一種變壓器冷卻器的智能控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種變壓器冷卻器的智能控制方法，該方法首先得到變壓器繞組的實時溫度T；再設定變壓器運行的恒定溫度值；控制單元依據實時溫度T和溫度變化率DT/Dt決定冷卻器控制策略，根據該策略輸出控制信號給變壓器冷卻器。本發明能及時有效的控制變壓器冷卻器工作，從而降低變壓器的溫度，確保了變壓器不被損壞，提高其使用壽命；能對冷卻器的冷卻器組進行投切操作，避免了冷卻器組的頻繁投切，避免了開關故障的發生，確保了整個冷卻器的穩定運行，也使得變壓器更穩定的運行。
【專利說明】
一種變壓器冷卻器的智能控制方法
技術領域
[0001]本發明屬于電力冷卻控制技術領域，具體涉及一種變壓器冷卻器的智能控制方法。【背景技術】
[0002]變壓器在實際運行過程中，產生大量的熱量，這使得變壓器內部溫度升高，變壓器絕緣系統老化，甚至設備因高溫而損毀。因此，對于大型油浸式變壓器，一般配備強迫油循環風冷冷卻器或者是強迫油循環水冷冷卻器，加強變壓器散熱效果，降低變壓器運行溫度。
[0003]國家電網公司發布的《110(66)kV?500kV油浸式變壓器(電抗器)運行規范》中規定油浸風冷和自冷變壓器上層油溫不宜經常超過85°C，最高不得超過95°C;油浸風冷變壓器的控制箱必須滿足當上層油溫達到55°C時或運行電流達到規定值時，自動投入風扇； 當油溫降低至45°C，且運行電流降到規定值時，風扇退出運行。
[0004]現今變壓器冷卻器的控制方法主要依據頂層溫度或者是實際負荷來運行。當油頂層溫度達到一定溫度時或者是實際負荷達到一定數量時，采用傳統的電磁型繼電器來控制交流接觸器，以實現對變壓器冷卻器(冷卻器包括幾組冷卻器組)進行分組投切控制。該方法不能隨溫度與負荷電流的變化對冷卻器投切進行較為平滑的調整，幾組冷卻器組同時投入時易產生油流沖擊，及變壓器油較高速流動易產生油流帶電，容易形成變壓器內部故障隱患，影響其安全、穩定運行。
[0005]變壓器冷卻器隨著內部溫度的變化進行頻繁的啟停，很容易發生開關故障，幾組冷卻器同時開啟或關閉，有時無法實時有效的針對變壓器熱點位置進行冷卻系統控制，從而可能由于局部高溫，從而造成變壓器內部局部區域絕緣老化加速，甚至發生損毀。
[0006]而且變壓器的頂層溫度或變壓器的實際負載并不能完全說明變壓器內部繞組最熱點的溫度狀況。
[0007]因此，我們迫切需要一種新的變壓器冷卻器的控制方法，以更好的實現變壓器冷卻器的控制，以及時有效的降低變壓器的溫度。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供一種變壓器冷卻器的智能控制方法，該方法能及時有效的控制變壓器冷卻器工作，從而降低變壓器的溫度，確保了變壓器不被損壞，提高其使用壽命。
[0009]本發明能使變壓器冷卻器組跟隨變壓器的溫度及變壓器的溫度變化率(負荷電流的變化)連續平滑調整，使變壓器的損耗與散熱功率達到一種平衡關系，實現對變壓器冷卻器組投切的最優控制。
[0010]—種變壓器冷卻器的智能控制方法，包括如下步驟:一、得到變壓器繞組的實時溫度T;二、設定變壓器運行的恒定溫度值，該恒定溫度值為50°C ;三、控制單元依據步驟一的變壓器繞組的實時溫度T和溫度變化率DT/Dt決定冷卻器控制策略，其中，DT=AT為溫度變化，Dt=At為時間間隔，At為0.5min-l.5min;當T-50多5且DT/Dt多0,則投入一組冷卻器組;若全部冷卻器組已經投入運行，則維持此狀態；當T-50彡5且DT/Dt〈0,則維持原狀態；當-5〈T-50〈5，則維持原狀態；當T-50彡一5且DT/Dt>0,則維持原狀態；當T-50彡一5且DT/Dt彡0,則退出一組冷卻器組;若全部冷卻器組已退出運行，則維持此狀態。
[0011]更進一步的方案是，所述時間間隔At為lmin。[〇〇12] 更進一步的方案是，當T多105°C，全部冷卻器組已經投入運行，控制單元發送警報信號給報警器報警。
[0013]更進一步的方案是，若變壓器由運行轉為備用，或變壓器因外部故障跳閘后，變壓器處于〇負荷狀態，則全部冷卻器組退出。
