CN102315813B

CN102315813B - 变压器经济运行智能控制系统

Info

Publication number: CN102315813B
Application number: CN 201010521607
Authority: CN
Inventors: 张发斌; 徐焜耀; 徐韬; 李晓林; 李志勇; 刘志宏; 詹宏; 胡忠; 周道娟; 张晓勇; 徐鑫; 刘蕾; 林荫宇
Original assignee: CHONGQING MUNICIPAL ELECTRIC POWER Co CITY POWER SUPPLY BUREAU; Chongqing Sakura Electric Switch Co ltd; CHONGQING ELECTRIC POWER CORP
Current assignee: Chongqing City Electrical Power Co.; Chongqing Electric Power Corp. Chengqu Power Supply Bureau; Chongqing Sakura Energy Technology Co., Ltd.
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: CN102315813A

Abstract

本发明涉及变压器经济运行智能控制系统，用于采集变压器输出电流和电压的电流、电压互感器分别接数据采集计算分析模块，数据采集计算分析模块通过数据转换模块接CPU逻辑控制器；变压器信息采集器用于采集变压器工作状态并将状态信息送至CPU逻辑控制器由CPU逻辑控制器判断变压器是否发生故障；CPU逻辑控制器的输出通过中间继电器连接变压器运行系统的所有开关以根据接收到的指令控制这些开关的通断。本发明在变压器运行条件符合转换条件时就按照一定逻辑、闭锁关系自动转换为经济、合理的运行方式，从而达到降低变压器损耗的目的。本控制系统直接装于现场，安装灵活、使用方便、工程量不大，对新建配网和老网改造都很适用。

Description

变压器经济运行智能控制系统

技术领域

本发明涉及一种变压器经济运行智能控制系统，本控制系统能根据变压器的实际工作状况自动调整其运行模式，使变压器始终运行在最经济的状况下，属于供电技术领域。

背景技术

众所周知变压器在运行中要产生功率损耗。为了降低变压器损耗，提高变压器的运行可靠性，GB/T13462《工矿企业电力变压器经济运行导则》国家标准规定了电力变压器经济运行方式的选择、计算和管理要求。电力变压器经济运行是指在技术经济允许、保证安全生产的条件下，通过优先运行方式、合理调整负载、改善运行条件，使变压器在电能损耗低的状态下运行。上述国家标准规定：A、单台变压器经济运行区β2 Z≤β≤1；B、单台变压器最佳经济运行区1.33β2 Z≤β≤0.75。

电力变压器的有功功率损耗包含变压器空载损耗P₀和变压器负载损耗P_k两部分：

空载损耗P₀是只与变压器铁芯相关的常数，它不随变压器负载的变化而变化。而负载损耗P_k则为变压器绕组中的铜线圈电流损耗，根据P=I²R，故P_k与负载电流的平方成正比。I₀%、Ud%为变压器一个固定参数，它们由变压器铭牌或变压器技术参数说明书提供，故变压器负载损耗主要受负荷变化影响的铜耗决定。

　注： P₀为变压器额定空载有功损耗即变压器铁耗；

　　 I₀%为变压器空载电流；

　　 P_k为变压器额定负载有功损耗即变压器铜损；

　　 Ud%为变压器阻抗电压。

目前，国内外在变压器节能技术方面作了大量研究。其基本思路主要是利用计算方式和分析软件正确选用变压器容量和台数，推广使用高效能、低损耗的变压器，提高功率因数等。也有不少关于变压器如何运行才能达到最佳经济运行的讨论，但这些都主要从选择变压器容量及运行方式角度考虑，一旦变压器投运，变压器容量就固定了，属于事先防控，不能解决现有设备的经济运行方式。对于两台或多台变压器还涉及到运行方式的优选，而大部分采用的方式则是靠测量负荷大小来决定变压器的合理经济运行方式，然后靠人力进行倒换，使负荷较轻时由单台变压器运行，负荷高于临界值时由两台或多台变压器并列运行，来达到降低变压器损耗的目的。这样做理论上可行，但就国内10KV配网系统的现状来说，实际操作起来很困难。这是因为虽然网络技术和通讯技术日新月异，有不少利用网络进行实时监控的手段，但由于大部分配电变压器安装地点复杂、分散、数量多、距离比较远，造成组网、通讯困难，很难获取实时运行数据，工作人员到现场采集数据又使得数据有局限性。对于一个城市的配网供电系统来说，要将网络布到每个配电房是一项非常庞大的工程。由于季节变换用电设备的投运会导致用电负荷出现很大差别，就在一天24小时内都会出现用电高峰、低谷期，所以靠测量一些离散点的数据用于分析和控制，实用性、准确性不大。因为不能保证数据的持续性和准确性，故用这些数据分析得出的结论可靠性自然受到影响。

