CN102890520A - 一种变压器节能增效控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器节能增效控制方法，包括以下步骤：1)对变压器各侧的互感器进行电压和电流采样或从数据服务器取得电压和电流数据；2)对变压器的外部环境参数进行采样；3)对变压器内部进行温度检测；4)将上述步骤采集到的参数通过控制器计算得到变压器内部温度变化参数；5)控制器根据变压器内部温度变化参数控制冷却装置对变压器进行冷却处理。本发明通过对变压器顶层油温的实时测量，并结合外界环境因素和当前运行条件，对变压器的温度变化进行预测，实现对变压器外部冷却装置的投切控制，并且能在变压器过负荷运行情况下对变压器可能出现的过热状况进行预警，并提供相应的过负荷运行时间，使电力变压器达到节能增效运行。

Description

一种变压器节能增效控制方法

技术领域

本发明涉及一种变压器节能增效控制方法，属于电力系统控制技术领域。

背景技术

随着电力系统快速发展，输变电线路增容技术在不断推广，输变电设备的增容问题被广泛关注。电力变压器作为输变电的核心设备，然而出于安全考虑，目前其正常运行容量都远低于额定容量(小于50％额定容量)，设备远远达不到有效利用。而且目前国内对于变压器冷却方式的控制，普遍还是按照负荷的大小来调节，即根据负荷大小控制冷却风扇或是冷却器的开断，并没有考虑环境的变化对冷却能力带来的影响(诸如环境温度的改变，自然界风对变压器冷却的加强，太阳光照对变压器的辐射加热等因素)，所以无法实现冷却设备的低功耗运行。另外，变电设备向智能化方向发展，实时掌握变压器的运行状态并随时对其进行风险评估，有利于实现向变电站智能控制和智能管理的拓展。

对提高变压器利用率的主要限制因素是变压器内部绕组热点的温升导致的绝缘材料的迅速老化，所以通过对变压器内部温度的实时监测，不但可以判断变压器过负荷运行能力，还可以以此为判据控制变压器冷却装置的运行，使变压器能够节能增效运行。然而目前对变压器内部绕组热点温度直接测量比较复杂，国内外的普遍使用通过计算的方法得到热点温度，常用计算方法可以分为以下三种：

数值计算法：

数值计算方法是利用传热学以及流体力学原理，研究变压器内绕组与变压器油之间的对流换热问题，并适当简化问题，通过求解微分方程组得到变压器绕组热点温度的计算方法。一般将变压器内绕组附近区域简化为二维空间问题，列包含质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程的微分方程组，并使用数学软件求解。模型计算精度高，但是需要的参数较多，计算复杂时间长，不具备推广性。

国家标准推荐计算法：

《GB/T 1094.7-2008油浸式电力变压器负载导则》中给出的油浸式变压器绕组内部温度分布的数学模型对变压器内部热点温度进行推算。国家标准中的绕组热点温度计算模型虽然能够基本反映真实的变压器热传导过程。但是模型对变压器绕组热点温度的计算仅仅是简单估算，模型比较粗糙，其对于变压器的非线性特征反应不足，在模型中没有涵盖影响变压器绕组热点温度分布的全部重要因素。

热路比拟计算法：

导热体中稳态导热现象的温度场热流密度的方程和导电体中恒定电场电流密度的方程具有完全相同的数学表达式，且各参量的量纲结构形式也类似。因此从传热学的角度用电路模型简化变压器内传热过程，将变压器内热传导过程简化为电路模型，计算精度和时间满足工程要求。

以上各方法的应用各有不同，但总的来说都没有考虑到外界环境因素对变压器内部温度造成的影响。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的不足，提供一种变压器节能增效控制方法。

本发明可以通过采取以下技术方案予以实现：

一种变压器节能增效控制方法，包括以下步骤：

1)对变压器各侧的互感器进行电压和电流采样或从数据服务器取得电压和电流数据；

2)对变压器的外部环境参数进行采样；

3)对变压器内部进行温度检测；

4)将上述步骤采集到的参数通过控制器计算得到变压器内部温度变化参数；

5)控制器根据变压器内部温度变化参数控制冷却装置对变压器进行冷却处理。

在上述基础上，本发明在步骤2)中，所述外部环境参数包括外界温度、自然风速和太阳辐射功率；在步骤3)中，对变压器内部温度检测包括对变压器内热点、绕组和顶油的温度检测；在步骤5)中，若计算温度小于限定值并能确保保持运行一段时间则减少投入的冷却装置；若计算温度大于限定值则增加投入的冷却装置；若变压器处于过负荷或者线路故障状态，则加快采样计算频率，并投入全部冷却装置并且计算变压器最大过负荷运行时间，给出安全运行时间曲线，向调度部门发出预警信号，保证电力系统可靠运行。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：本发明通过对变压器顶层油温的实时测量，并结合外界环境因素和当前运行条件，对变压器的温度变化进行预测，实现对变压器外部冷却装置的投切控制，并且能在变压器过负荷运行情况下对变压器可能出现的过热状况进行预警，并提供相应的过负荷运行时间，以最大限度的提高电力变压器的利用率，使电力变压器达到节能增效运行。同时，基于实时计算温度可实现对冷却风扇(冷却器)进行分级控制，相较传统控制方式减小了冷却装置的能耗，有效达到节能的目的。

附图说明

图1是本发明的变压器节能增效控制方法的流程图；

图2是本发明的变压器节能增效控制方法中的热量模型图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的最佳实施例作详细描述。

