CN101976849A - 智能投切变压器组的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种智能投切变压器组的方法及装置，属于智能电力设备领域。其特征在于：包括以下步骤：(1)根据最大负载与最小负载的倍数关系确定变压器的台数N，将N台等容等阻抗变压器并联设置，构成变压器组；(2)通过设置在变压器组一次侧的数据采集器，采集变压器组运行时的实时电气参数；(3)计算变压器组中已投用的变压器的额定电气参数，对实时电气参数和额定电气参数进行计算、比较和分析；(4)将计算、对比和分析的结果输入中央处理器，中央处理器根据结果，操作控制执行机构完成变压器组中备用变压器的投入或切除，先投入的备用变压器，在负载变小时先切除。本发明适用于负荷变化大的地方，节约空、负载损耗、减少停电维修，提高供电可靠性。

Description

智能投切变压器组的方法及装置
技术领域
本发明提供一种根据负载情况智能投切变压器组的方法及装置，属于智能电力设备领域。
背景技术
电力系统用电负荷，特别是生活小区、医院、学校、办公楼及不连续工作的厂矿，每天都在周而复始的进行着高峰-低谷-高峰多次变化，节假日期间更是白白浪费大量电量。
目前，变压器容量的选取基本是参照高峰容量参考同时率的方法，低负荷时，多数时间的运行容量只有高负荷的十几乃至几十分之一左右。而大小容量的变压器，空载损耗差别很大，负载损耗更是空载损耗的近十倍。几十年来，为了节省空载损耗，变压器进行了几次大的改型，空载损耗大大降低，人们为了减少电力系统低谷时段电力变压器的空载损耗，常采用两种方法：一种方法是采用两台变压器列运行，另一种方法是采用调容变压器，用电负荷高峰时段变压器全容量投入运行，用电负荷低谷时段变压器调为小容量运行。
目前，变压器运行投退操作都需要靠运行值班人员根据负荷的大小进行操作，也就是负荷大靠值班人员去操作投入两台变压器，所需负荷小时退出变为一台变压器。特别是调容变压器改变容量操作需要在停电状态下进行，每次调容变压器改变容量操作都要对用户停电，此操作耗用时间长，而且值班人员的劳动强度大，并且存在不安全的误操作因素。
这些原有的变压器，容量不符合实际状况，调节范围不够，只能节省空载而损耗，负载损耗不能节省，负载损耗是空载损耗的近十倍，耗能更大。变压器出现故障不能及时检测出来，只能停电检修，影响供电可靠性，影响正常用电。计划停电和无准备突然停电的造成的损失大不同。生活小区不同时段的负荷差别极大，且低负荷时段远大于高负荷时段，这就需要变压装置应该有一个变化的过程，否则容易造成损耗巨大，或者容量不够，造成变压器烧坏。实际运行中，三相电的每相负载不同，也容易出现事故。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种根据负载情况实现自动投入/切除变压器组中供电变压器的数量，以达到节省大量空载损耗，特别是节省大量负载损耗，并且可实现减少停电次数，减少无计划检修停电，增加变压器综合运行寿命，提高供电可开靠性的智能投切变压器组的方法。
本发明的另一目的是提供一种可以实现该方法的根据负载情况自动投切的智能投切变压器组的装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：变压器并列经济运行自动投切方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)根据最大负载与最小负载的倍数关系确定变压器的台数N，将N台等容等阻抗变压器并联设置，构成变压器组；
(2)通过设置在变压器组一次侧的数据采集器，采集变压器组运行时的实时电气参数；
(3)计算变压器组中已投用的变压器的额定电气参数，对实时电气参数和额定电气参数进行计算、比较和分析；