不但现有技术对两台或多台变压器运行方式的优选不能很好地解决，而且当变压器出现故障后如何处理，或者如何及时发现故障，至今也没有这样的解决方案或设备。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种变压器经济运行智能控制系统，本控制系统能使变压器始终处于最佳经济运行状况下，并在变压器出现故障后及时有效地予以隔离，使故障段负荷转移至另一正常工作的变压器上。

本发明的技术方案是这样实现的：变压器经济运行智能控制系统，其特征在于：它主要由电流互感器、电压互感器、数据采集计算分析模块、数据转换模块、CPU逻辑控制器、参数设置模块、中间继电器和变压器信息采集器组成；电流互感器、电压互感器、数据采集计算分析模块和变压器信息采集器的数量和变压器对应，电流互感器和电压互感器分别安装在对应的变压器出线端，用于采集该变压器的输出电流和电压，电流互感器和电压互感器的输出分别接对应的数据采集计算分析模块，所有的数据采集计算分析模块通过同一数据转换模块接CPU逻辑控制器；变压器信息采集器与对应的变压器连接，用于采集该变压器的工作状态并将状态信息送至CPU逻辑控制器由CPU逻辑控制器判断该变压器是否发生故障；CPU逻辑控制器的输出通过中间继电器连接变压器运行系统的所有开关以根据接收到的指令控制这些开关的通断，参数设置模块与CPU逻辑控制器连接。

本控制系统还包括显示模块，显示模块与CPU逻辑控制器连接。所述显示模块与参数设置模块集成在一起形成图形液晶显示器。

本发明直接对每台变压器运行数据进行采集、计算、分析并得出经济运行的方式，然后下达指令直接控制电气元件（断路器）动作以达到改变变压器运行方式的目的，从而达到降低变压器损耗、节能降耗的目的。本控制系统直接装于现场，安装灵活、使用方便、工程量不大，对新建配网和老网改造都很适用。

另外，当本发明检测到变压器发生故障时，就按一定的逻辑顺序进行操作，先将故障变压器进行隔离（切断变压器高、低压侧的开关或断路器），然后将故障段负载转移到正常供电变压器一侧，保证负荷正常供电。

本发明将参数计算及控制结合起来，在变压器运行条件符合转换条件时就按照一定逻辑、闭锁关系自动转换为经济、合理的运行方式。本控制系统可用于电力系统、工矿企业具有两台或2N台变压器运行的系统。

附图说明

图1-单母线两台变压器分段运行结构运行方式一示意图。

图2-单母线两台变压器分段运行结构运行方式二示意图。

图3-单母线两台变压器分段运行结构运行方式三示意图。

图4-本发明系统方框图。

图5-本发明控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明主要针对10KV配网系统两台或多台变压器的最佳运行方式进行研究，首先在现场安装本控制系统，靠设备实时测量、监控配网系统运行的参数，然后数据经CPU计算比较后下达指令给控制系统，通过控制系统自动对变压器的运行方式进行优化组合，从而达到降低变压器损耗的目的。

其具体实现方案参见图4，从图上可以看出，本发明主要由电流互感器、电压互感器、数据采集计算分析模块、数据转换模块、CPU逻辑控制器、参数设置模块、中间继电器和变压器信息采集器组成；电流互感器、电压互感器、数据采集计算分析模块和变压器信息采集器的数量和变压器对应，电流互感器和电压互感器分别安装在对应的变压器出线端，用于采集该变压器的输出电流和电压，电流互感器和电压互感器的输出分别接对应的数据采集计算分析模块，所有的数据采集计算分析模块通过同一数据转换模块接CPU逻辑控制器；变压器信息采集器与对应的变压器连接，用于采集该变压器的工作状态并将状态信息送至CPU逻辑控制器由CPU逻辑控制器判断该变压器是否发生故障。CPU逻辑控制器的输出通过中间继电器连接变压器运行系统的所有断路器以根据接收到的指令控制这些断路器的通断，参数设置模块与CPU逻辑控制器连接。

各主要部件的功能介绍如下：

电流互感器：感应低压总路主回路电流输送到数据采集计算分析系统。

电压互感器：检测变压器的低压侧电压，可作变压器故障的判断条件之一。

数据采集计算分析模块：对采样的低压负荷电流、电压进行计算三相平均电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等所有电力参数，并将计算结果通过数据转换模块发送到CPU逻辑控制器。

数据转换模块：将数据采集计算分析模块输出的数据转换为CPU逻辑控制器能识别的数据格式并传送到CPU逻辑控制器。

CPU逻辑控制器：通过输入的计算结果，CPU逻辑控制器按编写的逻辑控制程序进行运算、比较、判断，然后按变压器经济运行的方式发出控制指令，顺序控制开关动作，改变变压器运行方式，从而达到节能降耗的目的。

