智能電網需要智能化變電站支撐，一個終極智能化變電站其站內所有設備應全部是智能化的，在網絡的支撐下實現信息高速交互，協同操作，從而保證更安全、經濟、可靠運行，一次設備智能化是發展智能電站的基礎。1．智能高壓設備的基本定義通過網絡接受系統控制指令，將設備的運行狀態實時反饋到系統。2．智能變壓器一個能夠在智能系統環境下，通過網絡與其他設備或系統進行交互的變壓器。其內部嵌入的各類傳感器和執行器在智能化單元的管理下，保證變壓器在安全、可靠、經濟條件下運行。出廠時將該產品的各種特性參數和結構信息植入智能化單元，運行過程中利用傳感器收集到實時信息，自動分析目前的工作狀態，與其他系統實時交互信息，同時接收其他系統的相關數據和指令，調整自身的運行狀態。3．智能變壓器組成變壓器主體；檢測設備各種狀態的傳感器；執行器；通訊網絡；變壓器智能化單元（TIED）；智能化輔助設備。4．變壓器智能化單元可簡稱TIED(TransformerIntelligentElectricDevice),這是整個智能化變壓器的核心，其內部潛有數據管理、綜合數據統計分析、推理、信息交互管理等。變壓器出廠時將各種技術參數、極限參數、結構數據，推理判據等，通過專家知識庫的數據組織形式植入智能化單元。用標準協議與其他智能系統交換信息。各種傳感器、執行器通過各自的數字化或智能化單元接入。一些簡單的模擬量、開關量可直接接入TIED。對TIED的其他要求：1）支持標準通訊協議:IEC61850和TCP/IP。2）具有互操作性，能夠與同一廠家或不同廠家的IED互聯。3）內嵌Web維護界面，支持遠程維護功能。4）帶有跟蹤自診斷功能，確保系統異常后實時報警。5）滿足室外長期運行要求，必須保證能夠在惡劣環境或極端環境和變電站強電磁干擾環境下，安全可靠運行。5．智能變壓器信號檢測技術要求5.1電壓目前變壓器各繞組的工作電壓不在本體上監測或檢測，而是由專門的PT完成，供二次系統使用。智能變壓器在運行過程中各繞組的工作電壓需要反映到智能化單元（TIED），這是評估自身運行狀態的重要參數之一，變壓器承受的電壓、電壓諧波、過勵磁狀態、傳輸容量計算、調壓過程監測都需要通過電壓分析計算。各繞組電壓參數的獲取方法：1）在變壓器內部或本體上集成電壓傳感器，具體傳感器形式可不限制，電磁式、電容式、光電式等，目前可采用技術成熟的檢測方法。傳感器獲得的低壓模擬信號直接接入智能化單元(TIED)，數字化后作為TIED的分析輸入參數或打包通過網絡向系統傳送的信號。傳感器無論采用電磁式或電容式，其容量與傳統PT相比很小。在滿足精度和信噪比要求的前提下，僅供A/D轉換用，低壓側<1mA即滿足要求。2）變壓器狀態評估所需的各繞組的電壓實時信號，通過網絡從其他智能化單元（IED）上獲取。如：獨立的智能化電壓、電流測量單元。但必須是實時信號，而不是有效值信號。TIED中應支持以上兩種電壓信號獲取方式。電壓數字化要求：分辨率：16bit采樣率：128點/周波。精度：測量0.2%保護5P5.2電流傳統變壓器各繞組的工作電流，無論是本體上帶套管CT,還是獨立測量，都是供二次保護或測量、計量系統使用，套管CT的二次通過變壓器端子箱，以模擬信號的形式（0-1A或0-5A）傳給控制室。智能變壓器在運行過程中各繞組工作電流的穩態或暫態量必須實時反映到智能化單元(TIED)，用于評估自身的運行狀態，分析變壓器負荷、電流諧波、調壓過程監測等。電流信號的獲取方法：1）在變壓器內部集成電流互感器，具體形式不限制，電磁式、電子式、光纖式等。目前套管CT技術成熟，而且數字化后CT的容量很小，目前還應以這種形式為主，在變壓器本體安裝優于其他形式。從套管CT獲取的模擬電流信號（0-10mA或0-5mA）直接送TIED數字化，作為TIED的分析輸入信號或打包通過網絡向系統傳送。