CN103293954A - 一种变压器冷却系统控制策略与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器冷却系统控制策略与方法，根据变压器的顶层油温、底层油温、环境温度、冷却器入口油温、冷却器出口油温的实际测量结果，与变压器运行时间参数的运行情况，提出的变压器冷却系统控制策略，并通过控制冷却器的启停来降低变压器内部温度。本发明的方法可以根据多种影响因素，切实有效地针对变压器本体运行状况与外界环境影响，进行变压器冷却系统控制，从而达到避免变压器内部由于高温发生故障或绝缘老化的加速的效果。

Description

一种变压器冷却系统控制策略与方法

技术领域

本发明属于输变电设备中变压器冷却器智能控制领域，具体地说涉及基于变压器实际运行中根据其多种监测对象，从而控制其冷却系统的策略及方法。

背景技术

变压器在实际运行过程中，可以产生大量的热量，使变压器内部温度急速升高，从而产生变压器绝缘系统老化加速，设备因高温损毁甚至可能发生爆炸的危险。对于大型油浸式变压器，其冷却系统一般采用的是强迫油循环风冷冷却器或者是强迫油循环水冷冷却器，现今其控制方法主要是通过对变压器的油顶层温度或者是变压器的实际负载情况作为判定依据，从而对变压器冷却器进行调节。该方法的主要缺陷为：

1.      只监测变压器的顶层温度或变压器的实际负载并不能完全说明变压器内部的实际状况。

2.      现今主要的控制方法为当油顶层温度达到一定温度时或者是实际负荷达到一定数量时，通过调节变压器冷却器的运行数量来调节其内部温度，该方法不能随温度与负荷电流的变化进行较为平滑的调整。

3.      变压器冷却器随着内部温度的变化进行频繁的启停，很容易发生其开关故障，几组冷却器同时开启或关闭，有时无法实时有效的针对变压器热点位置进行冷却系统控制，从而可能由于局部高温，从而造成变压器内部局部区域绝缘老化加速，甚至发生损毁。

4.      变压器在使用过程中，其绝缘会有一个长时间的持续老化过程，在这个过程中，其老化速率与其变压器温度与运行电压电流有关，而在这个老化过程中，变压器的绝缘性能是持续下降的，而且在变压器持续运行过程中，变压器内部可能因长期运行，局部区域杂物堆积使其油路不畅而发生变压器内部局部地区的最热点温度增高，传统变压器冷却系统控制策略并未考虑该因素，只是简单根据测量温度或负载情况推算最热点温度从而进行冷却器的控制与调节，造成变压器寿命缩短，不利于变压器的长期运行要求。

中国专利CN200810014398.9《变压器冷却系统自动轮换投切控制装置》，公开了变压器冷却系统自动轮换投切控制装置，包括微型工控机、远程报警模块、若干个监测控制模块，各个监测控制模块的一端通过R485现场总线与微型工控机相连，另一端与冷却系统控制逻辑和指示电路连接，远程报警模块与冷却系统控制逻辑和指示电路连接。该发明仅为设定策略轮换投切控制装置，无法实时有效地对变压器内部温度进行监测并对冷却系统进行实时调整。

有鉴于此，本发明提供一种变压器冷却系统控制策略与方法，以满足实际应用需要。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的不足，发明一种可以根据多种影响因素，可以切实有效地针对变压器本体运行状况与外界环境影响，进行变压器冷却系统控制，从而达到避免变压器内部由于高温发生故障或绝缘老化的加速的目的。

本发明所采用的技术方案是：一种变压器冷却系统控制策略与方法，根据变压器的顶层油温、底层油温、环境温度、冷却器入口油温、冷却器出口油温的实际测量结果，与变压器运行时间参数的运行情况，提出的变压器冷却系统控制策略，并通过控制冷却器的启停来降低变压器内部温度，其特征在于，具体步骤如下：

1）在变压器顶层、底层设置温度测量装置监测变压器顶层油温θ顶与底层油温θ底； 

2）设变压器的冷却器总台数为n台，在变压器已经启动的冷却器出入口设立温度测量装置监测变压器每个冷却器的出入口油温θ入、θ出，并将其温度差设为                                               

（

=

），并计算其每个已经启动的冷却器出、入口的温度差的算术平均数，将其设为

，

，其中a为已经启动冷却器的台数；

在未启动的冷却器出入口设立温度测量装置监测变压器每个冷却器的出入口油温

，并将其温度差设为

，

并计算其每个未启动的冷却器出、入口的温度差的算术平均数，将其设为

，

，其中n-a为未启动冷却器的台数； 

3）在根据变压器电压等级与容量的不同，安放m个环境温度测量仪器T₁……T_m测量环境温度θ₁……θ_m，环境温度测量仪器要平均分布；

4）根据变压器投入运行时间，以年为单位设立“1-8年”、“9-15年”、“16年以上”三档；

5）根据上述数据，得出具体变压器冷却系统运行策略函数“ω”，其计算方法如下公式所示：

，

由此设定变压器冷却系统运行策略是：

其中在“1-8年”档时当运行策略函数ω＞30时，开放第一个冷却器L1，依次进行，每当ω的值增加8个单位，再依次运转一个冷却器L2、L3……以此类推直至冷却器Ln全部开放；

