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能源互联网时代的智能变压器组件

拥有百年历史的德国企业MR,凭借着对有载分接开关这一专利产品的研发、生产和销售,现已发展成为拥有遍布29个国家和地区的49家分公司的跨国企业,被称为电力行业的隐形冠军。MR在全球范围内拥有超过1 500个有效和注册专利,售出了264 769台有载分接开关,这些分布在世界各地的开关产品目前仍有80%坚守在工作岗位上,极大地推动了变压器在全球范围的推广应用。MR将中国视为其重要的市场之一,平均每年售出3 000多台开关产品,营业额达十几亿元人民币。

MR中国变压器组件业务销售总监任佳

变压器一直是现代电力网络建设的主要设备,在发电、输变电和配电各环节都发挥着关键作用。谈及能源互联网时代的变压器组件的发展态势,任佳先生结合全球电网的发展趋势,剖析了我国电网建设对变压器组件的需求特点,并结合MR最新研制的ETOS®嵌入式变压器操作系统,介绍了变压器的智能化解决方案。

全球电网发展趋势

1. 低碳经济与能源多元化

低碳经济是一种以能源的清洁开发与高效利用为基础,以低能耗、低排放为基本经济特征,顺应可持续发展理念和控制温室气体排放要求的社会经济发展模式。在这一发展模式之下,人类社会必须改变对传统化石能源的依赖,大力发展可再生能源。然而,可再生能源所带来的风险监控要远远高于传统的火力发电,对现有电网的安全运行提出了挑战。

2. 新能源引入的微电网普及

新能源的引入带来了微电网甚至是纳米电网的普及,微电网的建设促进了分布式电源与可再生能源的大规模接入。传统电网向智能电网方向发展,主动式配电网的实现将给广大用户带来真正的用电的分时计价。但是,当分布式电网引入的比例超过30%时,将会对我国现有主电网的安全性带来严重危害。

3. 变压器老化引发的故障增加

图1 变压器故障率统计

如图1所示,来自CIGRE的统计数据显示,从全球范围来看,在变压器投入运行的前40年里,由变压器组件老化引发的电网故障呈逐年递增的态势。特别是在25~40年这个区间段内,变压器故障频繁爆发。而过了40年后,经过大修的变压器的故障率呈逐年下降趋势。

我们看到,随着电力需求的不断增长以及输配电基础设施的持续完善,电力变压器的需求也在不断的增大,但其运行的工况却越来越复杂。运维的设备越多,管理的难度就越大,人力资源的投入也就越大。于是,变压器组件的智能化和安全性引起了行业的广泛重视,智能型变压器将成为行业发展的新趋势。

我国电网建设对变压器组件的需求特点

我国电力行业的发展主要经历了四个阶段:第一个阶段从1980年代初至2000年,电力建设主要聚焦于“发电”环节,解决电源侧供给不足的问题;第二阶段从2000年至2010年,电力建设投资重心开始转移至输电线路建设;第三阶段从2011年至2014年,电网投资持续高速增长,输配电环节不断加强。在经历了前三个阶段发电、输电和配电环节的大力建设后,我国大部分电源供给及输电线路骨架已逐步完善,目前正在经历的第四阶段电力建设的重心继续向下延伸,更加侧重于配电和用电两个环节。随之,电力装备也由高速发展向高质量发展而转变。

电网高速的建设和投资拉动了输变电设备的市场需求,电网发展趋势的变化推动了变压器行业向大容量、高电压、高可靠性和技术创新的方向发展。特高压电网的建设对高端变压器产生了大量的需求,对变压器的安全可靠性提出了更高的要求。城乡输电网的建设对配电变压器有着大量的需要,对变压器提出了节能、低噪声的环保要求。新能源电站的建设催生了对发电端变电设备的需求,要求变压设备具有更高的稳定性和可靠性,并能适应恶劣的工作环境。为了适应电网建设发展的诉求,积极响应用户的需求,变压器生产厂家必须对原有产品进行改进,并从单纯的设备供应商向解决方案服务商转型。