與電壓信號類似，電流信號本地直接數字化，在滿足精度和信噪比要求的前提下，容量可以很小。2）外部獲取，與電壓信號外部獲取相同。在變壓器智能化單元中應支持以上兩種電流信號獲取方式。電流數字化要求：分辨率：16bit采樣率：128點/周波。精度：測量0.2%保護：5P5.3油溫傳統變壓器的油溫檢測采用油面溫度計（機械或電子式），輸出接點控制信號或模擬信號（如：4-20mA）直接控制冷卻器或通過端子箱接入主控室，有些變壓器根據用戶要求檢測油面溫度和油箱底部溫度。智能變壓器油溫檢測采用PT100，監測油面溫度、油箱底部溫度和環境溫度。PT100直接接到TIED或溫度監測智能化單元。智能化單元最少應具備5路PT100溫度檢測輸入接口。油面溫度：2路；底部溫度：2路；環境溫度：1路精度要求與目前變壓器上使用的相同。各路溫度信號直接在TIED數字化，控制冷卻器或打包傳輸，冷卻器控制指令由智能化單元給出。5.4繞組熱點溫度：目前變壓器繞組溫度檢測主要采用繞組溫度計間接檢測，即通過電流補償的形式反映繞組溫度，不能真正反映繞組的熱點溫度。新技術主要以光纖測溫為研究熱點。光纖測溫是通過預埋在繞組上的多個光纖溫度探頭實現測溫的，但由于存在很多問題，有待進一步完善和探討。1）將光纖探頭預埋在繞組上，目前需要在變壓器線圈繞制過程中預埋，工藝難度較大，且線圈繞完后需要經過多道工序處理（整形、干燥、吊裝等），進入總裝后還有多道工序才能完成整體裝配。光纖細而強度低，在此過程中很容易損壞。我公司根據用戶要求生產過幾臺類似產品，但裝配完后，光纖沒有100%完好的。2）光纖探頭測量的是單點溫度，預埋的位置是設計人員根據計算評估確定的，很難與實際熱點溫度吻合。3）光纖在變壓器繞組內部受振動、溫度、油浸等多種因素影響，壽命和精度都很難保證。由于在線圈內部，損壞后根本無法修復或更換。有些在3-5年后基本都退出運行了。總之用光纖測量繞組熱點溫度是發展趨勢，但需要在測量方法和安裝工藝上進行改進，才能進入實用階段。變壓器繞組熱點溫度測量要用改進的光纖測溫方法實現。5.5繞組變形智能變壓器需要監測繞組變形情況，目前還沒有帶電在線監測手段。非帶電檢測繞組變形也處于評估水平。如：頻響法、阻抗法、高壓脈沖法等。這些手段也僅限于非帶電評估檢測。真正的繞組變形檢測需要內置傳感器，可以考慮采用光纖檢測繞組變形。第一階段的智能變壓器可以不考慮繞組變形檢測。5.6油壓與傳統變壓器不同，智能變壓器油箱內部的油壓需要通過傳感器以模擬信號或數字信號的形式反映給TIED。同時還要保留氣體繼電器的接點信號（輕瓦斯和重瓦斯），油壓如果采用模擬傳感器，可在TIED內直接量化，也可通過A/D轉換層量化。油壓傳感器要求，目前氣體繼電器+模擬壓力傳感器。5.7油中氣體反映變壓器運行狀態的重要分析數據是油中氣體含量，目前不但有相關標準和問題分析基本判據，也有大量的經驗積累。在現有技術上開發的油氣監測裝置，從原理上主要有四種：1）傳統氣象色譜法：精度高，能準確分析多種氣體含量，但用于在線監測，結構復雜、故障率高、消耗載氣，色譜柱壽命短。2）光聲光譜法：精度適中，可分析多種氣體，但對環境要求高，穩定性一般，但不需要載氣和耗材。3）燃料電池法：僅能反映綜合氣體，且以氫氣為主，精度一般。4）氣體傳感器法：多種傳感器，分別檢測不同氣體成分。目前技術不成熟，只要是單組分傳感器。5.8局放在智能化變壓器中局放監測是必不可少的。與油氣相比，反映速度快、靈敏度高、可實現定位。近年來隨著檢測方法和手段的改進，逐步受到重視，已成為衡量變壓器絕緣性能的關鍵指標。隨著在線監測和分析方法的改進，已完全進入實際應用階段。目前變壓器局放監測主要有以下幾種方法：1）脈沖電流法：這是標準指定的方法，校驗和檢測都有標準，通過視在放電量衡量變壓器的放電水平。