其中在“9-15年”档时当运行策略函数ω＞20时，开放第一个冷却器L1，依次进行，每当ω的值增加8个单位，再依次运转一个冷却器L2、L3……以此类推直至冷却器Ln全部开放；

其中在“16年以上”档时当运行策略函数ω＞10时，开放第一个冷却器L1，依次进行，每当ω的值增加6个单位，再依次运转一个冷却器L2、L3……以此类推直至冷却器Ln全部开放。

如上所述的变压器冷却系统控制策略与方法，其特征在于，利用热电偶、光纤接触式方法实时测量油温，其中顶层温度测量装置要埋入在油面下。

如上所述的变压器冷却系统控制策略与方法，其特征在于，m优选为2-8个。

本发明的有益效果是：本发明的方法可以根据多种影响因素，切实有效地针对变压器本体运行状况与外界环境影响，进行变压器冷却系统控制，从而达到避免变压器内部由于高温发生故障或绝缘老化的加速的效果。

附图说明

图1是本发明变压器冷却系统控制策略与方法的工作原理图。

图2是本发明变压器冷却系统控制策略与方法的数据流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

附图中的符号说明：1—变压器主体、2—变压器线圈、3—冷却器、4—冷却器入口温度测量装置、5—冷却器出口温度测量装置、6—变压器底层温度测量装置、7—变压器顶层温度测量装置、8—外部环境测量装置。

如图1、图2所示，本发明提供的变压器冷却系统控制策略与方法，根据变压器的顶层油温、底层油温、环境温度、冷却器入口油温、冷却器出口油温等实际测量结果，与变压器运行时间参数等运行情况，提出变压器冷却系统运行策略，并通过控制冷却器的启停来降低变压器内部温度。具体步骤如下：

1）在变压器顶层、底层设置温度测量装置监测变压器顶层油温θ顶与底层油温θ底。可以利用热电偶、光纤等接触式方法实时测量油温，其中顶层温度测量装置要埋入在油面下。

2）设变压器的冷却器总台数为n台，在变压器已经启动的冷却器出入口设立温度测量装置监测变压器每个冷却器的出入口油温θ入、θ出，并将其温度差设为

（

=），并计算其每个已经启动的冷却器出、入口的温度差的算术平均数，将其设为

，

其中

其中a为已经启动冷却器的台数，由于变压器在实际运行过程中，由于变压器上下部分油温并不相同，因此变压器绝缘油具有一个自然对流现象，所以无论冷却器油泵风扇是否开启，冷却器实质上都是具有一定散热效能的，因此不可以忽略未开启的冷却器的散热效果。

设未启动的冷却器出入口设立温度测量装置监测变压器每个冷却器的出入口油温 

，并将其温度差设为

，并计算其每个未启动的冷却器出、入口的温度差的算术平均数，将其设为

。

其中n-a为未启动冷却器的台数。可以利用热电偶、光纤等接触式方法实时测量油温。

3）在根据变压器电压等级与容量的不同，安放m个（m优选为2-8个）环境温度测量仪器T₁……T_m测量环境温度θ₁……θ_m。注意环境温度计要平均分布，尽量更加客观测量并描述环境温度。

4）根据变压器自身设计，得到变压器投入运行时间。变压器投入运行时间以年计算设立“1-8年”、“9-15年”、“16年以上”三档。

5）根据上述数据，得出具体变压器冷却系统运行策略函数“ω”。其计算方法如下公式所示

其中在“1-8年”档时当运行策略函数ω＞30时，开放第一个冷却器L1，依次进行，每当ω的值增加8个单位，再依次运转一个冷却器L2、L3……以此类推直至冷却器Ln全部开放。

其中在“9-15年”档时当运行策略函数ω＞20时，开放第一个冷却器，依次进行，每当ω的值增加8个单位，再依次运转一个冷却器L2、L3……以此类推直至冷却器Ln全部开放。

其中在“16年以上”档时当运行策略函数ω＞10时，开放第一个冷却器，依次进行，每当ω的值增加6个单位，再依次运转一个冷却器L2、L3……以此类推直至冷却器Ln全部开放。

