配电变压器综合智能保护系统关键技术

配电变压器综合智能保护系统关键技术

曹中占

山东华驰变压器股份有限公司 山东成武 274200

摘要：随着科技的持续发展，人们对电能的质量需求日益提高。配电变压器作为电网的重要设备直接决定着人们能否获得充足稳定的电能供应。因此对于配电变压器装置综合智能保护系统关键技术的探究有着重要意义。

关键词：综合智能保护系统;配电变压器;物联网

引言

近年来，能源危机、环境污染等问题日益突出，构建能源互联网，实现各种形式能源的跨区域高效协调利用与综合调控成为人们关注的热点问题。能源互联网是在目前可再生能源发展背景下，以电力能源为基础，多种集中式与分布式能源并存、用户广泛参与的新型能源系统。能源互联网的主体仍将是智能电网，而配电网是智能电网的关键组成部分，可看作能源互联网中的“能源局域网”。随着各类分布式电源和直流负荷在配电网中的渗透率不断提高，传统配电网在可靠性、适用性、可控性等方面均面临着巨大的挑战，其智能化程度亟需进一步提高。一方面，由于供电电源及负荷的种类发生变化，配电网中普遍存在的各类电能质量问题的表现形式也会发生不同程度的变化，从而给配电网电能质量的治理带来新的困难。另一方面，大量直流设备会接入配电网，未来配电网将成为复杂的交直流混联网络，从而需要对各支路传输功率的优化控制等问题进行深入研究。此外，传统配电网中用于调控节点电压及线路潮流的手段主要是联络开关、变压器分接头等非智能手端，难以实现“源-网-荷-储”的实时协调优化运行。电能路由器是实现能源互联网的核心部件，广大学者对其进行了深入研究，其显著特征在于能够实现集中式主网供电与多种分布式电能供电的协调互补，通常需包含多种类型的电气接口，具备多输入、多输出的电网互联能力。

1配电变压器智能监测系统功能需求分析

（１）配电变压器电能参数监测。配电变压器的基本电能参数监测内容包括了三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等参数。（２）配电变压器运行环境监测。油温、油位和环境温湿度与配电变压器的绝缘老化性能息息相关，因此需对变压器的油温、油位、环境温度、环境湿度等进行监测。（３）配电变压器局部放电监测。变压器的大部分故障都由绝缘老化引起，而局部放电往往伴随着绝缘性能的老化，因此实现对局部放电的监测，能掌握变压器的绝缘性能状态，这对于减少变压器故障有着重要的意义。（４）配电变压器三相不平衡补偿。居民用电时间差异大，且用电具有时间性、季节性、昼夜变化大、负载变化性大等特点，三相不平衡情况时常发生，因此针对出现的三相不平衡现象，应具有相应的三相不平衡补偿措施，以提高电网的安全性。（５）配电变压器无功补偿。采用适合的无功功率补偿装置，提高电网的功率因数，尽可能地降低电网线路损耗，使电网质量提高。（６）配电变压器定位。配电变压器分布范围广、数量众多，若变压器故障不能及时得到处理，则会对居民生活造成巨大影响，因此能对故障变压器进行定位显得尤为重要。（７）配电变压器数据存储。监测系统能对众多运行参数进行数据记录，不仅便于变压器故障的及时发现，而且建立的大数据库，对于今后遇到的变压器故障能进行预测评估，以便及时进行检修和维护。此外，数据存储有利于电力部门进行统一规划。（８）配电变压器通信功能。能对采集分析的变压器实时数据，通过通信通道实现现场与终端的数据交互。（９）配电变压器远程监控。配电变压器故障复杂、种类繁多，若无法及时获取故障信息而导致检修周期拉长，会对用电造成巨大影响。为此，需设计实时监控功能，及时获取变压器的状态信息，对异常情况及时预警，才能及时进行维护与检修。