图形液晶显示器（即触摸屏）：兼有参数设置和显示功能，它与CPU逻辑控制器配合使用，通过程序设置显示器上的菜单：测量、状态显示、参数设置、以及按键控制。

中间继电器：扩大控制接点的容量，CPU逻辑控制器的输出接点容量比较小，信号经继电器的线圈由继电器的接点直接去控制开关动作。

变压器信息采集器：检测采集变压器的工作状态，包括变压器低压侧电流、低压侧电压、变压器油层温度（通过在变压器附近安装温度传感器来检测），送信息至CPU逻辑控制器用于判断变压器是否发生故障。

电源模块：用于给各模块供电，使装置正常工作。

空气开关(或熔断器)：给系统各功能模块供电并起到保护作用。

以下结合不同的变压器运行方式对本发明具体控制过程作详细说明。

针对单母线两台变压器分段运行结构，运行方式有以下四种：

A、I号变压器单台运行，通过联络开关向所有负载供电，见图1；

B、II号变压器单台运行，通过联络开关向所有负载供电，见图2；

C、I、II号变压器分列运行（联络开关断开），见图3；

D、两台变压器并列运行（联络开关闭合），由两台变压器同时向所有负荷供电，本系统不考虑该运行方式。

变压器正常运行方式的转换按以下逻辑顺序进行：

A、I段变压器单台共用（3QF、4QF、5QF闭合位置；1QF、2QF分断位置，见图1），负荷上升转为I、II段变压器分列运行（1QF、2QF、4QF、5QF闭合位置；3QF分断位置，见图3）时：合1QF——合2QF——分3QF；

B、I、II段变压器分列运行（1QF、2QF、4QF、5QF闭合位置；3QF分断位置，见图3），负荷下降转为I段单台共用（3QF、4QF、5QF闭合位置；1QF、2QF分断位置，见图1）时：合3QF——分2QF——分1QF；

C、II段变压器单台共用（1QF、2QF、3QF闭合位置；4QF、5QF分断位置，见图2），负荷上升转为I、II段变压器分列运行（1QF、2QF、4QF、5QF闭合位置；3QF分断位置，见图3）时：合5QF——合4QF——分3QF；

D、I、II段变压器分列运行（1QF、2QF、4QF、5QF闭合位置；3QF分断位置，见图3），负荷下降转为II段单台共用（1QF、2QF、3QF闭合位置；4QF、5QF分断位置，见图2）时：合3QF——分4QF——分5QF。

变压器故障后，用电负荷会受到影响。为了不影响用户的正常用电，当检测到变压器故障后，按照一定的逻辑顺序进行操作，将故障变压器隔离，同时将故障段负荷转移至另外一台变压器进行供电，保证负荷正常供电。

变压器故障后的转换按以下逻辑顺序进行：

A、I段变压器单台共用（3QF、4QF、5QF闭合位置；1QF、2QF分断位置，见图1），当I段变压器故障；转为II段变压器分列运行（1QF、2QF、3QF闭合位置；4QF、5QF分断位置，见图2）时：断4QF——断5QF——合1QF——合2QF；

B、II段变压器单台共用（1QF、2QF、 3QF闭合位置；4QF、5QF分断位置，见图2），当II段变压器故障；转为I段变压器分列运行（4QF、5QF、3QF闭合位置；1QF、2QF分断位置，见图1）时：断2QF——断1QF——合5QF——合4QF；

C、I、II段变压器分列运行（1QF、2QF、4QF、5QF闭合位置；3QF分断位置，见图3），当I段变压器故障，转为II段变压器分列运行（1QF、2QF、3QF闭合位置；4QF、5QF分断位置，见图2）时：断4QF——断5QF——合3QF；

D、I、II段变压器分列运行（1QF、2QF、4QF、5QF闭合位置；3QF分断位置，见图3），当II段变压器故障，转为I段变压器分列运行（4QF、5QF、3QF闭合位置；1QF、2QF分断位置，见图1）时：断2QF——断1QF——合3QF。

本发明动作流程介绍（见图5）：

一、设备初始化

设备通电开始运行。

参数设置：变压器参数（容量、空载有功损耗、额定负载有功损耗、空载电流I₀%，短路阻抗U_k%）、投切延时时间（高压延时投入T1、高压延时切除T2、低压延时投入T3、低压延时切除T4、联络延时投入T5、联络延时切除T6）、烘潮间隔时间、变压器烘潮时间、平均电流时间、电流采样时间、状态切换确认、互感器最大电流、动作阀值带宽、变压器过电流倍数、左右段负荷不平衡度、短时过电流时间、手/自动烘潮。