如图1所示，本发明的变压器节能增效控制方法的具体过程如下：

在进行变压器数据采样前，先输入变压器参数信息，将参数进行初始化处理，将变压器内部参数进行计算得到：

变压器绕组到顶油散热过程的额定热容C_hs，rated，额定热阻R_hs，rated；

变压器顶油到平均油散热过程的额定热容C_{moil hoil，rated}，额定热阻R_{moil hoil，rated}；

变压器平均油到外界散热过程的额定热容C_moil，rated，额定热阻R_moil，rated；变压器各分接位置下额定损耗值qfe；

1)、对变压器各侧的互感器进行电压和电流采样，或从服务器获得电压和电流数据，根据实测电压判断当前变压器分接开关位置，并根据实时采样得到流过高、中、低压绕组的电流：I_H、I_M和I_L，计算出变压器当前运行方式下总的负载损耗值 $q_{\mathrm{load}}=I_H^2\·R_{\mathrm{Heddy}}l+I_M^2\·R_{\mathrm{Meddy}}+I_L^2\·R_{\mathrm{Leddy}}+I_H^2\·R_{\mathrm{dcH}}+I_M^2\·R_{\mathrm{dcHM}}+I_L^2\·R_{\mathrm{dcHL}},$ 由总损

耗计算出当前负载损耗下损耗比

2)对变压器的外部环境参数进行采样：通过实测的日照强度和风速的数据，计算出附加热源q_sun和自然风影响热阻R_wind

3)对变压器内部进行温度检测，测得热点温度θ_hs、绕组温度θ_hoil、顶油温度θ_moil和底油温度θ_amb

4)将上述步骤采集到的参数通过控制器计算得到变压器内部温度变化参数：将上述参数代入下列公式中

$\left\{\begin{array}{c}{K}^2\·u_{\mathrm{pu}}^{\frac{1}{n}-1}\·{\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{hs},\mathrm{rated}}=u_{\mathrm{pu}}^{\frac{1}{n}-1}\·C_{\mathrm{hs},\mathrm{rated}}\·R_{\mathrm{hs},\mathrm{rated}}\·\frac{{\mathrm{d\θ}}_{\mathrm{hs}}}{\mathrm{dt}}+\frac{{({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{hs}}-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{hoil}})}^{\frac{1}{n}}}{{{\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{hs},\mathrm{rated}}}^{\frac{1}{n}-1}}\\ \frac{1+R\·K^2}{1+R}\·u_{\mathrm{pu}}^{\frac{1}{n}-1}\·{\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{hoil},\mathrm{rated}}=u_{\mathrm{pu}}^{\frac{1}{n}-1}\·C_{\mathrm{moil\; hoil},\mathrm{rated}}\·R_{\mathrm{moil\; hoil},\mathrm{rated}}\·\frac{{\mathrm{d\θh}}_{\mathrm{oil}}}{\mathrm{dt}}+\frac{{({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{hoil}}-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{moil}})}^{\frac{1}{n}}}{{{\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{hoil},\mathrm{rated}}}^{\frac{1}{n}-1}}\\ \frac{1+R\·K^2+\frac{q_{\mathrm{sun}}}{q_{\mathrm{fe}}}}{1+R}\·u_{\mathrm{pu}}^{\frac{1}{n}-1}\·{\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{moil},\mathrm{rated}}=u_{\mathrm{pu}}^{\frac{1}{n}-1}\·C_{\mathrm{moil},\mathrm{rated}}\·R_{\mathrm{moil},\mathrm{rated}}\·\frac{{\mathrm{d\θ}}_{\mathrm{moil}}}{\mathrm{dt}}+\frac{{({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{moil}}-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{amb}})}^{\frac{1}{n}}}{{{\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{moil},\mathrm{rated}}}^{\frac{1}{n}-1}}\end{array}\right.$

考虑温度对变压器损耗、变压器油粘度和变压器油密度的影响，求解得到热点温度，绕组温度和顶油温度在一段时间内的变化情况，其中，平均油温到环境温升的热阻则可视为外壳散热热阻R_rad、片散散热热阻R_ps_AF或R_ps_AN和自然风对变压器散热影响热阻R_wind的并联，且以上参数均采用国际标准单位。

5)控制器根据变压器内部温度变化参数控制冷却装置对变压器进行冷却处理：对冷却风扇实现“先开先断”的控制方法，防止一台冷却风扇频繁开断若计算温度小于限定值并能确保保持运行一段时间则减少投入的冷却装置；若计算温度大于限定值则增加投入的冷却装置；若变压器处于过负荷或者线路故障(如N-1故障)状态，则加快采样计算频率，并投入全部冷却装置并且计算变压器最大过负荷运行时间，给出安全运行时间曲线，向调度部门发出预警信号，保证电力系统可靠运行。

惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。

Claims (4)

1.一种变压器节能增效控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)对变压器各侧的互感器进行电压和电流采样或从数据服务器取得电压和电流数据；

2)对变压器的外部环境参数进行采样；

3)对变压器内部进行温度检测；

4)将上述步骤采集到的参数通过控制器计算得到变压器内部温度变化参数；

5)控制器根据变压器内部温度变化参数控制冷却装置对变压器进行冷却处理。

2.根据权利要求1所述的变压器节能增效控制方法，其特征在于在步骤2)中，所述外部环境参数包括外界温度、自然风速和太阳辐射功率。

3.根据权利要求2所述的变压器节能增效控制方法，其特征在于在步骤3)中，对变压器内部温度检测包括对变压器内热点、绕组和顶油的温度检测。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器节能增效控制方法，其特征在于在步骤5)中，若计算温度小于限定值并能确保保持运行一段时间则减少投入的冷却装置；若计算温度大于限定值则增加投入的冷却装置；若变压器处于过负荷或者线路故障状态，则加快采样计算频率，并投入全部冷却装置并且计算变压器最大过负荷运行时间，给出安全运行时间曲线，向调度部门发出预警信号，保证电力系统可靠运行。

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