電力變壓器智能二次組件試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)接線及防護(hù)措施研究

李川， 秦偉， 李筍

(1.山東電工電氣集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250002; 2.山東電力設(shè)備有限公司，山東 濟(jì)南 250022; 3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟(jì)南 250001)

電力變壓器智能二次組件試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)接線及防護(hù)措施研究

李川1， 秦偉2， 李筍3

(1.山東電工電氣集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250002; 2.山東電力設(shè)備有限公司，山東 濟(jì)南 250022; 3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟(jì)南 250001)

針對(duì)智能變壓器整體聯(lián)調(diào)試驗(yàn)對(duì)智能組件正常工作的干擾進(jìn)行分析和研究，結(jié)合110 kV、220 kV和500 kV智能變壓器檢測(cè)試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，總結(jié)智能組件空間布置、現(xiàn)場(chǎng)接線及電磁防護(hù)等技術(shù)措施，保證試驗(yàn)順利通過(guò)，為工程現(xiàn)場(chǎng)安裝提供可行的技術(shù)依據(jù)。

變壓器;智能組件;整體聯(lián)調(diào)試驗(yàn);電磁防護(hù); 現(xiàn)場(chǎng)安裝

0 引 言

在智能變壓器檢測(cè)試驗(yàn)中，在線運(yùn)行的二次組件能否承受高電壓、大電流、高溫等試驗(yàn)條件的考驗(yàn)并正常運(yùn)行，成為智能變壓器試驗(yàn)中最為關(guān)注的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，科學(xué)合理地布置試驗(yàn)接線方案及電磁防護(hù)措施可以有效地消除及減弱變壓器本體試驗(yàn)時(shí)高電壓、大電流等對(duì)二次組件的干擾甚至破壞作用，保證二次組件可靠正常運(yùn)行，從而順利通過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)，同時(shí)也為變壓器智能二次組件的現(xiàn)場(chǎng)布線安裝提供了可行的參考方案。

1 變壓器主要智能組件介紹

變壓器智能組件由測(cè)量、控制、監(jiān)測(cè)等IED集合而成，是承擔(dān)變壓器本體智能化核心功能的一種變壓器組件，通過(guò)電纜或光纖與變壓器本體連接成有機(jī)整體[1]6。

目前的變壓器智能組件產(chǎn)品主要包括了：測(cè)量IED、冷卻裝置控制IED、有載分接開(kāi)關(guān)控制IED、局部放電監(jiān)測(cè)IED、油中溶解氣體監(jiān)測(cè)IED、繞組溫度監(jiān)測(cè)IED、非電量保護(hù)IED、測(cè)控裝置、監(jiān)測(cè)主IED等，其組織架構(gòu)如圖1所示。

圖1 變壓器智能組件架構(gòu)圖

根據(jù)變電站現(xiàn)場(chǎng)要求及變壓器技術(shù)要求不同，配置的智能組件的種類也有所區(qū)別，如冷卻裝置控制IED根據(jù)變壓器冷卻方式的不同選配。各智能組件的主要技術(shù)特點(diǎn)如表1所示。

雖然各智能組件都需要低電壓供電，且需要進(jìn)行信號(hào)傳輸(網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、電信號(hào)、光信號(hào)等)，但各智能組件在現(xiàn)場(chǎng)的安裝位置和接線方式存在較大的區(qū)別，因此，變壓器本體試驗(yàn)時(shí)對(duì)各智能組件的干擾情況完全不同，采取的防護(hù)措施也不同。

