变电站自动化系统中设备运行管理的开发
日期：2010-8-13 21:46:19 点击：
来源：网络
作者： 未知
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作者： 未知
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摘要： 介绍了在变电站自动化系统中，借助计算机实现并列运行变压器的经济运行，按照变压器的允许过负荷条件实现变压器的正常过负荷和事故过负荷运行管理，通过推算运行变压器最热点的温度，根据6 ℃法则实现变压器的寿命损耗管理，针对配电线路的特点实现负荷点电压的检测，从而提高变电站的运行管理水平。
关键词： 变电站自动化； 变压器； 运行管理
The Development of Substation Automation System for
Electrical Device’s Operation and Management
LIU Zheng-bo
(The Fourth Research Institute of Second Artillery,Beijing 100085,China)
ZHAO Jun-hong,CHENG Xiang-chu,CHENG Shu
(The Second Artillery Engineering College,Xian 710025,China)
Abstract： In substation automation system,with the aid of computer,the economical operation of parallel transformer system is implemented;normal over-load operation and incident over-load operation management according to the allowable over-load conditions are achieved;by calculation the hottest points temperature of operating transformer,and according to the 6℃ norm,the transformers life loss management is implemented;and according to the features of distribution line,the measurement of load points voltages is realized.All these raise substations operation and management level.
Keywords： substation automation； transformer； operation and management
尽管目前变电站自动化技术得到了较大的发展，但如何更充分地发挥计算机在变电站中的作用，如电气设备的运行管理、故障诊断等，仍是需要进一步开发的项目。本文主要介绍了在变电站自动化中有关变压器的运行管理和负荷点电压检测方面的开发研究。
1 变压器运行管理
1.1 经济运行管理
经济运行的原则是：变电站运行变压器的总损耗为最小。为便于说明问题，假设所有变压器为同型号。设总负荷为S，则n台变压器运行的损耗为
式中 ΔP01，ΔQ01分别为1台变压器的空载有功和无功损耗；ΔPk1,ΔQk1分别为1台变压器的短路有功和无功损耗；K为无功损耗引起的有功损耗的经济当量，对用户变电站取0.1左右；Se1为1台变压器的额定容量。
n 1台变压器运行时的损耗为
当ΔPn≤ΔPn 1时，投入n台变压器，否则应投入n 1台变压器并联运行。相应的总负荷有下列两种情况：
当
；
投入n台运行；
当
时，
投入n 1台运行。
也就是通过检测并联运行变压器的总负荷S，与上式进行比较，来决定投入并联运行变压器的台数。
在运行中设立自动和手动两种方式，其中手动方式下给出提示信息，以适应变电站的需要。
1.2 过负荷运行管理
由于变压器负荷经常随昼夜、季节而变化，很多时间是处于低负荷率运行状态，这样对变压器的寿命损耗较少；而在一些特殊情况下，变压器的负荷很大，甚至超过额定负荷。变压器的设计和制造是允许在一定条件下过负荷运行的，所要注意的两个问题是：不使其过于发热而引起变压器绝缘故障；防止变压器寿命损耗过大而使总的寿命有所缩短。过负荷运行多损失的寿命由低负荷运行少损失的寿命来补偿。
为此，原能源部颁布的《电力变压器运行规程》对变压器允许的过负荷作了规定，将过负荷分为正常过负荷和事故过负荷两类。我们根据过负荷运行原则，设置了过负荷运行管理与控制功能。
1.2.1 正常过负荷
正常过负荷的运行原则为：
a. 油浸式变压器在低负荷期间，负荷系数<1时，则在高峰负荷期间变压器允许过负荷的倍数和持续时间，可由过负荷倍数曲线来确定，如图1所示；
b. 根据变压器夏季的典型负荷曲线，其最高负荷低于变压器额定容量时，则每低1%可允许冬季过负荷1%，以15%为限；
c. 上述两项过载可以相加，但总的过负荷对油浸自冷和风冷变压器不应超过30%，对强油循环风冷和强油循环水冷的变压器不应超过20%。
根据原则a，正常运行期间的负荷系数K1可由正常运行记录在计算机中自动生成，过负荷倍数或过负荷持续时间由人工确定其中一个数值，则可由图1确定另一数值，若无人工干预，以实际过负荷为标准，给出允许运行时间，到时报警或自动切负荷。
图1 油浸变压器正常过负荷倍数曲线
根据原则b，首先确定夏季的平均日最高负荷系数为
式中 N为夏季天数(标准为152 d)；Ki为夏季第i天的最高负荷系数(运行记录中有)。
当K<1时，在冬季可过负荷(1-K)<0.15倍，越限时报警或切负荷。
根据原则c，在冬季考虑两项过负荷，越限时报警或切负荷。
1.2.2 事故过负荷
事故过负荷按规程规定执行。表1为油浸自冷变压器事故过负载允许运行时间。
表1 油浸自冷变压器事故过负载允许运行时间 h
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摘要： 介绍了在变电站自动化系统中，借助计算机实现并列运行变压器的经济运行，按照变压器的允许过负荷条件实现变压器的正常过负荷和事故过负荷运行管理，通过推算运行变压器最热点的温度，根据6 ℃法则实现变压器的寿命损耗管理，针对配电线路的特点实现负荷点电压的检测，从而提高变电站的运行管理水平。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
关键词： 变电站自动化； 变压器； 运行管理
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The Development of Substation Automation System for
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
Electrical Device’s Operation and Management
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LIU Zheng-bo
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(The Fourth Research Institute of Second Artillery,Beijing 100085,China)
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ZHAO Jun-hong,CHENG Xiang-chu,CHENG Shu
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(The Second Artillery Engineering College,Xian 710025,China)
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Abstract： In substation automation system,with the aid of computer,the economical operation of parallel transformer system is implemented;normal over-load operation and incident over-load operation management according to the allowable over-load conditions are achieved;by calculation the hottest points temperature of operating transformer,and according to the 6℃ norm,the transformers life loss management is implemented;and according to the features of distribution line,the measurement of load points voltages is realized.All these raise substations operation and management level.