[0014]更進一步的方案是，步驟三中，控制單元記錄每組冷卻器組的運行次數；當需要投入一組冷卻器組時，控制單元選擇未投入運行的冷卻器組中投入運行次數最少的冷卻器組進行投入；當需要退出一組冷卻器組時，控制單元選擇已投入運行的冷卻器組中投入運行次數最多的冷卻器組進行關閉。
[0015]變壓器開始運行，傳感器實時采集變壓器繞組的實時溫度T，傳感器將采集的變壓器繞組的實時溫度T傳遞給控制單元，控制單元接收傳感器傳來的變壓器繞組的實時溫度 T，并將該溫度與設定的值進行比較，控制單元根據該比較值和溫度變化率輸出控制信號給冷卻器，從而控制冷卻器中的冷卻器組工作。本發明中的若未安裝傳感器，可以采用《GB 1094.2-1996電力變壓器第2部分溫升》中所述的繞組溫度計算法，通過計算得出變壓器繞組的實時溫度T。
[0016]變壓器開始工作，控制單元實時接收傳感器傳來的變壓器繞組的實時溫度T，且控制單元每0.5min-l.5min計算一次溫度變化率DT/Dt。溫度慢慢升高，當T-50S — 5且DT/ Dt>0，控制單元不向冷卻器發送命令，冷卻器組不工作;溫度繼續升高，當-5〈T-50〈5時，控制單元也不向冷卻器發送命令，冷卻器組不工作；當T-50彡5且DT/Dt彡0時，控制單元向冷卻器發送命令，投入一組冷卻器組;溫度繼續升高，即T-50多5且DT/Dt多0,每0.5min-1.5min投入一組冷卻器組，直至全部冷卻器組投入使用;溫度繼續升高，S卩T-50多5且DT/ Dt彡0,控制單元繼續使全部冷卻器組工作。溫度慢慢降低，當T-50多5且DT/Dt〈0,控制單元繼續使全部冷卻器組工作;溫度繼續降低，當-5〈T-50〈5,控制單元繼續使全部冷卻器組工作;溫度繼續降低，當T-50S — 5且DT/Dt<0,控制單元向冷卻器發送命令，退出一組冷卻器組;溫度繼續降低，T-50彡一5且DT/Dt彡0，每0.5min-l.5min，退出一組冷卻器組，直至全部冷卻器組退出；溫度繼續降低，T-50S — 5且DT/Dt<0,控制單元繼續保持全部冷卻器組的退出狀態。[〇〇17]當T多105°C，全部冷卻器組已投入運行，控制單元發送警報信號給報警器報警。當變壓器由運行轉為備用，或變壓器因外部故障跳閘后，變壓器處于0負荷狀態，控制單元使全部冷卻器組停止工作。
[0018]本發明選用變壓器繞組實時溫度作為判斷依據，而不再采用利用頂層油溫作為啟停冷卻器組的依據。這主要是因為在短期急救負載和外部事故時，流過變壓器繞組的電流急劇增大，繞組與變壓器頂層油之間的溫差迅速加大。而變壓器油的時間常數很長(可以達至IJ200分鐘)，因此可能出現變壓器頂層油溫尚未升高到足以啟動冷卻器組的溫度，而繞組的熱點溫度已經達到了足以危害固體絕緣的程度。并且由于冷卻器組沒有及時投入，這種高溫將持續更長的時間。采用變壓器繞組溫度來作為啟停風扇的依據，則會及時地、更多地散發掉大電流引起的熱量，減少對固體絕緣的損害。
[0019]本發明選擇變壓器運行的恒定溫度值為50°C。在可能的條件下，變壓器運行溫度應該處在一個相對恒定的范圍內，以減少水分因溫度變化在變壓器油和固體絕緣間頻繁交換，從而造成的變壓器固體絕緣加速老化。這一恒定溫度的取值不可太低，因為冷卻容量在運行工況下可能無法保證將溫度維持在一個很低的位置；同時這一溫度也不可取值太高， 因為當溫度太高時老化情況會加劇。而且在環境溫度較低、負載不大的情況下，高溫也是無法達到的。在試驗條件下，絕緣紙在44?52°C之間具有良好的絕緣性能，介電系數^值最大； 絕緣紙在50°C具有最大的介質損耗角正切值。綜合上面的分析和現場實際運行數據，變壓器運行的恒定溫度值選用50°C為最佳。
[0020]本發明依據繞組實時溫度T以及溫度變化率DT/Dt決定冷卻器控制策略。比較繞組實時溫度T與設定變壓器運行恒定溫度值，并通過控制冷卻器投切將變壓器溫度控制在50 ±5 °C的范圍，之所以加入±5 °C的偏差，主要是考慮測量過程中可能存在的各種誤差。計算變化率DT/Dt的時間可以以一分鐘為間隔，精度在這個計算間隔的情況下足可以得到保證。如計算間隔太短，會出現頻繁調節的弊病。對于每組冷卻器組的控制，記錄每組冷卻器組的運行次數和狀態，平均分配每組冷卻器組投切次數，避免單組冷卻器組頻繁投切的情況出現。