以油中溶解氣體監(jiān)測(cè)IED和繞組溫度監(jiān)測(cè)IED的現(xiàn)場(chǎng)安裝接線為例，如圖2、圖3所示。油中溶解氣體監(jiān)測(cè)IED在變壓器本體取油樣，經(jīng)油管進(jìn)入保護(hù)柜內(nèi)，油樣數(shù)據(jù)的處理、控制模塊、通訊模塊全部安裝在保護(hù)柜內(nèi)，經(jīng)保護(hù)柜的防護(hù)和屏蔽，變壓器本體試驗(yàn)對(duì)油中溶解氣體監(jiān)測(cè)IED的干擾基本可以忽略。而繞組溫度監(jiān)測(cè)IED，在變壓器本體的光纖出口取得繞組溫度值的光信號(hào)，先進(jìn)入交配連接器，交配連接器不僅能現(xiàn)場(chǎng)顯示溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為485信號(hào)，上傳至保護(hù)柜內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)IED，光信號(hào)是不受電磁干擾影響的，但由于交配連接器的存在(安裝在變壓器本體近旁)，低電壓裝置及485信號(hào)線纜直接暴露在外面，變壓器本體試驗(yàn)時(shí)高電壓、大電流信號(hào)對(duì)其存在很強(qiáng)的干擾，甚至將交配連接器損壞。

表1 各智能組件的主要技術(shù)特點(diǎn)

圖2 油中溶解氣體監(jiān)測(cè)IED現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖

圖3 繞組溫度監(jiān)測(cè)IED現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖

2 智能變壓器試驗(yàn)簡(jiǎn)介

智能變壓器試驗(yàn)主要由兩大部分組成：智能組件通用性能試驗(yàn)和智能變壓器整體試驗(yàn)[1]6-9。智能組件通用性能試驗(yàn)由二次組件生產(chǎn)廠家完成，其提供給變壓器生產(chǎn)廠家的二次組件設(shè)備必須在出廠前完成這些試驗(yàn)檢測(cè)并合格。

智能變壓器整體試驗(yàn)是建立在整體聯(lián)調(diào)狀態(tài)上的。整體聯(lián)調(diào)狀態(tài)，變壓器本體、傳感器、智能組件按實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)組合在一起，智能組件與站控層模擬系統(tǒng)連接在一起，變壓器本體受控組(部)件、傳感器、智能組件、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備以及站控層模擬系統(tǒng)均處于正常工作狀態(tài)[2]。

3 智能變壓器試驗(yàn)布置方案

目前智能變壓器檢測(cè)試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)布置方案在行業(yè)內(nèi)還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，各變壓器生產(chǎn)廠家本著盡量保證智能組件安全工作的原則，進(jìn)行試驗(yàn)裝置的空間布置和接線。根據(jù)110 kV、220 kV和500 kV智能變壓器檢測(cè)試驗(yàn)實(shí)際參與過(guò)程遇到的問(wèn)題，探索出一套有效的解決方法，對(duì)智能變壓器試驗(yàn)方案做以下技術(shù)性總結(jié)。

3.1 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)裝置的空間布置

對(duì)智能變壓器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的空間布置方案，主要遵循幾項(xiàng)基本原則：

(1)保留足夠的裝置放置、操作人員接線操作的空間；

(2)距離試驗(yàn)大廳接地點(diǎn)的距離盡可能短，且單點(diǎn)接地，接地線接觸良好；

(3)所有智能組件置于具有電磁防護(hù)功能的柜體內(nèi)。

(4)各信號(hào)線和連接線布置整齊，隔離良好，不相互干擾。

圖4給出了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)空間布置平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 智能變壓器整體聯(lián)調(diào)試驗(yàn)空間布置平面示意圖

3.2 試驗(yàn)技術(shù)性問(wèn)題總結(jié)及解決方案

根據(jù)智能變壓器整體聯(lián)調(diào)試驗(yàn)內(nèi)容，局部放電試驗(yàn)、有載分接開(kāi)關(guān)試驗(yàn)、冷卻裝置試驗(yàn)和溫升試驗(yàn)，主要是檢測(cè)智能組件的工作狀態(tài)是否正常和準(zhǔn)確，這些試驗(yàn)項(xiàng)目，變壓器本體與二次組件之間基本不存在相互干擾，因此，即使對(duì)智能組件不做任何特殊的防護(hù)或屏蔽，試驗(yàn)也能夠順利的通過(guò)，上述試驗(yàn)項(xiàng)目的重點(diǎn)在于：檢測(cè)IED設(shè)備能否正常工作及運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)的準(zhǔn)確性，110 kV、220 kV及500 kV智能變壓器試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)[3]。

