CN104932403B - 一种适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制方法 - Google Patents

一种适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明所述的一种主变冷却器的节能控制方法，适用于220kV以上电压等级的变压器的强迫油循环风冷系统。本发明应用变频器和PLC的方案，根据顶层油温和变压器负荷电流来确定冷却器组的投切数目和风机的转速。在变压器顶层油温低时，以节能为主，冷却器在变频下运行，变频频率根据顶层油温自动反馈调节。当温度较高时，以安全为主，投入更多的冷却器，并切换到工频运行。当变频器故障或PLC故障时，也能自动从变频切换到工频。本发明解决目前大型电力变压器系统需要人为控制、自动化程度低、缺少必要保护、耗能大和噪音大的问题，能适用于各种复杂的场合和环境，在保障安全运行的前提下最大程度的降低冷却系统的能耗。

Description

一种适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制 方法
技术领域
本发明属电网环保技术领域，并涉及电力变压器冷却系统节能控制技术。
背景技术
当前，节能环保已上升为国家战略，国际社会和国内各级政府都高度关注。2012年，国务院印发了节能环保“十二五”规划，电力作为整个国家能源战略的核心之一，是其中一个重要的节能降损领域。“规划”要求，到2015年，电网综合线损率由6.53％降为6.3％。
变电站作为电网输配电的重要环节之一，其站用电电量是计入线损，而且在电网损耗中占据一定的比例。在传统220kV及以上电压等级的变电站中，主要能耗设备除综自系统、暖通设备、机构柜加热等之外，主变冷却系统的设备用电是其中重要环节之一，其约占到站用电的30％以上。
国内2008年以前投运的大型220kV及以上电压等级的变压器，其冷却系统普遍采用强迫油循环风冷式冷却方式(ODAF/OFAF)，其运行模式是根据当地环境气候，由人工经验判断，投入一定数量的冷却器组，冷却器设备24小时不间断的进行油温散热，通过油泵循环带走变压器铁芯和绕组因损耗产生的热量，然后由风机与散热器对流换热。冷却器冷却容量在设计时，进口风温一般为20℃，并没有考虑到在环境温度变化下的冷却容量调节因素，特别是在北方地区，在冬季零下20℃的寒冷条件下，主变为保证油路对流，依然要投入50％的冷却设备，主变油温几乎低于5℃，过剩的降温，造成巨大的能源浪费。
传统的冷却器控制器，其内部都是交流接触器和热继电器构造而成，通过油面温度计的行程开关来投切冷却器。两台冷却器一直投入，当温度大于一定值时投入辅助冷却器，当冷却器故障时，可投入备用冷却器。这种控制方式原理简单，但连线多且复杂、体积大、故障率高。
随着电子技术的不断发展，冷却器控制技术由电磁式继电器控制发展到PLC可编程自动控制。相对传统控制方式，这种方式动作可靠，使用元件少，且含有通讯功能。投切方式与传统方式相同，两台冷却器固定投入，温度高于一定值时投入辅助，当冷却器故障时，可投入备用冷却器。存在以下缺点：①冷却器的冷却容量不能平滑连续变化，在负荷较小、环境温度低时，造成了冷却容量的浪费。②当一天中温度起伏较大时，冷却器投切频繁，故障率上升。③且由于引入了自动控制系统，未对PLC故障及其直流电源的故障进行保护，也没有响应的补充措施，给变压器的运行带来了很大的安全隐患。
专利CN 103324130在PLC自动控制的基础上增加了开环变频调速模糊控制技术，根据变压器顶层油温和负荷电流实际运行情况，在程序中建立线性的数学模型，计算出了风机的控制频率。这种模式能平滑的调节冷却风速，但环境温度、负荷和油流量的改变会影响模型的精度。风机的控制频率会和实际需求有较大的差别，当环境温度很高时，按原有的模型确定变频器频率会使冷却风量不足。而环境温度过低时，同一个模型又会使冷却容量过剩。该专利中每组冷却器均配备一台变频器，当温度或符合大于某一门槛值时，会投入另一组冷却器。
由于涉及到多台变频器的投入和切除，当温度变化频繁时，会使变频器的故障概率增大。当变频器故障后，没有替代方案，给变压器的运行带来安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中变压器强油风冷却系统中，传统的投切控制方案接线复杂、控制灵活性差、耗能、噪音大，而现有的变压器风冷变频节能方案灵活性差、控制精度低，不能经济的适用于各种复杂的场合和环境，且没有规避PLC、变频器、开关电源故障对变压器安全运行的威胁，从而提供一种控制精度高、安全可靠的适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制方法。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制方法，其中设置若干台冷却器、变压器及连接变压器的变频器，采用智能变频控制技术，根据变压器的顶层油温和负载电流共同控制冷却器运行数量和风机转速，其特征在于：所述控制方法通过以下步骤实现：
(1)当PLC或直流开关电源无法正常工作时，进入安全模式，安全模式即主变冷却器中设置的四组风机和油泵均在工频50Hz下运行，同时发出告警信号；
(2)设置四个预设油温，分别为T1、T2、T3、T4，其中T1<T2<T3<T4；当变压器的顶层油温T大于T4时，进入所述安全模式，即四组风机和油泵均在工频50Hz下运行，同时发出告警信号；
