基于配电变压器检测与控制系统研究

赵冰清 仙永峰 刘兴贵

摘要：配电变压器是电力系统运行中的重要元器件之一，在电网运行过程中，最常见的问题就是配电变压器耗能过高，导致电网运行经济性下降。本文对配电变压器检测与控制系统进行研究，通过科学构建检测与控制系统方案，提高配电变压器运行综合效率，降低电网运行损耗，促进电力行业可持续发展。

关键词：配电变压器；检测与控制系统；节能降耗

配电变压器的核心功能是配电网络中电力的传输与分配，在电网中，分布广泛、使用量较大，其自身运行产生的能耗会给整个配电系统运行的经济性造成较大影响。有统计称，配电网络中，从配电变压器消耗的电能约占总无用消耗的30%。为有效解决这一问题，需要对配电变压器的检测与控制系统进行研究。

1配电变压器检测与控制系统简介

配电变压器的检测与控制系统主要包括两部分结构，即控制系统和数据监测系统。由数据监测系统收集配电变压器运行过程中产生的电压、电流、电能损耗等参数，并对收集到的数据做初步判断，决定是否切换到补偿电容。在配电变压器低压侧收集到的电压、电流等信息被处理和转换，传输到控制系统当中。系统中含有性能极高的CPU单元，可对信号做精确计算和分析，根据分析结果判断并下发指令，自动存储数据。配电变压器检测与控制设备配备串口电路和红外通讯接口，可直接与计算机相连，以便随时掌握配电变压器的运行信息，方便开展现场处理工作。

2配电变压器检测与控制系统搭建

2.1系统构成

本文研究的配电变压器检测与控制系统的处理器来自Atmel公司，型号为AT91SAM9261；计算处理器为来自TexasInstruments公司的TMS320F2810芯片。设置多项接口，并使用Linux作为操作系统，确保系统数据处理功能满足配电变压器实际运行监控的需要，实现与多个站点之间的通信和信息互联。配电变压器检测与控制系统具有如下优点：可自动采集配电变压器的电压、电流、频率等信息，并对其功率进行具体计算；通用于多种类型接口和规格断路器的信息采集工作；发生断电后，系统依然可确保存储信息的安全性；自动记录开关机时间、各模块的运行情况、运行经济效率、参数设定情况等，并提供信息查询功能；可对系统进行对时操作；同时应用两台系统终端，对配电系统中对台断路器进行监控，以保证配电变压器运行的经济性；最高可同时控制12组电容设备；涵盖系统自动维护功能，可进行后期升级；自动检测系统异常状态并做出预警；兼容度高，和用于多种通讯条件。

2.2系统原理

在不同时段的运行过程中，配电变压器的额定容量与实际容量之间的差值会发生变化，导致配变经常处在近空载的状态下，空载运行消耗较高。针对该问题，检测与控制系统将两台配电变压器作为一个监控对象，实时观测其功率大小、有功功率和无功功率，及时调整配电变压器的运行参数，使其始终处于最佳的运行状态中，降低配电变压器产生的电能损耗。配电变压器的检测与控制设备安装在其低压开关一侧，用于低压开关、母联开关元件的监测与控制。为最大程度的保障配电变压器运行经济效益，可在同一配变开关所中安装两台检测与控制设备，通过软件将其中一台设备设置成辅助状态，并使用以太网将两台设备连接。在实际监控过程中，主设备利用RS485接口，对其中一个低压开关和母联开关进行控制，另外一个低压开关由辅助设备控制。在调整配电变压器系统内高压开关的工作状态时，检测与控制系统需向主站DMS提交申请，得到反馈之后，可对FTU下达相应指令，以调整高压开关的闭合状态。该过程中，申请及反馈的传输同样依靠以太网实现。

2.3计算原则

在为配电变压器安装检测与控制系统之后，需对其运行经济性进行计算，计算原则包括：（1）有功最优原则。该原则要求只考虑配电变压器运行时的有功功率，并以此为依据构建最佳运行方案。（2）无功最优原则。无功最优原则与有功最优原则恰恰相反，只参考配电变压器的无功功率提出运行方式。（3）综合最优原则。该原则顾名思义是将配电变压器运行的有功功率和无功功率做综合考量，依照一定的比例系数将无功损失折算为有功损失，进行加和以找出使总损失最低的运行方案。在选择配电变压器经济性计算原则时，需根据不同变压器的经济运行方式进行。

3案例分析

以10kV电网某配电站为例，该配电站中共包含2台配电变压器，其中一台型号为S7，在空载时的电力损耗为1.45kW，负载状态下损耗达9.8kW。另一台型号为S11-M，空载和负载状态下的损耗分别为0.96kW和7.4kW。在未给配电站安装配电变压器检测及控制系统时，两台配变的整体电能损耗为2.11%。

现在系统中安装配变检测与控制设备，并依照以下方案对配电变压器进行调控：①限制电路中断路器每天动作的次数上限，若一天内，断路器的运行已經达到该上限，则不进行处理。若在运行过程中发现，该运行方式与配电变压器的实际工作需求存在较大偏差，可通过系统后台将该限制解除，保证方案较高的灵活性。②配电变压器所承受的负荷一般较为稳定，持续时间长。若出现异常荷载，可能出现短时间内的波动。为保证检测与控制系统的作用发挥到最大，决定设置一个延迟时间。即当断定配电变压器接受到异常荷载需要改变其运行方式时，对比波动时长与延迟时间，若未超过延迟时间，可认为该负荷为短暂性干扰，不做处理。

系统投入使用后，对两台配电变压器的损耗情况进行统计。使用系统之前，当1号配变负载率为45%、2号配变负载率为34%时，综合损耗率在2.11%。使用系统后，1号配变退出运行、2号配变的负载率为75%，此时的综合损耗降为1.0%。配变检测与控制系统效能明显，可减少一半以上无用能耗。

4结论

节能降耗已经成为一项社会性话题，也是目前电力系统性能优化的主要目标。如何处理电网中各项元器件及输电线路的耗能问题，成为行业关注的重点。利用新型的配电变压器检测与控制系统，可对配变的运行状态、耗能情况进行全方位的监督。借助智能化控制手段，确保配电变压器的运行效率，减少配电环节的无用能耗，提高电力服务的经济性。

参考文献：

[1]涂啸，代立.基于电力采集系统——配电变压器运行管控[J].农家参谋，2019（09）.

[2]覃煜，张敏，王红斌，等.配电变压器集成化智能检测装置及其应用技术[J].通信电源技术，2019，36（02）.

（作者单位：山东省产品质量检验研究院）