(4)将计算、对比和分析的结果输入中央处理器，中央处理器根据结果，操作控制执行机构完成变压器组中备用变压器的投入或切除，先投入的备用变压器，在负载变小时先切除。
N台等容等阻抗的变压器并联形成变压器组，通过受中央处理器控制的开关控制并联经济运行，实现自动投切，先投入的备用变压器，在负载变小时先切除，后投入的备用变压器，在负载变小时后切除，使得变压器循环被接入使用，提高整体变压器组的寿命。已投用的变压器是指变阻器组中，已经接入，正在运行中的变压器。备用变压器是指变压器组中以投用运行的变压器之外的剩余的变压器。
其中优选的方案是：
所述的数据采集器为高压电能数据终端，其输入端设置在变压器组的每台变压器的一次侧，采集的参数为电压、电流、功率、功率因数和电能量。也可以选择其中的几个参数进行采集。
所述的中央处理器至少包括一个PLC，PLC的输出端控制执行机构，执行机构由开关装置组成，开关装置的触点设置在变压器组中备用变压器上。也可以采用单片机控制器，在其输出端连接执行机构。开关装置可以用晶闸管、可控硅、无触点开关、继电器、有载开关代替。
所述的计算、比较和分析是指计算实时电气参数和已投用变压器的额定电气参数得出实时判断数据和额定判断数据，比较实时判断数据和额定判断数据两者之间的大小关系、差额和倍数，分析是否需要投入/切除变压器，如果实时判断数据在额定判断数据正常运行范围之内，则无需动作；如果实时判断数据小于额定判断数据正常运行范围，则需要切除变压器；如果实时判断数据大于额定判断数据正常运行范围，则需要投入变压器。
一种实现上述的方法的智能投切变压器组的装置，包括变压器，变压器一次侧连接高压母线，二次侧连接负载，其特征在于：设置三台以上台备用变压器并联成为变压器组，在高压母线设数据采集器，数据采集器的输出端设置连接中央处理器的输入端，中央处理器的输出端通过逻辑控制器连接执行机构，执行机构的触点设置在变压器组上。
其中：
所述的数据采集器为高压电能数据终端，其输出端通过网络接线电路连接中央处理器的输入端。网络接线电路为RS485、RS232或者RJ45接口电路，便于远距离数据传输，实现远程监测，还可以报警。还可以采用光电转换器连接光纤更可靠的实现远距离数据传输任务。
所述的执行机构的触点设置在各台备用变压器的一次侧。触点的吸合和断开实现备用变压器的投切。根据切除变压器的需要，也在二次侧设置触点，将二次侧也切除。
所述的执行机构为固态继电器。也可以是其他实现方法。
所述的多台备用变压器为等容量、等阻抗变压器。也可以是差额容量变压器，便于准确投切。
所述的多台备用变压器三相角接结构。也可以采用三相星接结构。还可以各种接线方式共存(如单相、y/yn0、dyii)。
本发明智能投切变压器组的方法及装置所具有的有益效果是：该方法通过检测变压器的运行参数，并且进行处理和控制变压器的投入或者切除，使得：
1、该方法检测变压器运行的参数，能及时准确调整变压器的容量达到的经济运行，有效地降低变压器的运行损耗；
2、由于该方法是自动完成变压器的并列运行投切工作，减去了运行人员的复杂繁重倒闸操作，同时更重要的一条是减少了误操作，提高供电可靠性；
3、多台变压器的并列经济运行，负载小时，切除多余变压器，可以有效减低空载损耗；
4、故障时及时切除变压器并报警，通知更换。
5、根据控制，先投入的变压器，在负载变小时，先切除，后投入的备用变压器，后切除，使得变压器循环被接入使用，提高整体变压器组的寿命。
实现本方法的装置带来的有益效果还具有：适用于负荷变化较大的地方，特别是生活小区等，节约负载、空载损耗节能省电，增加供电可靠性，某台变压器出现故障可及时推出，不用停电维修，使用方便，可以完全适用应对计划性和突发性停电。
附图说明
图1为本发明的原理运行方框图；
图2为本发明的电气原理方框图；
图3为本发明的变压器组的电气原理图；