電力變壓器與智能組件聯(lián)調(diào)試驗(yàn)的工作主要集中在：雷電沖擊試驗(yàn)時(shí)，如何保證低壓智能二次設(shè)備正常工作，不發(fā)生死機(jī)或元件損壞，信息傳遞不漏傳、不誤傳。下面將分別討論雷電沖擊試驗(yàn)對(duì)智能組件的影響。

(1)供電方案選擇

在電力變壓器試驗(yàn)大廳操作規(guī)范中，有明確規(guī)定：在進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)，除雷電發(fā)生器相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備通電外，其余不相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備均拉閘斷電。試驗(yàn)設(shè)備所需AC380 V或AC220 V電源由遠(yuǎn)方引入經(jīng)隔離變壓器后接入，試驗(yàn)設(shè)備的外殼均保持良好接地。試驗(yàn)大廳的常規(guī)供電方案如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)大廳供電方案

出于對(duì)用電人員人身安全的考慮，隔離變壓器輸出側(cè)中性線不接地。但是，智能變壓器聯(lián)調(diào)試驗(yàn)時(shí)，所有智能組件的工作電壓為AC380 V或AC220 V或DC220 V。當(dāng)雷電沖擊試驗(yàn)的大電流信號(hào)泄入大地，地電位嚴(yán)重抬升，且高次諧波電壓信號(hào)串入低壓電源線路，超過(guò)二次設(shè)備的暫態(tài)大電壓承受范圍，將二次設(shè)備燒壞，帶有電源保護(hù)模塊的裝置會(huì)斷電自保。

為了消除懸浮電位對(duì)隔離變壓器的影響，確保用電安全，同時(shí)濾除雷電沖擊產(chǎn)生的高次諧波信號(hào)，設(shè)計(jì)的供電方案圖如圖6所示。

在實(shí)際試驗(yàn)中，AC380 V隔離變壓器輸出側(cè)中性線未接地，未添加AC220 V隔離變壓器，沒(méi)有添加浪涌保護(hù)器前，多個(gè)自身不帶電源防護(hù)的裝置在雷電沖擊試驗(yàn)時(shí)，電源模塊被打壞或者斷電自保。根據(jù)上述原則設(shè)計(jì)的供電方案，保證了現(xiàn)場(chǎng)用電的安全性，同時(shí)有效避免了雷電沖擊試驗(yàn)對(duì)智能組件供電安全的影響。

圖6 智能變壓器聯(lián)調(diào)試驗(yàn)裝置供電方案

(2)通訊方案設(shè)計(jì)

110 kV及以上電力變壓器的雷電沖擊試驗(yàn)電壓(全波)在幾百甚至上千千伏，試驗(yàn)時(shí)，會(huì)在空間范圍內(nèi)產(chǎn)生十分強(qiáng)烈的電磁感應(yīng)。如此大的電壓通常是通訊模塊無(wú)法承受的，因此，在智能變壓器聯(lián)調(diào)試驗(yàn)過(guò)程中，多次出現(xiàn)了通訊中斷、某一通訊單元被打壞等現(xiàn)象。