在此,从变压器组件这个层面,对泛在电力物联网的落地进行解读。国网提出的坚强电网概念是以特高压为骨干网架,重在电力流的传递、电网效率的提高和供电的可靠性。而泛在电力物联网聚焦于数据流和互联网的结合,从数据流的角度来分析如何提高电网的运营效率,这将激发很多全新的业务模式。满足未来需求的智能变压器到底应该是怎样的?我认为,一定是采用大量传感器接收信号的、集成式的模块化产品,并能够满足分布式电源的接入。从感知层面对变压器组件进行分析,我们要做到的是能够实时地感知到变压器各个组件的运行状况,如热点温度、负载情况以及套管状况,通过网络将信息传送到工作平台,用一台微机实现对数十台变压器的工况进行监控。缩短了时空的距离,不再需要人工进行现场巡视,将大大降低变压器运维的复杂程度。

抱智能化的ETOS®嵌入式变压器操作系统

MR在电子电压调节领域和监控领域有着数十年的耕耘,ETOS®嵌入式变压器操作系统正是MR为了应对电力设备智能化这一必然趋势而开发的。

图2 ETOS®嵌入式变压器操作系统

MR的监控解决方案可对变压器及其组件最重要的运行状态进行监控。采用数字式传感器替代传统的机械式仪表,例如,用光纤测温替代传统的机械温度计,直接通过光纤测量绕组热点温度;用在线油中气体监测替代传统的油色谱分析,无需频繁取油样检测,实现数据的实时监测;免维护呼吸器更加安全、环保,出现故障自动报警,其工作原理是通过传感器将信号传递到ETOS®嵌入式变压器操作系统进行分析,当检测到水含量超标了会自动对呼吸器进行加热,来干燥油箱。套管监测的原理则是对相同工况中的3根套管的相关参数进行比对,通过参数的变化判断是否出现异常并进行报警,从而有效规避了套管绝缘击穿引发的变压器火灾和爆炸等安全事故。

ETOS®嵌入式变压器操作系统可以无缝集成或翻新改造到任何环境,可以是一台变压器或者整个变压器机群。除了分接开关,ETOS®嵌入式变压器操作系统还可监控变压器及其所有组件。这些系统采用模块化设计,允许根据对电力变压器进行监控和控制的各类需求进行配置。ETOS®嵌入式变压器操作系统为变压器提供了关键的数字接口。为了满足不同客户的需求,它支持有载分接开关的驱动、控制和监测领域功能的模块化集成。运行状态在浏览器中进行本地显示,并可通过常规的控制系统协议发送到控制室。得益于MR的ISM®直观控制界面(IICI),控制室的工作人员可以通过直观的图形界面快捷方便地进行现场调试。

作为一个比较新的概念,ETOS®嵌入式变压器操作系统在国内尚处于推广阶段。目前,我们正在积极开展培训工作,并对国内已开展的实际应用项目进行跟踪、分析和总结,将使用中的问题及时反馈给研发部门,希望通过不断的优化和改进,使其能适应中国的国情,更好地满足中国广大用户的实际需求。

助力中国电力工业发展

MR拥有大量的产品专利、经验丰富的技术人员以及多年的运维经验,我们可以为客户提供量身定制的解决方案。我们的工作流程以及工作方法,都是围绕着客户的需求来开展的。MR推广的是价值销售,在我们的理念中,产品售出的前提是必须要充分地了解用户的需求,只有这样双方才能达成长久的合作,让我们实现业绩的持续增长。我想,正是这份坚持与执着,让MR成为全球电力变压器使用有载分接开关的首选制造商。

哪需要我们,MR就在哪里!

(本文根据MR中国变压器组件业务销售总监任佳在2019年中国电气工业发展高峰论坛上的发言整理)