其中：KA1-KAn-1、KAn、接触器    KA1-1、KA1-2、KA1-3……KAn-1-1、KAn-1-2、KAn-1-3、触点    I1-I3、电流传感器    Vab、Vbc、Vca、电压传感器    T1-Tn、变压器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
实施例1：
如图1所示，智能投切变压器组的方法，包括以下步骤：
(1)设置N台等容等阻抗变压器并联构成变压器组，变压器的台数N根据最大负载与最小负载的倍数关系确定；
(2)通过设置在变压器组一次侧的数据采集器，采集变压器组运行时的实时电气参数；
(3)计算变压器组中已投用的变压器的额定电气参数，对实时电气参数和额定电气参数进行计算、比较和分析；
(4)将计算、对比和分析的结果输入中央处理器，中央处理器根据结果，操作控制执行机构完成变压器组中备用变压器的投入或切除，先投入的备用变压器，在负载变小时先切除。后投入的备用变压器，在负载变小时后切除，使得变压器循环被接入使用，提高整体变压器组的寿命。
数据采集器为高压电能数据终端，其输入端设置在变压器组的每台变压器的一次侧，采集的参数为电压、电流、功率、功率因数和电能量。也可以选择其中的几个参数进行采集。高压电能数据终端采用传感器式高压电能表。
中央处理器至少包括一个PLC，PLC的输出端控制执行机构，执行机构由开关装置组成，开关装置的触点设置在变压器组中备用变压器上。也可以采用单片机控制器，在其输出端连接执行机构。开关装置可以用晶闸管、可控硅、无触点开关、继电器、有载开关代替。
计算、比较和分析是指计算实时电气参数和已投用变压器的额定电气参数得出实时判断数据和额定判断数据，比较实时判断数据和额定判断数据两者之间的大小关系、差额和倍数，分析需要投入/切除的备用电压器的台数，如果实时判断数据在额定判断数据正常运行范围之内，则无需动作；如果实时判断数据小于额定判断数据正常运行范围的下限，则计算需要切除的备用变压器数量；如果实时判断数据大于额定判断数据正常运行范围的上限，则需要接入备用变压器。
如图2所示，变压器一次侧连接高压母线，二次侧连接负载，设置N台备用变压器并联成为变压器组，在高压母线设数据采集器，数据采集器的输出端设置连接中央处理器的输入端，中央处理器的输出端通过逻辑控制器连接执行机构，执行机构的触点设置在变压器组上。执行机构由接触器KA1-KAn-1和接触器KAn构成。
高稳定性的高压电能数据终端，其输出端通过485接口电路连接中央处理器的输入端。实现网络接线电路为除了RS485外，还可以采用RS232或者RJ45接口电路，便于远距离数据传输，实现远程监测，还可以报警。还可以采用光电转换器连接光纤更可靠的实现远距离数据传输任务。
接触器KA1-KAn-1的触点设置在各台变压器T2-Tn的一次侧。触点的吸合和断开实现备用变压器的投切。接触器KAn的触点设置在其他需要的地方，如接入线或者中央处理和逻辑控制器的电源端。
根据切除变压器的需要，也在二次侧设置触点，将二次侧也切除。接触器KAn的触点还可以设置在变压器T2-Tn的二次侧。
举例说明工作原理或使用方法：
例如某地区的最大负载与最小负载的倍数关系为10，那么确定并联变压器的台数为10，这些等容等阻抗变压器的最低容量要高于最小负载。通过设置在变压器组一次侧的高压电能数据终端(其输入端设置在变压器组的每台变压器的一次侧)，采集的参数为电压、电流、功率、功率因数和电能量中的一种或几种。以功率为例，高压电能数据终端采集变压器组运行时的实时功率。中央处理器计算变压器组中已投用的变压器的额定功率，对实时功率和额定功率进行计算、比较和分析。计算实时功率和已投用变压器的额定功率作为判断数据，比较两者之间的大小关系、差额和倍数，分析需要投入/切除的备用电压器的台数，如果实时功率在额定功率的正常运行范围之内，则无需动作；如果实时功率小于额定功率正常运行范围的下限，则计算需要切除的备用变压器数量；如果实时功率大于额定功率正常运行范围的上限，则需要逐步接入备用变压器。