(3)当PLC和直流开关电源均正常工作，且变压器的顶层油温T3＜T≤T4，当变压器的顶层油温T是从大于T4的温度下降到T3＜T≤T4，保持所述安全模式；当变压器的顶层油温T是从T3以下的温度上升到T3＜T≤T4，进入三组工频运行模式，三组工频运行模式为三组风机和油泵均在工频50Hz下运行，一组风机和油泵停运；
(4)当PLC和直流开关电源均正常工作，变压器的顶层油温T2＜T≤T3，或变压器的负荷率大于0.75时，进入三组工频运行模式，即三组风机和油泵均在工频50Hz下运行，一组风机和油泵停运；
(5)当PLC和直流开关电源均正常工作，且变压器的顶层油温T≤T2，变压器的负荷率小于等于0.75时，判断变频器是否有故障，如果故障，则发出告警信号，切除变频器，投入的风机和油泵只在工频50Hz下运行；如果无故障，不切除变频器；
(6)当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T1＜T≤T2，变压器的负荷率小于等于0.75，当温度是从大于T2的温度下降到T1＜T≤T2，保持所述三组工频运行模式；当温度是从T1以下的温度上升到T1＜T≤T2，变频器有故障时，进入两组工频运行模式，所述两组工频运行模式为分布在变压器对角线上的两组风机和油泵均在工频50Hz下运行，另外两组风机和油泵停运；
(7)当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T≤T1，变压器的负荷率小于等于0.75，变频器有故障时，进入所述两组工频运行模式，即两组风机和油泵均在工频50Hz下运行，两组风机和油泵停运；其中运行的两组冷却器分布在对角线上；
(8)当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T≤T1，变压器的负荷率小于等于0.75，变频器无故障时，进入所述两组变频运行模式，两组风机和油泵均在变频下运行，两组风机和油泵停运；其中运行的两组冷却器分布在对角线上。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
所述的一种适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制方法，由负荷电流和顶层油温控制冷却器的数量和风机转数。在保证安全运行的情况下，最大程度的节能降噪，控制精度高，且适合各种复杂场合和环境。
进一步的，当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T≤T4，变压器负荷率小于等于0.75时，通过变频器的故障输出继电器和变频器的运行状态判断变频器是否有故障，若有故障则发出告警信号，断开变频器的输入和输出，冷却器在工频50Hz下运行。
变频器的变频运行频率由PID负反馈自动调节。所述变频器启动时初始频率为5Hz；所述变频器运行时最高输出频率为50Hz；所述变频器运行时最低输出频率为20Hz。
所述T1的范围为大于45℃而小于55℃；所述T2的范围为大于55℃而小于60℃；所述T3的范围为大于60℃而小于70℃；所述T4的范围为大于70℃而小于80℃；所述变频模式温度设定值为大于40℃而小于55℃。
当变压器强油风冷系统有4台冷却器时，将冷却器分为4组，每组有1台冷却器；当变压器强油风冷系统有6台冷却器时，将冷却器分为4组，投入运行的前两组有2台冷却器，后两组有1台冷却器；当变压器强油风冷系统有8台冷却器时，将冷却器分为4组，每组有2台冷却器。
附图说明
图1是主变冷却器控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本实施例所提供的一种适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制方法的流程图1所示。所述述变压器智能变频风冷节能方法，是根据变压器的顶层油温和负载电流共同控制冷却器运行数量和风机转速，方法如下所示:
(1)、当变压器强油风冷系统有4台冷却器时，将冷却器分为4组，每组有1台冷却器；当变压器强油风冷系统有6台冷却器时，将冷却器分为4组，投入运行的前两组有2台冷却器，后两组有1台冷却器；当变压器强油风冷系统有8台冷却器时，将冷却器分为4组，每组有2台冷却器。
(2)、通过PLC的故障输出结点和开关电源的常闭节点判断PLC和直流开关电源是否正常工作。
(3)、由PLC的电阻值模拟量输入模块检测顶层油温温度计的PT100的电阻值，转化为数字信号，在PLC中与所设定的温度门槛值相比较。
(4)、由PLC的三相电力采集模块采集变压器电流互感器的电流，转化为数字信号，与变压器额定电流相除，即为所述的负荷率。
(5)、当PLC或直流开关电源无法正常工作时，进入所述安全模式，PLC发出启动指令，闭合相应的接触器，四组风机和油泵均在工频50Hz下运行，同时发出告警信号。
(6)、当顶层油温大于T4时，进入所述安全模式，PLC发出启动指令，闭合相应的接触器，四组风机和油泵均在工频50Hz下运行，同时发出告警信号。
(7)、当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T3＜T≤T4，当温度是从大于T4的温度下降到T3＜T≤T4，保持所述安全模式。当温度是从T3以下的温度上升到T3＜T≤T4，保持所述三组工频运行模式。
(8)、当PLC和直流开关电源均正常工作，顶层油温T2＜T≤T3，或负荷率大于0.75时，进入所述三组工频运行模式，即三组风机和油泵均在工频50Hz下运行，一组风机和油泵停运。