頻段在20kHz-400kHz，此方法是變壓器出廠試驗和驗收試驗指定的方法。用于在線監測如何克服現場干擾是關鍵問題，隨著濾波和放電信號識別算法的改進，已進入實用階段。檢測傳感器安裝在套管末屏或鐵心（夾件）接地線上。2）超高頻（或特高頻）法：這是為克服現場干擾問題而開發的一種方法。頻帶在20MHz–1500MHz之間，通過高頻天線接收某個干擾小的頻段信號，檢測放電量。這種方法用于變壓器局放在線監測還存在很多問題：1.高頻信號尤其是特高頻，傳播衰減很快，受被測設備結構影響很大，變壓器內部主要是金屬部件，監測天線無論裝在什么位置都會有盲區。2.定量困難，不但非線性，而且受放電位置影響很大，目前沒有標準。3.在變壓器上安裝困難，需要開安裝孔，對保證高壓變壓器內部油質有影響，且在單一點檢測有盲區。3）超聲法：與超高頻法類似，存在定量困難、檢測有盲區的缺點。目前主要用于局放定位，由于局放信號聲電傳輸速度差明顯，可實現局放定位。受各種電信號干擾小。大型變壓器在箱體外部檢測超聲，由于油箱磁屏蔽和箱壁的影響，靈敏度較低，一般可檢測量在1000pC以上（受放電性質和位置影響）。智能變壓器局放檢測傳感器應采用內外結合放置。外置傳感器：1）鐵心接地線上安裝高頻電流傳感器。實踐證明對于變壓器本體破壞性放電，鐵心接地線上都能檢測到。2）高壓套管末屏上安裝高頻電流傳感器，植于套管末屏引出線端，監測變壓器本體的同時，監測套管放電。內置傳感器：必須在保證變壓器運行安全可靠的基礎上，植入內部傳感器，且更換或維護不能停運或吊開變壓器。滿足上述條件的傳感器必須是無源的，并且在變壓器內部不能有電子線路。內置傳感器采用內外分置安裝法。因為脈沖電流傳感器內外安裝沒有區別，僅考慮在外部安裝。1）超聲波傳感器的分置安裝在變壓器箱壁上選定2-6個位置安裝廣角超聲波導桿，將局放超聲信號傳導至油箱外部的傳感器。波導桿組件與箱壁通過法蘭連接，外部安裝超聲傳感器。2）超高頻傳感器的分置安裝，在變壓器箱壁上選定2-4個重點檢測部位，安裝平板型高頻接收天線，天線組件與箱壁通過法蘭連接，外部設傳感器安裝法蘭。在智能變壓器中內外分置的兩種傳感器，超聲優于超高頻，因為超聲可同時評估放電部位。但對電抗器的局部放電監測，內置傳感器應采用超高頻。智能變壓器局放監測裝置（內置IED）將各傳感器接收到的信號，分析處理后，通過標準通訊協議送TIED單元。5.9鐵心接地電流鐵心接地電流由接地電流互感器轉換成（0-10mA）模擬信號或數字化信號直接接入TIED單元。5.10油質監測目前可與油氣在線監測集成在一起，監測油含水量，分析結果通過自身的IED單元送TIED，作為評估變壓器絕緣狀態的參數之一。5.11內部振動監測主要檢測運行中變壓器內部零部件的松動，目前還處于探索階段，傳感器可分置安裝。5.12其它接點狀態信號氣體繼電器：重瓦斯、輕瓦斯壓力釋放器：狀態量壓力繼電器：狀態量油位：上限、下限油流：油流狀態充氮滅火：狀態信號電吸濕器：狀態量預留狀態輸入信號：8個。這些開關量直接通過無源接點方式送TIED，由TIED直接打包。5.13有載開關有載開關具有獨立的操作機構和控制裝置，目前這些操作和控制信號以開關或模擬量方式直接接入控制室。智能變壓器中有載開關內配有一個智能單元（IED），接受TIED的指令，將開關狀態實時反饋給TIED，有載開關內含執行機構和狀態監測單元。反饋給TIED的狀態包括：1）當前開關位置2）操作電源狀態3）機械操作機構是否正常4）開關室油質5）切換開關觸頭狀態以上所有信息由開關智能化單元(IED)打包，實時傳給TIED，統一管理和控制。5.14冷卻器冷卻器的所有控制和狀態信息由冷卻器智能控制單元（IED）實現，冷卻器智能控制單元接收TIED指令，優化投切冷卻器，并將狀態實時反饋給TIED。