進(jìn)行投退操作時閉鎖備 自投裝置，防止產(chǎn)生裝置誤動。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途2-4 變壓器自動投退控制裝置應(yīng)保證各臺變壓器運(yùn)行累計時間相近基于節(jié)能降耗的目的，通過自動投退裝置對變壓器進(jìn)行投退控制，除了考慮總損耗最低的要求 外，還應(yīng)保證做到各臺變壓器的運(yùn)行累計時間所引起的老化程度相近。裝置采用記錄每臺變壓器的 有功及無功電能，與各該變壓器的額定容量的比值作為變壓器老化程度

8、的參數(shù)指標(biāo)，以此指標(biāo)為依 據(jù)控制各變壓器的運(yùn)行累計時間。 資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途2- 5 .負(fù)荷預(yù)計功能負(fù)荷預(yù)計功能可減少變壓器的投切頻度，例如根據(jù)實(shí)時總負(fù)荷應(yīng)切除一臺變壓器，但根據(jù)預(yù)計 負(fù)荷曲線很快變壓器負(fù)荷將增加，此時即可取消擬進(jìn)行的切除一臺變壓器的操作。自動投退裝置可 通過兩種方式實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)計，一是上級調(diào)度通過SCADA系統(tǒng)將近期負(fù)荷預(yù)計曲線發(fā)送給裝置，一是通過裝置的通訊接口將近期負(fù)荷預(yù)計曲線就地輸入裝置。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途3 變壓器自動投退控制裝置的構(gòu)成裝置結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，其由如下部件組成。3- 1 .有功及無功功率、電能測量部件該部件接收來自各變壓器的電壓及電

9、流信號，獲取有功功率、無功功率，有功電能及無功電能等參數(shù)，作為控制部件的投退控制依據(jù)，這些數(shù)據(jù)也可來自于測控裝置。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途3-2 參數(shù)設(shè)置及顯示部件該部件用以設(shè)置投退功率定值、定值帶寬、均衡老化度運(yùn)行時間分配定值等參數(shù)，并提供相應(yīng) 信息顯示。3-3 .控制部件用于根據(jù)測量部件和參數(shù)設(shè)置部件的信號，通過涌流抑制器實(shí)施投退控制。3-4 涌流抑制器根據(jù)設(shè)置的斷路器分、合閘時間及控制方式等參數(shù)實(shí)行對變壓器無涌流空投，并記錄空投時段 的變壓器電源側(cè)電流波形。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途圖3-2為兩臺變壓器的自動投切系統(tǒng)圖。應(yīng)該指出，兩臺和多臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行應(yīng)滿足如下條件：各變壓器

10、變比相同、接線組別相同、 短路電壓相同，以防止產(chǎn)生有害的環(huán)流。在這些條件滿足的前提下，變壓器自動投切裝置就不需考 慮變壓器間的負(fù)荷分配問題。 資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途3-5 .通訊接口裝置設(shè)有RS-485串口及RJ45以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)與變電站綜自系統(tǒng)上位機(jī)的通訊。4 三繞組變壓器并聯(lián)運(yùn)行自動按負(fù)荷投退控制的特點(diǎn)多臺三繞組變壓器并列運(yùn)行時根據(jù)高、中、低壓側(cè)負(fù)荷分配情況確定運(yùn)行方式，同樣要按各臺 變壓器的損耗特性曲線獲取各電壓側(cè)的分列運(yùn)行臨界功率和并列運(yùn)行臨界功率，進(jìn)而實(shí)施投退控制，確定是單臺間切換、還是單臺轉(zhuǎn)并列運(yùn)行、或是并列運(yùn)行轉(zhuǎn)單臺運(yùn)行。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途與雙繞組變壓器一樣，也需要監(jiān)測三側(cè)的有功和無功功率，在實(shí)測功率進(jìn)入功率臨界區(qū)間時進(jìn) 行切換。三繞組變壓器如三側(cè)都有電源，那么應(yīng)在三側(cè)開關(guān)的合閘控制回路都要配置涌流抑制器，以抑制 空投電源時的勵磁涌流。各側(cè)涌流抑制器的配置如圖4-1，涌流抑制器之間相互發(fā)布分閘時間及分閘電壓相位角的信息，以確保在變壓器從正常電狀態(tài)空投上電時對勵磁涌流的抑制。資料個人收集整理,勿做商業(yè)用途5.結(jié)束語節(jié)能降耗是作為國民經(jīng)濟(jì)命脈的最大能源供給者一一“電力系統(tǒng)必須高度重視的工作，這項(xiàng)