通過(guò)對(duì)電通訊信號(hào)傳輸過(guò)程進(jìn)行電磁防護(hù)，減弱甚至消除雷電沖擊試驗(yàn)的電磁干擾。防電磁干擾主要有三項(xiàng)措施，即屏蔽、濾波和接地[4]。但是單純對(duì)二次設(shè)備采用屏蔽不能夠提供完整的電磁干擾防護(hù)，因?yàn)樵O(shè)備或系統(tǒng)上的電纜是最有效的干擾接收與發(fā)射天線。對(duì)二次設(shè)備的抗干擾措施，特別是供電及信號(hào)線纜的抗干擾方法做了大量實(shí)踐性研究，提出了屏蔽和接地配合的抗干擾方法。與此對(duì)應(yīng)的，屏蔽型線纜成為變壓器二次設(shè)備供電線及信號(hào)線的唯一選擇，通過(guò)屏蔽層接地，將外來(lái)的干擾信號(hào)導(dǎo)入大地。

屏蔽線根據(jù)屏蔽層的數(shù)量和結(jié)構(gòu)組成，包括：?jiǎn)纹帘尉€、雙屏蔽線、金屬鎧裝雙屏蔽線等。根據(jù)屏蔽層的接地方式又分為：?jiǎn)纹帘螁味私拥?、單屏蔽雙端接地、雙屏蔽內(nèi)單端接地外雙端接地、雙屏蔽層內(nèi)外均雙端接地等[5]。文獻(xiàn)[6]中明確規(guī)定：當(dāng)采用屏蔽電纜時(shí)其屏蔽層應(yīng)至少在兩端等電位連接，當(dāng)系統(tǒng)要求只在一端做等電位連接時(shí)，應(yīng)采用兩層屏蔽，外層屏蔽按前述要求處理。此時(shí)，外層屏蔽由于電位差而感應(yīng)出電流，因此產(chǎn)生降低源磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁通，從而基本上抵消掉沒(méi)有外屏蔽層時(shí)所感應(yīng)的電壓。如果是防止靜電干擾，必須單點(diǎn)接地，不論是一層還是二層屏蔽。因?yàn)閱吸c(diǎn)接地的靜電放電速度是最快的。

智能變壓器聯(lián)調(diào)試驗(yàn)時(shí)，智能組件必須滿足嚴(yán)格的外部電擊和防雷要求，對(duì)此指定了現(xiàn)場(chǎng)電磁防護(hù)方案，如表2所示。

在實(shí)際的智能變壓器聯(lián)調(diào)試驗(yàn)中，對(duì)采用單屏蔽線和雙屏蔽線、單屏蔽線單端接地和雙端接地、雙屏蔽層內(nèi)屏蔽層單端接地和雙端接地進(jìn)行了相同試驗(yàn)下的屏蔽效果比較，最終確定了表2中最佳的屏蔽接線方案。例如，某電壓等級(jí)變壓器中壓50%全波雷電沖擊時(shí)，485信號(hào)線A線對(duì)地共模電壓幅值，單屏蔽線雙端接地幅值小于單端接地的三分之二；雙屏蔽線、內(nèi)屏蔽層雙端接地時(shí)，共模電壓幅值約為單屏蔽線雙端接地時(shí)的一半；而雙屏蔽線、內(nèi)屏蔽層單端接地，電壓幅值又將為內(nèi)屏蔽層雙端接地時(shí)的一半。對(duì)電源線對(duì)地共模電壓幅值4 mA～20 mA信號(hào)線A與B線間差模電壓幅值進(jìn)行同樣的試驗(yàn)比較，也證明了上述方案的正確性。

表2 智能變壓器聯(lián)調(diào)試驗(yàn)電磁防護(hù)方案

(3)其他問(wèn)題

原有的變壓器本體試驗(yàn)時(shí)，傳統(tǒng)PT電阻型繞組和油面溫度計(jì)不上電運(yùn)行。在雷電沖擊試驗(yàn)時(shí)，PT電阻型溫度計(jì)上電后，更換多個(gè)模塊均被打壞。分析原因主要有三點(diǎn)可能性：電磁干擾從電源線串入、電磁干擾從4 mA～20 mA通訊線串入、裝置自身的電磁防護(hù)等級(jí)不夠。

