【学术】智能变压器及其二次引线发展
西安西电变压器有限责任公司的研究人员田子九、赵立，在2014年《电气技术》杂志增刊上撰文，智能电网条件下对变压器二次引线进行系统研究，二次系统是整个电站控制和监视、监测的神经系统，变压器的二次回路和二次引线设计工艺是否合理可靠，直接关系到整个智能变压器乃至智能电网能否安全可靠运行。本文对智能变压器二次引线的规范化和施工标准进行探讨。变压器产品智能化对二次引线的技术创新要求和影响加大，应建立变压器二次引线行业性的标准和规范。通过变压器二次引线规范技术文件的建立，为变压器产品二次引线技术改进和标准规范提供了参考，有利于智能变压器的标准化、工业化生产。
1 引言
变压器在输变电系统中，具有十分重要的地位。它直接和用电设备连接,数量多,容量大,总损耗大，分布于电网各个环节,因此电力运行部门特别重视变压器的安全可靠运行。变压器运行的可靠性除制造厂家本体结构设计合理外，也在很大程度地取决于其外部信号传输和控制、监测、保护系统的准确性、可靠性，取决于二次引线设计、工艺水平。
在国家大力推进建设智能坚强电网的今天，变压器的智能化,可以提供精确的电力变压器状态信息,实现远程控制,延长运行周期,降低运行和维护费用。笔者在这里对于发展和建设智能电网条件下的变压器智能化以及对变压器二次引线技术的影响与各位进行探讨，以抛砖引玉。
2 大型智能变压器技术发展趋势
2.1 智能电网优势
根据智能电网的概念，在架构层次上，智能电网应包括数据采集、数据传输、信息集成、信息展现以及分析优化几大方面。和传统意义上的电网相比较，智能电网有以下的优势：
2.1.1 可对区域电网内变压器信息进行收集整理；
2.1.2 变压器设备的运行主要状态信息化，实现变压器实时状态可知，实时运行可控；
2.1.3 实现对变压器及相关设备信息的整合分析，以此来降低成本，提高效率，提高整个设备及电网的可靠性，优化运行和实现经济管理。
2.2 大型变压器产品发展方向
我国国民经济的迅速发展和人民生活水平的提高，对电力的需求也日趋上升，特别是东南沿海地区尤为严重。为适应和满足市场需求，变压器制造厂家不断地改进产品结构，提高产品性能，国产化国际先进制造技术，在新工艺、新材料的探索方面做着不懈的努力。
就目前的大型变压器产品发展趋势来说，主要向三个方向发展：
2.2.1 长距离的输变电线路向大容量、特大型、特高压方面发展
目前输变电线路上使用的变压器，交流输电电压等级已经由220kV，向1000 kV（即百万伏）发展，对于直流输电而言，正负800 kV及以上电压等级的特高压输电也在规划实施中。
国家电网公司提出建设特高压的“坚强智能电网”。特高压既包括1000kV交流，也包括正负800 kV直流。“十二五”期间还规划在新疆建设我国电压等级最高、输电距离最远的输电线路——±1100 kV特高压输电工程。工程有助于我国能源大范围配置能力的提升。
2.2.2 变压器智能化发展
国家发展智能电网是为了实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，降低用户的电费支出，并提高能源利用效率，实现节能减排，建成“绿色”电网。
国家电网公司“十二五”智能化规划新建110kV及以上电压等级智能变电站5100座，改造110kV及以上电压等级变电站约1000座，到2015年，国网公司经营区域110kV及以上电压等级智能站占变电站总座数的30%左右，共计投资214亿建设智能变电站。智能变电站技术难度高，涉及复杂的设备环节，变电站变压器智能化的趋势也日渐突出。
对于大型变压器设备制造企业来说，研制智能变压器有着重要的意义。智能变压器产品将在企业转型升级中创造新的利润增长点，提升企业的工业化和技术水平。
那么，智能化的变压器都有哪些好处呢？至少有两方面的好处：