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Keywords： substation automation； transformer； operation and management
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尽管目前变电站自动化技术得到了较大的发展，但如何更充分地发挥计算机在变电站中的作用，如电气设备的运行管理、故障诊断等，仍是需要进一步开发的项目。本文主要介绍了在变电站自动化中有关变压器的运行管理和负荷点电压检测方面的开发研究。
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1 变压器运行管理
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1.1 经济运行管理
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经济运行的原则是：变电站运行变压器的总损耗为最小。为便于说明问题，假设所有变压器为同型号。设总负荷为S，则n台变压器运行的损耗为
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式中 ΔP01，ΔQ01分别为1台变压器的空载有功和无功损耗；ΔPk1,ΔQk1分别为1台变压器的短路有功和无功损耗；K为无功损耗引起的有功损耗的经济当量，对用户变电站取0.1左右；Se1为1台变压器的额定容量。
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n 1台变压器运行时的损耗为
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当ΔPn≤ΔPn 1时，投入n台变压器，否则应投入n 1台变压器并联运行。相应的总负荷有下列两种情况：
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当
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投入n台运行；
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当
时，WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
投入n 1台运行。
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也就是通过检测并联运行变压器的总负荷S，与上式进行比较，来决定投入并联运行变压器的台数。
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在运行中设立自动和手动两种方式，其中手动方式下给出提示信息，以适应变电站的需要。
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1.2 过负荷运行管理
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由于变压器负荷经常随昼夜、季节而变化，很多时间是处于低负荷率运行状态，这样对变压器的寿命损耗较少；而在一些特殊情况下，变压器的负荷很大，甚至超过额定负荷。变压器的设计和制造是允许在一定条件下过负荷运行的，所要注意的两个问题是：不使其过于发热而引起变压器绝缘故障；防止变压器寿命损耗过大而使总的寿命有所缩短。过负荷运行多损失的寿命由低负荷运行少损失的寿命来补偿。
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为此，原能源部颁布的《电力变压器运行规程》对变压器允许的过负荷作了规定，将过负荷分为正常过负荷和事故过负荷两类。我们根据过负荷运行原则，设置了过负荷运行管理与控制功能。
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1.2.1 正常过负荷
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正常过负荷的运行原则为：
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a. 油浸式变压器在低负荷期间，负荷系数<1时，则在高峰负荷期间变压器允许过负荷的倍数和持续时间，可由过负荷倍数曲线来确定，如图1所示；
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b. 根据变压器夏季的典型负荷曲线，其最高负荷低于变压器额定容量时，则每低1%可允许冬季过负荷1%，以15%为限；
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c. 上述两项过载可以相加，但总的过负荷对油浸自冷和风冷变压器不应超过30%，对强油循环风冷和强油循环水冷的变压器不应超过20%。
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根据原则a，正常运行期间的负荷系数K1可由正常运行记录在计算机中自动生成，过负荷倍数或过负荷持续时间由人工确定其中一个数值，则可由图1确定另一数值，若无人工干预，以实际过负荷为标准，给出允许运行时间，到时报警或自动切负荷。
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图1 油浸变压器正常过负荷倍数曲线
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根据原则b，首先确定夏季的平均日最高负荷系数为
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式中 N为夏季天数(标准为152 d)；Ki为夏季第i天的最高负荷系数(运行记录中有)。
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当K<1时，在冬季可过负荷(1-K)<0.15倍，越限时报警或切负荷。
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根据原则c，在冬季考虑两项过负荷，越限时报警或切负荷。
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1.2.2 事故过负荷
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事故过负荷按规程规定执行。表1为油浸自冷变压器事故过负载允许运行时间。
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表1 油浸自冷变压器事故过负载允许运行时间 h
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| 过载 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) 倍数 |
环境温度/(℃) | ||||
| 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | |
| 1.1 | 24.00 | 24.00 | 24.00 | 19.00 | 7.00 |
