智能型配电变压器技术及其应用

摘要：介绍了智能型配电变压器技术及其功能，如在线检测、故障控制（包括过负荷、过电压、缺相欠压、油顶层温度等），以及应用情况。指出了其目前存在的问题，如直接停运时可能会失去控制，采用GSM通信方式时需网络支持等。 关键词：电力系统；智能型配电变压器；供用电近年来，配电变压器产品得到了较大发展，从S7、S9型到目前应用最广的S11型，现在又出现了S13型配电变压器，其损耗，尤其是空载损耗值在不断下降。噪声水平也在降低。在传统配电变压器基础上开发智能型配电变压器是今后的发展方向。
　　 1智能型配电变压器技术
　　智能型配电变压器是在传统配电变压器的基础上整合功能先进的智能化模块而成的，它使传统配电变压器的功能得到大大提升。该技术产品既可提高变压器的可靠性，又可提高用户用电设备的安全性，且方便了电力部门的预付费、复费率用电、防窃电管理。
　　与传统的配电变压器相比较，智能型配电变压器具有在线检测、故障控制、防窃电、远程抄表、预付费及复费率用电管理、后台监控管理等功能。二者之间的比较列于表1。通过表1可以看出，智能型配电变压器实现了传统变压器所不能实现的很多功能，真正实现了电网的自动化、智能化。