状态检测：初始状态是单台变压器运行还是两台变压器运行分列运行，即进入相应的运行状态。

二、流程图

1.系统上电开机；

2.根据要求是否需要设置参数，如需要设置参数，则设置参数；

3.若不需要设备参数则进入模拟采集过程，将采集得到的数据送入内存单元，以备后用；

4.调节量程范围，把采集得到的模拟量信号转换为相应的量程，与数据采集计算分析模块的数值对应；

5.把得到的负荷数据进行分解，计算出各段负荷；

6.检测变压器是否发生故障，若末检测到故障信息，则进入（7）；若发生故障则进入（9）；

7.根据计算出的各段负荷数据，对负荷进行分析判断，设置相应的状态标志；

8.根据状态标志与原状态标志进行比较，如果标志相同，表示不需要进行状态转换，则转到（3）步；若需要进行状态转换，则进入（9）步；

9.根据当前状态和即将转入的新状态，对照上面正常运行方式的四条逻辑顺序和故障后的四条逻辑顺序，查表找到需要的逻辑表，进行相应的延时（延时时间常数见参数设置），输出合闸或分闸信号到相应的继电器，驱动相应的断路器（1QF～5QF）；

10.检测由断路器自身辅助触点输出信号到CPU，由CPU进行判断合闸或分闸是否成功。成功则转入（11）；失败则转入（14）；

11.判断切换状态过程是否完成，完成则转入（2）步；没有完成则进入下一步；

12.执行下一个动作（合闸或分闸）；

13.转入执行（9）；

14.对CPU内部寄存器置相应的标志，在中文图形显示器上输出中文提示报警信息，并按原动作顺序的逆序输出相反的命令（如原动作为合闸，逆序则为分闸；如原动作为分闸，逆序则为合闸）。

15.判断逆序输出相反的命令是否已完成，完成则停机；若没有完成则返回（14）步；

16.所有动作均在图形液晶显示器上记录并显示，并有动作日期和时间。

本控制系统能根据负荷的变化，自动调整两台或多台变压器的运行方式，使每台变压器都能在经济运行区运行。尤其是季节的变化引起负荷大幅度变化时，能根据测量计算值自动对变压器运行方式进行转换：I号单台共用——两台分列运行——II号单台共用，单台共用时断开另一台变压器一次侧电源，达到降低变压器空载损耗和负载损耗的目的。首先考虑以一台为主变，另一台为备变，运行一段时间后互相转换主备关系，保证每台变压器能均衡使用。

本发明还具有其它特点和功能：

1．事件记录详细，有动作日期和时间，事件记录数可达1200条；

2．根据负荷自动管理三台变压器的投运和停运；

3．自动计算平均负荷下的最小损耗，并自动切换其状态；

4．有变压器停运、运行时间统计记录；

5．权限管理，设置不同密码得到不同权限，保证设备安全运行；

6．确认操作，所有操作均设置确认，防止误操作；

7．参数设置后，全自动计算切换条件，无需人工干预。

Claims

1.变压器经济运行控制系统，其特征在于：它主要由电流互感器、电压互感器、数据采集计算分析模块、数据转换模块、CPU逻辑控制器、参数设置模块、中间继电器和变压器信息采集器组成；电流互感器、电压互感器、数据采集计算分析模块和变压器信息采集器的数量和变压器对应，电流互感器和电压互感器分别安装在对应的变压器出线端，用于采集该变压器的输出电流和电压，电流互感器和电压互感器的输出分别接对应的数据采集计算分析模块，所有的数据采集计算分析模块通过同一数据转换模块接CPU逻辑控制器，其中，数据采集计算分析模块对电流互感器、电压互感器采样得到的低压负荷电流、电压进行计算三相平均电流、有功功率、无功功率、视在功率和功率因素，数据转换模块将数据采集计算分析模块输出的数据转换为CPU逻辑控制器能识别的数据格式并发送到CPU逻辑控制器；变压器信息采集器与对应的变压器连接，用于采集该变压器的工作状态并将状态信息送至CPU逻辑控制器由CPU逻辑控制器判断该变压器是否发生故障； CPU逻辑控制器的输出通过中间继电器连接变压器运行系统的所有开关以根据接收到的指令控制这些开关的通断，参数设置模块与CPU逻辑控制器连接；

变压器经济运行控制系统自动对变压器的运行方式进行优化组合，从而达到降低变压器损耗的目的。

2.根据权利要求1所述的变压器经济运行控制系统，其特征在于：本控制系统还包括显示模块，显示模块与CPU逻辑控制器连接。

3.根据权利要求2所述的变压器经济运行控制系统，其特征在于：所述显示模块与参数设置模块集成在一起形成图形液晶显示器。