111786智能型有载调容配电变压器的设计及应用.DOC

L11331 智能型有载调容配电变压器的设计及应用 张海龙 王福润 杨晓霞 张重乐 中国电力科学研究院，北京 海淀区 100192； 摘要：针对现有农网配电变压器因季节性负荷不均而出现过度轻载和超载的问题，提出利用智能型有载调容配电变压器进行解决的整体方案，对调容控制器的硬件结构和监控系统的软件部分进行了详细设计，实现台区变压器运行状态的实时监控，完成定时上传运行数据和事件记录等任务，并设定合理的调容控制策略保证台区变压器的经济运行。从现场挂网实际运行数据来分析，安装智能型有载调容配电变压器与同容量普通变压器相比，节能效果明显，综合效益可观，适合应用于季节性负荷较强的农村电网和昼夜用电负荷变化显著的配电台区。 关键词：有载调容配电变压器；智能；调容控制器；监控系统；节能效益 中图分类号：TM727.1；TM411 1 概述 目前我国农网配电变压器损耗还相当严重，用电负荷季节性强，造成不必要的大量电力资源浪费。据必威体育精装版资料统计显示，全国全年变压器总的电能损失3000多亿kWh，相当于三个中等用电量省的用电电量之和，而中压系统中配电变压器的损耗约占整个配电系统损耗的50%[1-3]。随着能源的日益紧张和电力需求的快速增长，如何最大化节约配变的能耗，成为了最为重要和紧迫的任务。 智能型有载调容配电变压器是一种新型节能变压器，可以根据实际负荷大小自动进行容量调节，不仅能着力解决现有农网配电台区因季节性负荷变化造成变压器严重过载和“大马拉小车”的问题，克服无载调容配电变压器因手动调节容量而需断电的运行维护难题，并能取代“母子变压器”，使配电变压器空载损耗大大降低，具有显著的节能效果，技术经济性好，对于农村电网的用电情况有较好的适用性[4-5]。 2 整体方案设计 智能型有载调容配电变压器主要由S11型及以上配电变压器、有载调容开关、有载调容控制器及附件组成。配电变压器可以通过串口/USB接口与笔记本电脑连接或依靠Zigbee微功耗无线收发模块与手持PDA终端连接，实现就地数据下载、数据查看和参数整定；还可通过外置GPRS模块利用GPRS网络实时传输的数据防火墙到达企业内部的管理服务器，监控中心通过图1 有载调容智能变压器网络结构示意图 3 智能型有载调容配电变压器软硬件设计 3.1 有载调容控制器硬件结构设计 有载调容控制器在整个智能型有载调容配电变压器中，相当于“大脑中枢”，进行着数据采集、分析判断、记录存储以及发送指令等功能。图2所示为有载调容控制器的硬件结构图，主要由中央处理单元、采集单元、通信单元、输入单元、输出单元、控制面板单元、电源以及晶振和时钟电路组成。为了提高系统的可靠性和抗干扰能力，的所有零部件均采用工业级芯片，电路设计时充分考虑电磁兼容性采用微处理器作为的核心控制器。是32位微处理器，内含有2 KB的高速缓冲存储器Cache、KB的随机存储器RAM和512KB的闪存Flash。为记录，外扩1片FRAM（铁电存储器）FM32256（64K）存储数据。扩展1片X1227芯片将“看门狗”定时器、复位电路、EEPROM（存储保护整定值）及实时时钟集成在内。 控制器的输入信号来自TA和TV。为了实现及有功、无功功率等电力参数的直接计算，需对电流、电压信号进行交流采样。模数采集通过片实现，该芯片是14位并行通道高速模/数(A/D)转换器，通道采样时采样频率为kb/s。 图2 有载调容控制器硬件电路结构设计图 输出信号主要是实现开关的出口信号，一般是微控制器通过输出锁存器控制驱动电路，使相应的快速继电器动作。实际应用中为防止误动作（一般是上电复位时和外部电磁干扰），常用输出锁存器的几位组成特定的密码，启动光电隔离与驱动电路，使出口继电器可靠动作。通常还要在软件中设置强电保护功能，以防止操作机构卡死而引起出口继电器触点损坏。图4 监控分析系统软件结构设计 4 实际应用效果 4.1 现场运行情况 安装在山东某配变台区的一台S11-M-ZT-250 (80)/10型有载调容配电变压器，更换前采用一台S9-M-160/10型普通变压器，此台区供应150余户居民的正常供电，大部分时间处于轻载运行，但是在用电高峰期存在变压器过载运行的状况，严重影响了居民的正常用电。投运半年以来，高容累计投切次数365次，低容累计投切次数364次；高容累计运行时间731小时，低容累计运行时间3653小时，平均每日高容方式下运行时间近4小时，很好的解决了用电负荷不均衡造成的“大马拉小车”的问题，大大降低了变压器损耗，节约了电能，提高了电能质量和供电可靠性。 图5 有载调容配电变压器现场运行图 图6调容变单日有功功率曲线 从现场采集数据来看，该配电台区最大负荷电流大都出现在20：00-22：00，部分时间会在13：00左右出现一次用电高峰期，但运行时间相对较