| 開(kāi)關(guān)切換數(shù)字化：電力變壓器的現(xiàn)代化變革

可再生能源和分布式能源資源是能源轉(zhuǎn)型時(shí)代的反映。具有好的負(fù)荷分布的智能電網(wǎng)現(xiàn)在更接近于現(xiàn)實(shí)。然而，配電網(wǎng)中現(xiàn)有的變電站會(huì)發(fā)生什么？現(xiàn)在電能質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越多地出現(xiàn)，他們是否能夠處理這些要求？現(xiàn)在仍然手動(dòng)或半手動(dòng)操作的舊系統(tǒng)會(huì)發(fā)生什么？對(duì)于基于不同技術(shù)的電力變壓器配電網(wǎng)，要做些什么？

| 電力變壓器的開(kāi)關(guān)切換

在這個(gè)文章中兩種不同類型的開(kāi)關(guān)切換需要考慮到。區(qū)分了空載開(kāi)關(guān)的類型（NLTC作為空載開(kāi)關(guān)切換）和在不中斷負(fù)載的情況下切換的類型，因此它在負(fù)載下在不同的轉(zhuǎn)換比之間來(lái)回切換（OLTC作為空載開(kāi)關(guān)切換）。一般來(lái)說(shuō)，變壓器上的開(kāi)關(guān)被路由到開(kāi)關(guān)切換，這取決于要處理的操作電流。在本例中，開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)切換的機(jī)械連接被實(shí)現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。這個(gè)激活有手動(dòng)或半手動(dòng)或其他通過(guò)電信號(hào)的方式。使用1或3相開(kāi)關(guān)切換，通常根據(jù)負(fù)載容量或開(kāi)關(guān)配置（星或角形）選擇和安裝。

| 要求

在現(xiàn)有變電站中，安裝可以包括許多不同技術(shù)，供應(yīng)商和設(shè)備類型的互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)經(jīng)過(guò)多年的擴(kuò)展，并不總是在他們被更新的時(shí)候擴(kuò)大。這往往是由于費(fèi)用和缺乏資源。因此，最初的要求可能是適當(dāng)?shù)刈詣?dòng)化切換開(kāi)關(guān)，這取決于高壓網(wǎng)絡(luò)的高級(jí)自動(dòng)電壓控制。這些要求可能類似于以下列子：

將準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸，將切換開(kāi)關(guān)的位置報(bào)告給SCADA系統(tǒng)

通過(guò)遠(yuǎn)程控制自動(dòng)控制現(xiàn)有的切換開(kāi)關(guān)

通過(guò)遠(yuǎn)程控制手動(dòng)控制現(xiàn)有的切換開(kāi)關(guān)

以及自動(dòng)遠(yuǎn)程訪問(wèn)，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和維修時(shí)的手動(dòng)和本地訪問(wèn)能力

| 問(wèn)題描述

由于頻繁的負(fù)荷變化和相對(duì)較高的機(jī)械和電氣壓力施加在切換開(kāi)關(guān)的部件上，它會(huì)受到磨損，這會(huì)使它容易發(fā)生故障，以及頻繁維護(hù)。此外，在剩余系統(tǒng)中，切換開(kāi)關(guān)往往還沒(méi)有通過(guò)系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，換句話說(shuō)，不是通過(guò)SCADA直接聯(lián)網(wǎng)的。負(fù)載峰值可能導(dǎo)致切換開(kāi)關(guān)立即切換電平，即使這是不必要的。這反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致磨損增加，并對(duì)其敏感性產(chǎn)生負(fù)面影響，從技術(shù)和成本的角度看故障。因此，有效地控制切換開(kāi)關(guān)是保證使用壽命的關(guān)鍵。

缺乏網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化問(wèn)題的另一個(gè)可能是不同變電站的設(shè)備來(lái)自不同的變電站制造商。由于不同的設(shè)備設(shè)計(jì)，不同的傳感器技術(shù)，不得不用于將切換開(kāi)關(guān)的確切位置返回SCADA.這個(gè)可能意味著同一網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)變電站的自動(dòng)化解決方案不會(huì)基于相同的部件。此外，在許多情況下，在現(xiàn)場(chǎng)提供的能源自動(dòng)化方面的技術(shù)技能并不足以在沒(méi)有支持的情況下實(shí)施這類項(xiàng)目。