試驗(yàn)先后選用了國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口的多款PT型溫度計(jì)，在對(duì)電源線4 mA～20 mA信號(hào)線采取相關(guān)電磁屏蔽措施后，各產(chǎn)品出現(xiàn)了截然不同的試驗(yàn)結(jié)果，某些溫度計(jì)可以順利通過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)，但某些廠家的溫度計(jì)每次均被雷電沖擊試驗(yàn)打壞。分析原因主要是裝置自身的電磁防護(hù)等級(jí)有較大差別，在變壓器二次組件的安裝要求中，組件外殼必須接地，避免過(guò)高懸浮電位導(dǎo)致裝置內(nèi)電子器件無(wú)法正常工作甚至損壞。相關(guān)廠家根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)產(chǎn)品做了技術(shù)改進(jìn)，如增強(qiáng)設(shè)備外殼電磁防護(hù)等級(jí)、增強(qiáng)傳輸線纜的電磁防護(hù)等，改進(jìn)后的產(chǎn)品順利通過(guò)變壓器雷電沖擊試驗(yàn)。

因此，在智能組件的選型時(shí)，智能組件產(chǎn)品必須達(dá)到規(guī)定的出廠試驗(yàn)要求，并具有良好的電磁防護(hù)方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

電力變壓器的智能化還處于試點(diǎn)推廣階段，對(duì)智能變壓器檢測(cè)試驗(yàn)的研究和探討還在不斷深入。本文結(jié)合110 kV、220 kV和500 kV智能變壓器檢測(cè)試驗(yàn)中遇到的實(shí)際問(wèn)題，認(rèn)真討論了智能變壓器檢測(cè)試驗(yàn)的技術(shù)方案，保證智能聯(lián)調(diào)試驗(yàn)中智能組件的正常安全工作，為智能變壓器的試驗(yàn)及工程現(xiàn)場(chǎng)的安裝布線提供可行的技術(shù)依據(jù)。

[1] 劉有為，李丹，李剛，等.Q/GDW 736.1智能電力變壓器技術(shù)條件 第1部分：通用技術(shù)條件[S]. 北京：國(guó)家電網(wǎng)公司, 2012.

[2] 趙永志，劉世明.智能變壓器設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

[3] 劉有為,李剛，任雁命，等.Q/GDW 410 智能高壓設(shè)備技術(shù)導(dǎo)則[S]. 北京：國(guó)家電網(wǎng)公司, 2012.

[4] 陳武. 電磁干擾的構(gòu)成要素及傳播[J]. 理學(xué)愛(ài)好者(教育教學(xué)版), 2012,12(2):9.

[5] 顧希如. 電磁兼容的原理、規(guī)范和測(cè)試[M]. 北京:國(guó)防工業(yè)出版社, 1988.

[6] 林維勇，黃友根，焦興學(xué)，等.GB50057-2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建設(shè)出版社, 2010.

Research on Field Wiring and Protective Measures for the Test on Secondary Intelligent Components of the Power Transformer

Li Chuan1, Qin Wei2, Li Sun3

(1. Shandong Electrical and Electric Group Co., Ltd., Jinan Shandong 250002, China;2. Shandong Power Equipment Co., Ltd., Jinan Shandong 250022, China;3. State Grid Shandong Electric Power Company, Jinan Shandong 250001, China)

This paper analyzes and studies the interference of the overall debugging test of intelligent transformers upon normal operation of intelligent components. According to field inspection tests on 110kV, 220kV and 500kV intelligent transformers, it summarizes technical measures such as spatial arrangement of intelligent components, field wiring and electromagnetic protection to ensure that the test can be passed smoothly, thus providing feasible technical grounds for field installation.

transformer; intelligent component; overall debugging test; electromagnetic protection; field installation

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.06.016

TM406

A

1000-3886(2016)06-0051-03

李川 (1985-)，男，山東淄博人，工程師，碩士，主要從事技術(shù)研發(fā)及科技管理工作。

定稿日期: 2016-06-15