2发电厂配电变压器综合智能保护系统关键技术

2.1利用区块链技术建立密钥管理构架

区块链是一种分散、分布式的公共数字分类账，被广泛应用于记录分布式网络中的交易数据。由于其具有防篡改和分布式的特性，在金融行业、物联网等领域有极大的发展潜力。配电变压器感知终端作为物联网节点实体设备分散部署于配电变压器设备侧，具有分布式特征，各终端节点服务器可以构成区块链网络，且易于实现共识机制，利用区块链技术可以为各终端接入物联网提供方便、安全的认证方案。利用区块链技术建立密钥管理构架以实现终端自动接入认证。智能感知终端节点服务器构成对等（P2P）网络，作为区块链网络；物联网平台管理中心为终端提供身份信息的认证，即作为密钥管理机构进行终端公私钥的注册、更新及撤销操作，分别对应终端首次接入、终端功能升级以及终端故障退出3种功能。私钥独立存储于管理中心，公钥将写入区块链。

2.2微机技术应用

为充分体现微机保护技术的作用，综合智能防护系统要实现差动速断保护与比率制动保护功能，为配电变压器系统提供充足的保护。综合智能保护系统在主保护系统中需要配置差动继电器，并在高压侧配置过负荷保护装置与过电流保护装置。为充分实现差动速断保护功能，综合智能保护系统使用比率制动策略，依据特定比率保护设备的动作电流，当系统外部的短路电流出现增大时，迅速启用主保护装置;在确保外部不发生短路的同时，迅速启动内部短路保护装置。比率制动策略的比率是制动电流与差动电流的比值。通过计算不平衡电流的数值来判断故障产生的位置，若由外部故障引发，则制动作用较大;若有内部故障引发，则制动作用较小。一旦出现严重的内部故障，将迅速增大短路电流，使得电流互感器TA处于严重饱和状态，同时由于同一时间TA的基波电流为零，具备极强的谐波高次分量，不能仅仅依靠比率制动策略实现差动防护功能，此时需要使用差动速断策略，根据不平衡电流开展整定速断作业，整定值应为复合电流的4～5倍，要不小于电磁保护数据。当配电主变压器出现内部故障时，使用差动防护策略为配电系统变压设备提供保护;若出现外部故障，则不会产生保护动作。结合实际的保护经验，应将配电系统变压装置的二次谐波制动值设置在0．01～0．02区间内;若数值设置过大会使得综合智能保护系统内的各项保护装置不能及时启动保护动作。若数值设置过小，则会导致保护装置出现错误动作。同时充分考虑铁芯质量与变压器容量等因素对基波电流与励磁涌流产生的相关影响应将制动值设置在0．15～0．20区间内。

2.3具备完善的状态监测系统

并配备合理的继电保护装置，以确保智能配电变压器能够长期安全稳定运行。状态监测是通过实时检测智能配电变压器各部件在运行时的各物理量（比如变压器及变换器单元的端口电压、电流，变压器绕组、铁芯及功率模块的温度等），然后借助智能控制系统分析设备的运行状态是否正常。显然，状态监测时进行各电压电流的实时检测也是智能配电变压器实现各控制功能的基本保证。

结语

本研究涉及的基于物联网的配电变压器智能感知平台及其安全构架，将物联网技术与配电变压器的在线监测结合起来，构建了一个基于物联网的配电变压器智能感知平台，并利用区块链技术将密钥管理构架应用于智能感知终端接入中，实现了终端安全高效接入物联网。配电变压器智能感知终端能够实现变压器的数据监测及故障判断，并提供人机交互接口，为现场工作人员提供了便捷的访问控制途径，也为设备的现场检修维护提供了支持。基于物联网技术，配电变压器智能感知平台实现了对变压器数据的采集、处理，并上传存储于物联网平台中，汇集成信息共享数据池，为后续变压器的状态分析等信息化管理提供了数据基础。

参考文献

［1］杨志强．低压配电变压器综合智能保护系统［J］．设备管理与维修，2017(11):82－83．

［2］欧阳伟茜．电厂配电变压器综合智能保护系统关键技术分析［J］．科技创新导报，2010(1):101+103．