[0021]本發明補充控制規則的目的是考慮出現變壓器缺陷以及斷電等異常情況。變壓器運行繞組溫度高于105°C，則已經超過了繞組溫度的限值，存在安全隱患，因此此時必須保證所有冷卻器組開啟，并發出預警，排除風險。變壓器由運行轉為備用，或是因外部故障跳閘后，則全部風扇退出，其目的是減緩溫度下降，防止因為溫度下降造成變壓器油中的水分析出形成游離水，破壞絕緣。
[0022]控制單元的輸出端分別與各個冷卻器組的繼電器線圈連接，實現對冷卻器的投切控制。
[0023]本發明產生的有益效果在于:能及時有效的控制變壓器冷卻器工作，從而降低變壓器的溫度，確保了變壓器不被損壞，提高其使用壽命;能對冷卻器的冷卻器組進行投切操作，避免了冷卻器組的頻繁投切，避免了開關故障的發生，確保了整個冷卻器的穩定運行， 也使得變壓器更穩定的運行。【附圖說明】[〇〇24]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:圖1是本發明變壓器冷卻器的智能控制方法的流程圖；圖2為負荷波動時智能控制以及傳統控制的繞組溫度變化圖；圖3為短期急救負載時變壓器冷卻器控制對比圖。【具體實施方式】
[0025]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0026]如圖1所示，一種變壓器冷卻器的智能控制方法，包括如下步驟:一、傳感器實時采集變壓器繞組的實時溫度T;二、設定變壓器運行的恒定溫度值，該恒定溫度值為50°C ;三、控制單元依據步驟一的變壓器繞組實時溫度T和溫度變化率DT/Dt決定冷卻器控制策略，其中，DT=AT為溫度變化，Dt=At為時間間隔，為了避免頻繁啟停冷卻器組，所述At 為lmin;當T-50多5且DT/Dt多0,則投入一組冷卻器組;若全部冷卻器組已經投入運行，則維持此狀態；當T-50彡5且DT/Dt〈0,則維持原狀態；當-5〈T-50〈5，則維持原狀態；當T-50彡一5且DT/Dt>0,則維持原狀態；當T-50彡一5且DT/Dt彡0,則退出一組冷卻器組;若全部冷卻器組已退出運行，則維持此狀態(自冷狀態)。
[0027]為了更好的實現投切操作，所述時間間隔At為lmin。[〇〇28] 為了保護變壓器不被損壞，當T多105°C，全部冷卻器組已經投入運行，控制單元發送警報信號給報警器報警。
[0029]為了節能，若變壓器由運行轉為備用，或變壓器因外部故障跳閘后，變壓器處于0 負荷狀態，則全部冷卻器組退出。
[0030]為了更好的優化投切操作，步驟三中，控制單元記錄每組冷卻器組的運行次數和狀態；當需要投入一組冷卻器組時，控制單元選擇未投入運行的冷卻器組中投入運行次數最少的冷卻器組進行投入；當需要退出一組冷卻器組時，控制單元選擇已投入運行的冷卻器組中投入運行次數最多的冷卻器組進行關閉。
[0031]本發明采用變壓器繞組熱點溫度為判斷依據。繞組熱點溫度(實時溫度)的獲取可以采用變壓器繞組光纖測溫作為測量手段，若未安裝變壓器繞組光纖測溫裝置，可以采用 《GB 1094.2-1996電力變壓器第2部分溫升》中所述的繞組溫度計算法，通過計算得出變壓器繞組的實時溫度T。本發明計算DT/Dt時，選取時間間隔At為一分鐘，從而保證測量精度并避免出現冷卻器組頻繁啟動。
[0032]變壓器開始工作，控制單元實時接收傳感器傳來的變壓器繞組的實時溫度T，且控制單元每0.5min-l.5min計算一次溫度變化率DT/Dt。溫度慢慢升高，當T-50S — 5且DT/ Dt>0，控制單元不向冷卻器發送命令，冷卻器組不工作;溫度繼續升高，當-5〈T-50〈5時，控制單元也不向冷卻器發送命令，冷卻器組不工作；當T-50彡5且DT/Dt彡0時，控制單元向冷卻器發送命令，投入一組冷卻器組;溫度繼續升高，即T-50多5且DT/Dt多0,每0.5min-1.5min投入一組冷卻器組，直至全部冷卻器組投入使用;溫度繼續升高，S卩T-50多5且DT/ Dt彡0,控制單元繼續使全部冷卻器組工作。當T多105°C，全部冷卻器組已投入運行，控制單元發送警報信號給報警器報警。溫度慢慢降低，當T-50多5且DT/Dt〈0,控制單元繼續使全部冷卻器組工作;溫度繼續降低，當-5〈T-50〈5,控制單元繼續使全部冷卻器組工作;溫度繼續降低，當T-50S — 5且DT/Dt<0,控制單元向冷卻器發送命令，退出一組冷卻器組;溫度繼續降低，T-50彡一5且DT/Dt彡0,每0.5min-1.5min，退出一組冷卻器組，直至全部冷卻器組退出；溫度繼續降低，T-50S — 5且DT/Dt<0,控制單元繼續保持全部冷卻器組的退出狀態。