　　 表1智能型配电变压器与传统的配电变压器比较　　
　　
　　
　　 项目
　　 传统配电变压器
　　 智能型配电变压器
　　
　　 在线检测
　　 无法实现
　　 通过手机和监控微机发送指令，即可实时读取其运行中的电压、电流、有功、无功、负荷率等各种数据
　　
　　 故障控制
　　 无法实现
　　 可对过负荷、缺相欠压、过电压、温度过高等进行有效控制，并发出报警信号或跳闸断电
　　
　　 防窃电保护
　　 无法报警
　　 当变压器及导线被盗，或窃电打开控制箱时，控制系统会向电管员发出报警信号
　　
　　 远程抄表、预付费及复费率
　　 众多终端用户分别计量，费力费时，费用高，且无法实现预付费及复费率管理
　　 利用手机或后台管理计算机可实现远程抄表，分时段记费，方便，省时省钱
　　
　　 后台监控
　　 无此功能
　　 利用安装在计算机上的后台管理软件可实现变压器运行数据采集处理，并可对变压器进行控制
　　
　　
　　 图1智能型配电变压器原理框图
　　
　　该产品将现代移动通信技术与计算机技术结合，形成了机电一体化的智能产品。其工作原理如图1所示。三相四线电压、电流通过电能芯片转换成数字信号并与单板机通信，在内部对这些参数进行计算、判断，当发生过压或过流、缺相、短路、超温等情况时，单板机对信号进行处理，和GSM手机通信，发出相应的GSM中文短信到设定的手机。当手机板收到超负荷命令时，把三相电压、电流、油温、电度表电量数以短信方式发给请求方。当手机板收到跳、合闸命令时，动作于大容量接触器以切断/接通低压负荷。单板机通过RS485接口可以方便地和外部设备连接并进行数据通信。220V电源经小变压器输出+5V作为手机板备用电池的充电电源。可见，利用手机实现了对变压器的移动式遥测和遥控。
　　该装置配套的后台PC机管理软件，包含远程抄表管理子系统、电费预付费管理子系统（含复费率管理）、运行负荷监控管理子系统、电网调度管理子系统等模块，各子系统均有独立的数据分析和报表打印功能，用户使用很方便。这些软件既可组合在一起运行，也可单独地在不同的PC机上运行，灵活性高，维护方便。
　　 2智能型配电变压器的功能
　　（1）在线检测功能。通过手机和监控微机检测在线运行变压器的负荷情况和有关数据，如输出电流和电压、变压器油顶层温度、用电量等，并可随时调取变压器任一时段的各项运行参数。
　　（2）故障控制。故障控制主要有过负荷控制、断电控制、缺相欠压控制、过电压控制、油顶层温度控制等。①过负荷控制。变压器允许正常过负荷，具体控制时间列于表2。过载时变压器可自动切断输出。在切断输出前10min报警，并将信息发送到管理人员手机上，提醒及时调整负荷，以达到限流、限容的目的；切断输出后间隔1min自动恢复投入，在连续恢复3次自动投合后，将不再自动投合；若未能合上，则待管理人员处理后经人工指令合闸，恢复正常负荷和原控制程序。当一相发生过负荷时同样可以实施控制，以保证三相输出的相对平衡。②断电控制。当配电网络停电后恢复供电时，控制系统自动合闸投入正常运行。③缺相欠压控制。当缺相或欠压（包括单相欠压），且低于额定电压75%时予以报警切断，可有效保护用电设施的安全使用。④过电压控制。当电压超过额定电压20%时，予以报警提请管理人员处理。⑤油顶层温度控制。油顶层温度达到85
　　℃时发15min报警；当达95℃时则自动切断；当油顶层温度降至85℃以下时可恢复投运。这样可提高变压器的使用寿命。
　　 表2油浸自然循环冷却变压器过载允许运行时间
　　
　　
　　
　　 实际负荷与额
　　定负荷的比值
　　 过载前不同顶层油温升下的持续时间/h-min
　　
　　 18℃
　　 24℃
　　 30℃
　　 36℃
　　 42℃
　　 48℃
　　
　　 1.0
　　 持续
　　运行
　　 持续
　　运行
　　 持续
　　运行
　　 持续
　　运行
　　 持续
　　运行
　　 持续
　　运行
　　
　　 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）防盗、防窃电功能。当变压器及导线被盗时，控制系统向管理人员发出信号远程报警。变压器输出端子设在控制箱内，当窃电者打开控制箱时，同时发出信号报警。这样可有效地解决电力设备和电能被盗窃的问题。
　　（4）远程抄表、复费率管理功能。利用GSM移动通信网络，用手机或计算机对远方电能表进行读取数据，并能实现预付费和复费率管理。预付费管理可解决电费拖欠问题。复费率管理是通过后台微机的一个指令实现的，它可同时改变所在运行表的费率及时段。该功能能使供用双方随时查询电费余额。
　　（5）后台监控管理功能。后台监控管理由后台管理软件实现。该系统监控软件与智能型配电变压器配套可对其进行监控记录及预付费和复费率用电管理。该软件也具有客户信息管理，变压器档案维护，变压器工作运行情况控制，变压器工作情况记录以及查询、报警、远程抄表等功能。这样可使供电部门对所属变压器进行有效控制。
　　（6）可扩充性。在现有配电变压器的基础上很容易实现扩充。
　　（7）通信方式可眩对多种通信方式，如GSM方式、直接光纤或通信电缆方式等进行选择。
　　 3结束语
　　智能型配电变压器主要存在以下问题：①配电变压器在长时间停电的情况下，备用电池的电量会耗尽，从而失去控制；②采用GSM方式通信，需要网络支持。

　　2004年3月24日，平顶山电业局和南阳万方电力设备有限公司联合开发研制成功了ZN-I型智能控制箱，经过严格的验收和一年多时间的现场运行，发现该型智能控制箱远抄数据准确、遥控断合动作正确、系统运行可靠，具有极大的实用性和技术先进性。
　　智能型配电变压器的推广应用，将大大提高我国配电网的自动化程度，提高配电变压器的运行寿命，减少变压器的维护次数及维修费用。另外，该产品在出现故障时可进行自动控制并及时将故障原因信息发送至管理人员，因此可减少因事故造成的停电时间，提高了城乡居民的用电可靠性。
　　 4参考文献
　　［1］朱英浩.配电变压器发展的新趋势.电工技术,2003,(3).