問(wèn)題描述的最后一個(gè)方面是基于變電站是經(jīng)常沒(méi)有連接到數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的。因?yàn)檫@個(gè)，它建議將網(wǎng)絡(luò)分割，從而將數(shù)據(jù)數(shù)字化執(zhí)行步驟。以下三個(gè)步驟可作為建議：

(1) 本地自動(dòng)化：通過(guò)變電站中的數(shù)據(jù)記錄器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，然后可以在本地和按需檢索數(shù)據(jù)。

(2) 遠(yuǎn)程監(jiān)控：通過(guò)電力線，EDGE,GPRS等傳輸選定的數(shù)據(jù)，僅限一個(gè)小的特定數(shù)據(jù)集。

(3) 遠(yuǎn)程控制：基于LTE,光纖等寬帶通信的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

| 現(xiàn)有的現(xiàn)代化技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)切換開(kāi)關(guān)的自動(dòng)化和數(shù)字化，并考慮到前面描述的需求和問(wèn)題描述的所有方面，一種精度為0.2級(jí)的高精度測(cè)量裝置與軟PLC耦合。在這種情況下，這種耦合或集成是通過(guò)使用Centrax CU3000或CU5000 二合一儀表，由Camille Bauer作為基本平臺(tái)用于能源自動(dòng)化解決方案。測(cè)量?jī)x表執(zhí)行測(cè)量電氣參數(shù)，電壓和電流消耗。測(cè)量?jī)x表還產(chǎn)生額外的測(cè)量和數(shù)據(jù)用于評(píng)估電氣參數(shù)的質(zhì)量，例如諧波，不平衡，功率因素等。能量數(shù)據(jù)也被直接可視化。測(cè)量值要么存儲(chǔ)在本地，要么通過(guò)電力線直接傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)或SCADA系統(tǒng)或Modbus。在遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制應(yīng)用的情況下，系統(tǒng)始終保持在準(zhǔn)實(shí)時(shí)的電壓和電流值。

為了實(shí)現(xiàn)需求中先前描述的維護(hù)訪問(wèn)，切換開(kāi)關(guān)由Centrax CU3000或CU5000的軟PLC控制。所需的觸發(fā)器由手動(dòng)或SCADA系統(tǒng)根據(jù)Centrax測(cè)量?jī)x表返回的電氣值生成。這會(huì)激活切換開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致電壓要么是增加或是減少。切換開(kāi)關(guān)的位置必須在測(cè)量值的數(shù)據(jù)內(nèi)容中處理，以防止任何中斷或切換錯(cuò)誤。這種合理性檢查是通過(guò)檢測(cè)切換開(kāi)關(guān)的機(jī)械位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于各種有載的切換開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)不同，從軸向信號(hào)，電阻值，BCD編碼信號(hào)或一次電壓Up與和二次電壓Us之間的比值中采樣值，然后將其與切換開(kāi)關(guān)表中的值進(jìn)行比較。

| 成本和好處

采用二合一的方法，從成本/效益的角度看優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。將一個(gè)高度精確的測(cè)量?jī)x表和一個(gè)軟PLC集成在一個(gè)單一的外殼中意味著單獨(dú)的部件成本降低了50%。

對(duì)以采購(gòu)和物流為中心的流程進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)消除不直接兼容的部件。此外，職能整合在財(cái)務(wù)和時(shí)間兩方面對(duì)規(guī)劃和執(zhí)行費(fèi)用立即產(chǎn)生積極影響。所有使用部件的使用壽命和重現(xiàn)性對(duì)總體結(jié)果有積極的影響，切換開(kāi)關(guān)的本地控制考慮到通信網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)狀態(tài)，從而用時(shí)間戳記錄每個(gè)切換開(kāi)關(guān)的更改。這創(chuàng)造了可靠的數(shù)據(jù)，也記錄在案，以便進(jìn)行預(yù)防性和成本優(yōu)化的維護(hù)。