一方面，客户使用智能化变压器可以优化运行状态，提高经济性。优化配置资源，提高变压器设备传输容量和利用率, 有效控制成本, 实现经济运行。
另一方面，智能化后的变压器可以实现自我保护，提高可靠性。用户实时掌控变压器设备运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；在尽量少的人工干预下，快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电事故的发生；
目前阶段，大型智能变压器设备的研究方向大致分布在这些领域：绕组应力分布实时监测技术的研究；对绕组温度分布实时监测技术的研究；变压器绝缘材料（包括变压器油、绝缘纸板等）局部放电在线监测技术的研究；绝缘油气相色谱在线监测系统的精细化、完善化研究；植物油在变压器设备使用的研究；数据信息通讯方式及接口协议的研究；套管介质损耗及电容量（泄漏电流）的在线监测技术的研究；初步实现变压器运行状态实时在线评估技术（或专家诊断系统的研究）。
西安西电变压器有限责任公司1995年左右就开始了智能变压器智能化的一些尝试，结合以往智能化成功的案例，笔者认为大型变压器的智能化可以考虑从以下几个方面来实现和探索：变压器控制箱或者汇控柜中的信号数字化；变压器部分功能自动化，如开关自动调压，冷却系统自动化等；变压器油色谱分析；油中气体及微水检测分析，监测套管电容和介损；变压器铁心接地电流检测；绕组光纤测温；局部放电测量；声学指纹测量装置；测量运行时变压器绕组和铁心振动发出的声音，从而判断故障类型。后台可留接口，待技术成熟时接入；
2.2.3 变压器的安全性、可靠性、节能和经济环保性
大型变压器安全性、可靠性重要程度不言而喻，往往变压器二次传输和控制、保护系统一旦出现事故，会影响主设备的运行。其危害波及范围广，小则一个小区，大则一个省甚至一个地区都受其危害，造成巨大的经济损失和政治影响。
“坚强智能电网”促进了变压器一次和二次的技术融合。相应对于变压器设备制造厂家，二次部分的设计、工艺水平也应紧跟发展的脚步，加大二次引线的技术革新和进步，优化变压器二次设计，适应客户的发展需求。
3 变压器二次引线优化设计的范畴
计算机网络和智能化技术的发展促进了变压器组件的智能技术提高，降低了IED产品的成本，电力用户对集控技术和变压器设备本身的在线监测技术、智能综合处理技术更高的要求，也有了经济上实现的可能。
变压器的二次引线是变压器的“神经系统”的主要组成部分，是变压器设备的控制、监测和保护组件之间的连接以及和变电站之间的通讯，是沟通设备和变电站的桥梁，影响着产品的运行质量和外观质量。
变压器二次引线的优化设计，应结合变压器设备的技术发展方向，分阶段逐步实现，同时结合、完善变压器产品的智能化，以满足智能电网测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化的总要求。内容包含变压器整体的智能解决方案，具体设计规范和相关的二次系统体系文件和标准。
4 变压器智能化对其二次引线技术的要求
输变电变压器的二次系统是整个变电站控制和监视的神经系统，随着自动化、信息、通信技术的迅猛发展，无人值守集控电站、电力调度管理自动化、变压器智能化也成为发展趋势。用户对一次设备的智能化、二次控制和保护的自动化、集控程度要求更高。用户的需要迫使二次引线设计技术面临着前所未有的崭新的挑战。
二次回路和二次引线的设计工艺应合理可靠安全。从国内外的事故分析来看，变压器引起事故，造成重大损失，有的是二次回路和二次引线本身有缺陷造成的，有的是因为系统故障时，因二次回路不能及时切除故障而造成更大的损失和次生灾害。