[0033]當變壓器由運行轉為備用，或變壓器因外部故障跳閘后，變壓器處于0負荷狀態， 控制單元使全部冷卻器組停止工作。
[0034]下面通過圖2、圖3對本發明的實施效果作詳細說明:以變壓器自冷狀態的容量為基準，變壓器負載變化如下:負載系數為〇.625持續15分鐘，負載系數為〇.8持續40分鐘，負載系數為0.4持續20分鐘。圖2為負荷波動時智能控制以及傳統控制的繞組溫度變化圖。
[0035]以變壓器自冷狀態的容量為基準，考慮在30分鐘負載系數1.5的短期急救負載時的冷卻器控制結果。圖3為短期急救負載時變壓器冷卻器控制對比圖。
[0036]綜合分析兩圖可見，按照傳統的控制方法，變壓器繞組溫度在負荷變化時會出現較大的波動，而在新的控制方法控制下，變壓器繞組溫度可以保持較好的恒定性。在30分鐘短期急救負載的影響下，按照傳統控制方法，變壓器繞組溫度會升高到130°C左右，并在100 °(:以上持續60分鐘。而按照本控制方法控制，變壓器繞組溫度最高也不會達到100°C。
[0037]由此可見，本變壓器冷卻器的智能控制方法不論是在負荷波動時保持繞組溫度的近似恒定，還是在短期急救負載的情況下防止變壓器繞組出現過高的溫度，其效果明顯優于傳統控制方法。
[0038]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種變壓器冷卻器的智能控制方法，其特征在于包括如下步驟:一、得到變壓器繞組的實時溫度T;二、設定變壓器運行的恒定溫度值為，該恒定溫度值為50°C;三、控制單元依據步驟一的變壓器繞組的實時溫度T和溫度變化率DT/Dt決定冷卻器控 制策略，其中，DT=AT為溫度變化，Dt=At為時間間隔，At為0.5min-l.5min;當T-50彡5且DT/Dt彡0,則投入一組冷卻器組;若全部冷卻器組已經投入運行，則維 持此狀態；當T-50彡5且DT/Dt〈0,則維持原狀態；當-5〈T-50〈5，則維持原狀態；當T-50彡一5且DT/Dt>0,則維持原狀態；當T-50彡一5且DT/Dt彡0,則退出一組冷卻器組;若全部冷卻器組已退出運行，則維 持此狀態。2.根據權利要求1所述的變壓器冷卻器的智能控制方法，其特征在于:所述時間間隔A t為lmin〇3.根據權利要求1所述的變壓器冷卻器的智能控制方法，其特征在于:當T>105°C，全 部冷卻器組已經投入運行，控制單元發送警報信號給報警器報警。4.根據權利要求1所述的變壓器冷卻器的智能控制方法，其特征在于:若變壓器由運行 轉為備用，或變壓器因外部故障跳閘后，變壓器處于〇負荷狀態，則全部冷卻器組退出。5.根據權利要求1所述的變壓器冷卻器的智能控制方法，其特征在于:步驟三中，控制 單元記錄每組冷卻器組的運行次數；當需要投入一組冷卻器組時，控制單元選擇未投入運行的冷卻器組中投入運行次數最 少的冷卻器組進行投入；當需要退出一組冷卻器組時，控制單元選擇已投入運行的冷卻器組中投入運行次數最 多的冷卻器組進行關閉。
【文檔編號】H01F27/08GK106094930SQ201610729762
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月26日
【發明人】羅漢武, 蔡煒, 聶德鑫, 程林, 來文清, 孫廣, 劉海波, 崔士剛, 宋猛, 岳影, 于爽, 方超, 劉曉麗
【申請人】國網內蒙古東部電力有限公司, 國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司