主要信息包括：1）冷卻器電源狀態：正常、故障、斷相、停電。2）油泵狀態：正常、故障。3）各組冷卻器狀態：工作、備用、故障、全停。6.智能變壓器執行器由變壓器智能化單元（TIED）直接管理的執行單元有三個：1）冷卻器控制單元2）有載開關控制單元3）充氮滅火控制單元7.智能變壓器的保護傳統變壓器保護其保護邏輯是由二次保護系統完成的，對于智能變壓器，保護也應該由一個單獨的變壓器智能保護單元完成，因為各種開關和斷路器的動作不能由TIED完成。TIED將目前變壓器的狀態反饋給系統，變壓器智能保護單元接收狀態信息后，由預先設定的保護策略發出相應的動作指令。8．功能集成全數字化變電站乃至智能化變電站要解決的關鍵問題是過程信息共享和設備之間的互操作性，從而提高設備的重用性、電站運行的可靠性、設備的可接入性、可維護性，使其更安全可靠、經濟的運行。一個智能化電站應是由各智能化設備（IED）在統一信息模型和服務模型的網絡環境下實現信息共享和互操作。采用統一建模的網絡協議（如：IEC61850）通過網絡實現集成。這樣可解決：靈活性、接入性、可靠性、經濟性、安全性問題。變壓器信號檢測內容和控制配置1.信號測量的內容1.1保護信息端子箱1.2有載開關控制1.3冷卻系統控制箱2.設備或部件的控制2.1有載開關控制由于線路中負載電流的動態調整，線路壓降波動較大，從而導致用戶端電壓不穩定，通過采用自動電壓調整器來自動調整調相變壓器輸出端的電壓，從而保證用戶端的電壓穩定，為了防止電網中出現過高的電壓損壞用戶設備，通常采用自動電壓調整器向有載開關發生升或降電壓的命令，自動調整變壓器二次側的出口電壓，來確保下游用戶端電壓維持在允許的范圍內，確保用戶端用電設備能夠安全運行。2.2冷卻系統控制箱由于變壓器的絕緣壽命主要受溫度影響，為了確保變壓器的油溫及繞組熱點溫度處于允許的范圍內，在變壓器運行過程中需自動增加或減少冷卻設備。冷卻系統控制箱就是用來控制變壓器冷卻設備的啟動和停止，并對電機提供過載、斷相和短路保護。控制箱根據控制和執行元件的不同，分為普通繼電保護式控制箱和PLC可編程控制箱；根據冷卻裝置的種類和工作方式的不同，控制箱主要分為片散控制箱（控制對象為風機，冷卻裝置為片散）、強油片散控制箱（控制對象為風機和油泵，冷卻裝置為片散）、風冷卻器控制箱（控制對象為風冷卻器）和水冷卻器控制箱（控制對象為水冷卻器）。2.3充氮滅火裝置當變壓器因故障著火時，著火點附近的探測器就會將著火信號發送到控制屏，同時變壓器本體的氣體繼電器將重瓦斯信號發送到控制屏，當控制屏接收到這兩種信號后，先打開滅火箱中的排油閥將變壓器油箱頂部的適量熱油排出，此時變壓器儲油柜里的油經過關閉閥向變壓器油箱里排油，由于通過關閉閥的油流涌動從而使得關閉閥關閉以防止儲油柜內的油流入變壓器油箱，當變壓器油箱排出適量的熱油后，滅火箱中的氮氣閥打開，氮氣瓶中的高壓氮氣充入變壓器油箱下部，對油箱內上下油層攪動混合，使燃燒中的油的溫度冷卻到燃點以下，同時，氮氣覆蓋在油層表面，使變壓器油箱頂部油層表面與空氣隔開，以達到迅速滅火的目的。3.狀態檢測3.1氣體繼電器變壓器內的慢性故障產生的氣體將匯集在氣體繼電器中，通過分析故障氣體的類型可判斷變壓器的內部的故障類型。同時氣體繼電器內收集的氣體達到一定的體積后，會向控制箱發出報警輕瓦斯報警和重瓦斯動作信號，變壓器內的快速故障，如內部短路或存在嚴重的放電，都會快速使絕緣油裂解，快速產生大量氣體，從而推動變壓器內的油迅速向儲油柜流動，從而推動氣體繼電器的油流擋板，發出重瓦斯跳閘信號。氣體繼電器作為變壓器的主保護，是變壓器運行的核心保護器件。3.2溫度計將溫度計溫包安裝在變壓器箱蓋上的溫度計座內，用來測量油頂層溫度。主要用來啟停冷卻系統，同時可以向控制室發出報警和跳閘信號。