| 1.2 | 24.00 | 24.00 | 13.00 | 5.83 | 2.75 |
| 1.3 | 23.00 | 10.00 | 5.50 | 3.00 | 1.50 |
| 1.4 | 8.50 | 5.27 | 3.27 | 1.75 | 0.92 |
| 1.5 | 4.75 | 3.27 | 2.00 | 1.17 | 0.58 |
| 1.6 | 3.00 | 2.08 | 1.33 | 0.75 | 0.30 |
| 1.7 | 2.08 | 1.42 | 0.92 | 0.42 | 0.15 |
| 1.8 | 1.50 | 1.00 | 0.50 | 0.22 | 0.10 |
| 1.9 | 1.00 | 0.58 | 0.30 | 0.15 | 0.08 |
| 2.0 | 0.67 | 0.37 | 0.18 | 0.10 | 0.00 |
| 1.3 变压器寿命损耗统计 WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 变压器绝缘寿命损耗与绕组的最热点温度有 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 关，国际电工委员会和《电力变压器运行规程》指出：绕组的绝缘在80～140 ℃范围内，温度每升高6 ℃，其绝缘寿命损失增加1倍，称为六度法则。并规定：变压器在额定负荷和额定冷却条件(20 ℃)下连续运行，则绕组最热点的温度是98 ℃，其寿命损耗是正常老化，寿命刚好维持到规定的年限。由上述规定可得出变压器的寿命损失为 WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 式中 θct为绕组最热点的温度；t为某一温度θct运行的时间。 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 《电力变压器运行规程》推荐了θct的计算方法： WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网  WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 式中 θct为变压器负荷为K2、运行t小时后的绕组最热点温度；θa为冷却介质温度；Δθbr为额定容量时上层油温升(自然循环取55 ℃)；Δθcr为额定容量时绕组最热点温升(78 ℃)；K1为起始负荷系数，即起始负荷值与额定容量的比值；K2为运行负荷倍数，即运行负荷值与额定容量的比值；d为损耗比，即额定容量时短路损耗与空载损耗的比值；x为计算油温升用的指数(自然循环取0.9)；y为计算热点温升用的指数(自然循环取0.8)；t为负荷是K2时的运行时间(h)；τ为额定容量时的热时间常数(自然循环取3 h)。 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 2 负荷点电压计算 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 目前变电站不具备对负荷点电压的监测功能，不能对负荷点的运行电压进行监视，当负荷点电压越限时也不能及时作出调整，影响电压质量。目前对用户供电的线路多为单端电源，针对这一特点，我们借助于计算机的计算功能，计算出各负荷点的电压。 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) 根据检测的变电站母线电压U1(线路首端)，线路负荷I，cosφ和已知线路参数x,R，由电路定律，线路末端(负荷点)电压为 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网  P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 以U1为参考相量，则I=Icosφ-jIsinφ， P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户  ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 U2=  WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 系统设置了每30 min测算一次的功能，也可根据需要测算当前时刻的值。 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 3 结论 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 文中介绍的有关变压器运行管理和负荷点电压监测方法，利用计算机的计算功能，扩展了变电站自动化技术的内容，变压器运行管理和负荷点电压监测由计算机自动实现，节省了人工处理时的繁杂计算，使得电气设备运行更安全。 P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 (责任编辑： 韦 宁) WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 作者简介： WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 刘政波(1959-)，男，高工，研究方向为电气自动化控制； WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 赵军红(1961-)，男，副教授，主要从事配电系统设计运行的教学和研究工作； WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 陈祥初(1969-)，男，讲师，主要从事信号检测与自动化控制的教学和研究工作； W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网 成曙(1967-)，男，讲师，主要从事智能仪器、机电设备故障诊断理论与方法研究。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户) 刘政波(第二炮兵四所，北京 100085) WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) 赵军红（第二炮兵工程学院，陕西 西安 710025） WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网 陈祥初（第二炮兵工程学院，陕西 西安 710025） WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 成曙（第二炮兵工程学院，陕西 西安 710025） WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 参考文献 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网 ［1］ 丁红旗.新型变电运行管理软件［J］.电力系统自动化，1997，21(7):75～76 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) ［2］ 洪良山.变电站自动化的现状与发展［J］.电力自动化设备，1999，19(4)：20～24 plcjs.技.术_网 |
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