图2为本发明数据流程图。

由图1、图2所示，在变压器本体1内部安装两个温度测量装置，分别处于油箱顶部与底部，分别为变压器底层油温测量装置6、变压器顶层温度测量装置7。将这两个数据整合处理，形成变压器本体温度数据。再在多个冷却器L1……Ln的出入口位置分别安放两个温度测量装置，分别为冷却器入口温度测量装置4、冷却器出口温度测量装置5。将每个冷却器的出入口温度测量装置这两个数据整合处理，可以描述每个冷却器的散热效果。由于变压器在实际运行过程中散热部位不止冷却器，也包含变压器本体1自身，而且变压器本体1自身的散热主要依靠热传递效应。因此对比传统冷却器运行策略本发明在考虑冷却器运行策略时，增加环境温度对于变压器运行散热影响。具体方法为根据变压器的电压等级与容量的不同，在变压器外部适当位置平均布置外部环境温度计，并取其平均值来评价外部环境温度。根据这些测量出的数据进行数学处理后得到变压器实时温度状况，得出具体变压器冷却系统运行策略函数“ω”，其具体判断方法根据下面公式计算。

传统变压器冷却器控制策略，只是考虑当前变压器温度，并根据测量的温度来调节投入冷却器运行台数，从而达到变压器运行过程中的散热目的。但是，由于变压器内部绝缘存在持续老化的问题，并且由于运行过程中不可避免的会造成一些杂质的累计，这些杂质有时会沉积在变压器绝缘上，甚至是堵塞油道，使器身局部区域温度升高，如果继续根据之前冷却器运行策略，可能造成这些堵塞区域绝缘老化加速，降低变压器使用寿命，因此在变压器持续运行过程中，需要根据变压器投入运行年数，对不同年龄的变压器采用不同冷却器运行策略。具体方法为根据变压器投入年数，设立三个档位，分别为“1-8年”档、“9-15年”档、“16年以上”档。本发明对变压器冷却系统具体控制策略为：

在“1-8年”档：当运行策略函数ω＞30时，开放第一个冷却器L1，依次进行，每当ω的值增加8个单位，再依次运转一个冷却器L2、L3……以此类推直至冷却器Ln全部开放。

在“9-15年”档：当运行策略函数ω＞20时，开放第一个冷却器L1，依次进行，每当ω的值增加8个单位，再依次运转一个冷却器L2、L3……以此类推直至冷却器Ln全部开放。

在“16年以上”档：当运行策略函数ω＞10时，开放第一个冷却器L1，依次进行，每当ω的值增加6个单位，再依次运转一个冷却器L2、L3……以此类推直至冷却器Ln全部开放。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种变压器冷却系统控制策略与方法，根据变压器的顶层油温、底层油温、环境温度、冷却器入口油温、冷却器出口油温的实际测量结果，与变压器运行时间参数的运行情况，提出的变压器冷却系统控制策略，并通过控制冷却器的启停来降低变压器内部温度，其特征在于，具体步骤如下：

1）在变压器顶层、底层设置温度测量装置监测变压器顶层油温θ顶与底层油温θ底； 

2）设变压器的冷却器总台数为n台，在变压器已经启动的冷却器出入口设立温度测量装置监测变压器每个冷却器的出入口油温                                                

，并将其温度差设为 

，

=

，并计算其每个已经启动的冷却器出、入口的温度差的算术平均数，将其设为

，

，其中a为已经启动冷却器的台数；

在未启动的冷却器出入口设立温度测量装置监测变压器每个冷却器的出入口油温

，并将其温度差设为

，并计算其每个未启动的冷却器出、入口的温度差的算术平均数，将其设为

，，其中n-a为未启动冷却器的台数； 

3）在根据变压器电压等级与容量的不同，安放m个环境温度测量仪器T₁……T_m测量环境温度θ₁……θ_m，环境温度测量仪器要平均分布；

4）根据变压器投入运行时间，以年为单位设立“1-8年”、“9-15年”、“16年以上”三档；

5）根据上述数据，得出具体变压器冷却系统运行策略函数“ω”，其计算方法如下公式所示：

，

由此设定变压器冷却系统运行策略是：

其中在“1-8年”档时当运行策略函数ω＞30时，开放第一个冷却器L1，依次进行，每当ω的值增加8个单位，再依次运转一个冷却器L2、L3……以此类推直至冷却器Ln全部开放；

其中在“9-15年”档时当运行策略函数ω＞20时，开放第一个冷却器L1，依次进行，每当ω的值增加8个单位，再依次运转一个冷却器L2、L3……以此类推直至冷却器Ln全部开放；

其中在“16年以上”档时当运行策略函数ω＞10时，开放第一个冷却器L1，依次进行，每当ω的值增加6个单位，再依次运转一个冷却器L2、L3……以此类推直至冷却器Ln全部开放。

2.根据权利要求1所述的变压器冷却系统控制策略与方法，其特征在于，利用热电偶、光纤接触式方法实时测量油温，其中顶层温度测量装置要埋入在油面下。

3.根据权利要求1所述的变压器冷却系统控制策略与方法，其特征在于，m优选为2-8个。

Images