对于二次设备制造行业来说，也加大了技术进步的步伐，变压器的几大部件，如铁芯、线圈、油箱、绝缘和组件都有相应的二次监测技术和产品。国内外的变压器组件也更多地提供了与计算机的接口，方便联网和通讯。（比如变压器油位表增加了模拟量输出，新的免维护吸湿器需要有数字信号输出等），以上变化造成变压器二次引线中电缆、电线、光纤的增加、联线更为复杂，技术、工艺要求更高。
5 变压器智能化以及变压器二次引线优化设计
西安西电变压器有限责任公司1995年左右就开始了智能变压器的控制智能化的一些尝试，开始变压器油中气体在线监测装置的应用，在部分产品中使用变压器绕组光纤测温装置，（如在出口马来西亚提供的20台240MVA/275kV变压器中安装使用绕组光纤测温装置）
2007年出口越南山罗变电站的变压器上实现了变压器综合状态监测、评估、分析诊断。主要监测设备有底层油温、顶层油温、环境温度、变压器负载、油中气体及微水、局部放电监测、铁心接地电流监测、套管介损及电容在线监测、绕组光纤测温装置、有载开关的状态监测、集成了有载开关电压自动调整器。
为顺应变压器二次控制技术智能化的发展，西变进行变压器智能化和二次引线优化设计基础工作的探索和积累，探索出了一套行之有效的二次引线系统控制文件和施工规范，以适应即将到来的变压器智能化技术的新动向和发展要求。
5.1 低压电缆头制作规范要求
5.1.1 电缆头制作目的
在变压器控制回路常采用多芯电缆，缆芯平行且靠得很近，过电压主要是通过分布电容进行传递，静电互感系数比较大，当二次回路中的电缆靠得比较近时，一根电缆的高频电压，会通过分布电容传递到附近另一根电缆缆芯上，对二次系统控制造成干扰和影响。因此，操作过电压比感应电压大得多。
变压器上使用电缆多采用具有金属屏蔽层的电缆，为减少过电压的传递，可以通过电缆头制作来达到防干扰的目的。
5.1.2 电缆头制作方式
参考国家电网公司要求的施工工艺6，将电缆屏蔽层在电缆两端分别接地，通过规范电缆头的制作，从而使操作过电压的磁力线绝大部分集中在屏蔽层，不会进入电缆内部，避免了过电压的传递。因此，电缆接头的制作规范对于二次引线施工尤为重要。
变压器产品上常用不同类型的电缆，因其结构不同，应采用不同的电缆头制作方法来防干扰。
5.2 变压器产品二次电缆线标识、就位和敷设的规范
在二次电缆编号方面，很难找到相关的国家标准和行业规范。在变压器二次引线过程中，尤其是变压器产品电缆数量和规格很多时（比如云广换流变产品，进入端子箱电缆达到60多根电缆、溪洛渡换流变产品进入端子箱电缆和计算机接插件电缆90根左右），工人往往容易混淆、误用电缆，造成施工中的不方便和损失。
结合国家标准的要求，我们摸索出产品本体电缆编号的一套规则和办法。制定了相关的规范文件来指导编号（包含电缆编号、长度以及回路号、标记、来向、去向等相关信息），以及方便操作施工。
5.3 变压器配套控制箱的规范
变压器二次引线的装配质量和可靠性很大程度上也受限制于控制箱的设计和结构，对此，很有必要对配套控制箱的结构和布置进行要求和规范。
结合实际产品规范的经验，我公司的控制箱部分规范应抓住以下关键点：进出电缆线的规范；箱体防电磁屏蔽和防护等级的要求；接地铜排的规范；控制箱内部二次引线距离的规范；电缆备用线的规范；
5.4 变压器托线槽、穿线管的规范
变压器托线槽固定原采用槽盖和槽底穿孔紧固方式。电缆布置完成后，易遮挡住紧固螺丝孔，使得托线槽紧固操作无法完成。后来更改了图纸，改变紧固结构，方便了操作，改善了托线槽的外观质量。
出口美国产品按美标使用穿线管对电缆、电线进行防护，加强了防护等级，改善了变压器的外观质量。
6 结论
要适应变压器的智能化，企业应顺应变压器技术发展的需求，尽早着手建立变压器二次规范技术文件，优化变压器的二次引线设计，我们的实践和尝试为变压器产品二次线技术改进和标准规范提供了参考，为顺应变压器智能化的发展，进行变压器智能化和二次引线优化设计积累了基础资料。为完善变压器二次施工工艺，完善二次设计、工艺系统，赢得顾客满意打下了坚实的基础。