如图3所示：
数据采集器为高压电能数据终端，可以采用传感器式高压电能表，其电流传感器和电压传感器设置在变压器组的一次侧。多台变压器T1-Tn为等容量变压器。多台变压器T1-Tn三相角接结构。
变压器组的一次侧设置有电流传感器I1-I3和电压传感器Vab、Vbc、Vca。
变压器T1-Tn构成并联结构，其所有一次侧分别对应连接，第二台变压器T2及以后的变压器T3-Tn的一次侧串联接触器KA1-KAn-1的触点KA1-1、KA1-2、KA1-3……KAn-1-1、KAn-1-2、KAn-1-3。
第二台变压器T2及以后的变压器T3-Tn的二次侧也设置触点。投入或者切除变压器时，其二次侧触点先动作，然后其一次侧再动作。
实施例2：
多台备用变压器为等差递增容量的变压器。
实施例3：
多台备用变压器三相星接结构。

Claims (10)

1.一种智能投切变压器组的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)根据最大负载与最小负载的倍数关系确定变压器的台数N，将N台等容等阻抗变压器并联设置，构成变压器组；
(2)通过设置在变压器组一次侧的数据采集器，采集变压器组运行时的实时电气参数；
(3)计算变压器组中已投用的变压器的额定电气参数，对实时电气参数和额定电气参数进行计算、比较和分析；
(4)将计算、对比和分析的结果输入中央处理器，中央处理器根据结果，操作控制执行机构完成变压器组中备用变压器的投入或切除，先投入的备用变压器，在负载变小时先切除。
2.根据权利要求1所述的智能投切变压器组的方法，其特征在于：所述的数据采集器为高压电能数据终端，其输入端设置在变压器组的每台变压器的一次侧，采集的参数为电压、电流、功率、功率因数和电能量。
3.根据权利要求1所述的智能投切变压器组的方法，其特征在于：所述的中央处理器至少包括一个PLC，PLC的输出端控制执行机构，执行机构由开关装置组成，开关装置的触点设置在变压器组中备用变压器上。
4.根据权利要求1所述的智能投切变压器组的方法，其特征在于：所述的计算、比较和分析是指计算实时电气参数和已投用变压器的额定电气参数得出实时判断数据和额定判断数据，比较实时判断数据和额定判断数据两者之间的大小关系、差额和倍数，分析是否需要投入/切除变压器，如果实时判断数据在额定判断数据正常运行范围之内，则无需动作；如果实时判断数据小于额定判断数据正常运行范围，则需要切除变压器；如果实时判断数据大于额定判断数据正常运行范围，则需要投入变压器。
5.一种实现权利要求1所述的方法的智能投切变压器组的装置，包括变压器，变压器一次侧连接高压母线，二次侧连接负载，其特征在于：设置三台以上备用变压器并联成为变压器组，在高压母线设数据采集器，数据采集器的输出端设置连接中央处理器的输入端，中央处理器的输出端通过逻辑控制器连接执行机构，执行机构的触点设置在变压器组上。
6.根据权利要求5所述的智能投切变压器组的装置，其特征在于：所述的数据采集器为高压电能数据终端，其输出端通过网络接线电路连接中央处理器的输入端。
7.根据权利要求5所述的智能投切变压器组的装置，其特征在于：所述的执行机构的触点设置在各台备用变压器的一次侧。
8.根据权利要求5所述的智能投切变压器组的装置，其特征在于：所述的执行机构为固态继电器。
9.根据权利要求5所述的智能投切变压器组的装置，其特征在于：所述的多台备用变压器为等容量、等阻抗变压器。
10.根据权利要求5或9所述的智能投切变压器组的装置，其特征在于：所述的多台备用变压器三相角接结构。
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