可以以PT100電阻或DC4-20mA的模擬信號上傳油面溫度給控制室。使用戶可以在控制室或其它更遠的地方了解變壓器油頂層溫度。由于該測量方法直接可靠，是變壓器運行的主要保護器件之一。3.3繞組溫度計繞組溫度計是用來測量變壓器繞組熱點溫度的。溫度計溫包插入油箱箱蓋上的溫度計座內，當變壓器內部油溫升高時，繞組溫度計的溫包內的感溫介質體積隨之增大，這個體積增量通過毛細管傳遞到儀表內彈性元件上，使之產生一個相對應的位移；同時變壓器的負載電流（與變壓器負荷成正比）通過電流互感器CT二次側輸出給電流匹配器，經過電流匹配器變流后，輸出與變壓器銅油溫差相對應的電流給電熱元件，通過電熱元件加熱后，彈性元件又增加一個位移量，兩個位移經機構放大后便可驅動指針指示被測繞組熱點溫度，并驅動微動開關。主要用來啟停冷卻系統，同時可以向控制室發出報警和跳閘信號。可以以PT100電阻或DC4-20mA的模擬信號上傳油面溫度給控制室。使用戶可以在控制室或其它更遠的地方了解變壓器油頂層溫度。由于該測量方法屬于間接測量，測量結果并不能真實準確的反映繞組的熱點溫度，是變壓器運行的非主要保護器件。3.4壓力釋放器壓力釋放閥是變壓器的壓力保護裝置，安裝在變壓器油箱的頂部，當由于故障引起油箱內壓力過高時，壓力釋放閥開啟，將油箱內的油噴出以釋放壓力防止油箱爆裂，同時壓力釋放閥的微動開關動作發出跳閘信號使變壓器停止運行。是變壓器運行的主要保護器件之一。3.5壓力繼電器由于受安裝位置和安裝數量以及壓力釋放器本身的動作原理的限制，在變壓器發生快速故障時，不能非常有效的對油箱進行保護。因此為了保證變壓器發生突發壓力時的安全，選用壓力繼電器作為變壓器的突發壓力保護裝置，安裝在變壓器油箱的頂部或側壁，當變壓器由于故障引起油箱內壓力升高的速率超過規定值時，壓力繼電器迅速動作發出跳閘信號使變壓器停止運行,防止變壓器故障進一步發展。是變壓器運行的主要保護器件之一。3.6油位計油位計用來監視儲油柜內油位狀態，當儲油柜內的油位高于上限油位或低于下限油位時，均能發出報警信號，以DC4-20mA的模擬信號上傳儲油柜的油位狀態給控制室。使用戶可以在控制室或其它更遠的地方了解變壓器儲油柜的油位狀態。是變壓器運行的非主要保護器件之一。3.7氣體在線監測儀由于目前的常規試驗方法和實驗周期仍存在一定的局限性，而氣體在線監測儀能在線監測變壓器內部各種氣體的組分（H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO、CO2、02）及含量和水的含量；一些事故的先兆信息能及時捕捉到。但是由于對氣體在線監測儀價格、運行壽命及運行過程中的維護方面的考慮，目前只有部分大型變壓器上增加氣體在線監測設備，是變壓器運行的非主要保護器件之一。隨著電能需求量的增大、電力系統電壓等級的提高、設備容量的增大，人們對供電可靠性提出了越來越高的要求，從近年來變壓器的事故情況來看，許多事故是在無任何先兆的情況下發生的，這說明了為了提高變壓器運行的可靠性，在大型變壓器上增加一些在線監測設備已成為一種趨勢和必然。3.8套管監測儀主要在線監測變壓器套管的電容和介損。能盡早發現套管內部存在的潛伏性故障并可隨時掌握故障的發展情況，由于套管監測儀須從套管末屏引出信號，改變了套管末屏傳統的死接地的方式，對套管的安全運行存在一定的風險（我公司原則上不同意增加套管監測儀），是變壓器運行的非主要保護器件之一。3.9充氮滅火裝置控制屏是滅火裝置的控制部件，安裝在用戶的控制室，它能接收火探測器、關閉閥和氣體繼電器發出的信號并控制滅火箱進行排油和注氮一系列滅火動作完成，同時顯示滅火裝置的工作狀態。目前常采用滅火裝置油充氮滅火系統和水噴霧滅火系統。它們是變壓器運行

的主要保護器件之一。3.10保護繼電器有載開關保護繼電器在有載開關