(9)、当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T≤T2，负荷率小于等于0.75时，判断变频器是否有故障。如果故障，则发出告警信号，切除变频器，投入的风机和油泵只在工频50Hz下运行。如果无故障，不切除变频器。
(10)、当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T1＜T≤T2，负荷率小于等于0.75，当温度是从大于T2的温度下降到T1＜T≤T2，保持所述三组工频运行模式。当温度是从T1以下的温度上升到T1＜T≤T2，变频器有故障时，保持所述两组工频运行模式。
(11)、当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T≤T1，负荷率小于等于0.75，变频器有故障时，进入所述两组工频运行模式，即两组风机和油泵均在工频50Hz下运行，两组风机和油泵停运。其中运行的两组冷却器分布在对角线上。
(12)、当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T≤T1，负荷率小于等于0.75，变频器无故障时，进入所述两组变频运行模式，两组风机和油泵均在变频下运行，两组风机和油泵停运。其中运行的两组冷却器分布在对角线上。
(13)、变压器的运行过程中，当负载率变化时，变压器的损耗也随之升高或减小，以及外界环境温度的改变，这使得变压器的顶层油温和绕组温度都随之变化，温度传感器采集油温温度，转化为4-20mA的标准信号，通过PLC的采样模块转化为数字信号，送至PID调节器，同设定的温度值进行比较，然后按比例微分的规律发出变频器变频指令，从而升高或降低其指令通过变频器和风机转变成风流量的增减信号，使得冷却器的冷却功率变化，以达到温度控制的目的。
所述T1的范围为大于45℃而小于55℃。
所述T2的范围为大于55℃而小于60℃。
所述T3的范围为大于60℃而小于70℃。
所述T4的范围为大于70℃而小于80℃。
所述变频模式温度设定值为大于40℃而小于55℃。
所述变频器启动时初始频率为5Hz。
所述变频器运行时最高输出频率为50Hz。
所述变频器运行时最低输出频率为20Hz。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制方法，其中设置若干台冷却器、变压器及连接变压器的变频器，采用智能变频控制技术，根据变压器的顶层油温和负载电流共同控制冷却器运行数量和风机转速，其特征在于：所述控制方法通过以下步骤实现：
(1)当PLC或直流开关电源无法正常工作时，进入安全模式，安全模式即主变冷却器中设置的四组风机和油泵均在工频50Hz下运行，同时发出告警信号；
(2)设置四个预设油温，分别为T1、T2、T3、T4，其中T1<T2<T3<T4；当变压器的顶层油温T大于T4时，进入所述安全模式，即四组风机和油泵均在工频50Hz下运行，同时发出告警信号；
(3)当PLC和直流开关电源均正常工作，且变压器的顶层油温T3＜T≤T4，当变压器的顶层油温T是从大于T4的温度下降到T3＜T≤T4，保持所述安全模式；当变压器的顶层油温T是从T3以下的温度上升到T3＜T≤T4，进入三组工频运行模式，三组工频运行模式为三组风机和油泵均在工频50Hz下运行，一组风机和油泵停运；
(4)当PLC和直流开关电源均正常工作，变压器的顶层油温T2＜T≤T3，或变压器的负荷率大于0.75时，进入三组工频运行模式，即三组风机和油泵均在工频50Hz下运行，一组风机和油泵停运；
(5)当PLC和直流开关电源均正常工作，且变压器的顶层油温T≤T2，变压器的负荷率小于等于0.75时，判断变频器是否有故障，如果故障，则发出告警信号，切除变频器，投入的风机和油泵只在工频50Hz下运行；如果无故障，不切除变频器；
(6)当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T1＜T≤T2，变压器的负荷率小于等于0.75，当温度是从大于T2的温度下降到T1＜T≤T2，保持所述三组工频运行模式；当温度是从T1以下的温度上升到T1＜T≤T2，变频器有故障时，进入两组工频运行模式，所述两组工频运行模式为分布在变压器对角线上的两组风机和油泵均在工频50Hz下运行，另外两组风机和油泵停运；
(7)当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T≤T1，变压器的负荷率小于等于0.75，变频器有故障时，进入所述两组工频运行模式，即两组风机和油泵均在工频50Hz下运行，两组风机和油泵停运；其中运行的两组冷却器分布在对角线上；
(8)当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T≤T1，变压器的负荷率小于等于0.75，变频器无故障时，进入所述两组变频运行模式，两组风机和油泵均在变频下运行，两组风机和油泵停运；其中运行的两组冷却器分布在对角线上。
2.根据权利要求1所述的适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制方法，其特征在于：变频器的变频运行频率由PID负反馈自动调节。
3.根据权利要求1或2所述的适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制方法，其特征在于：所述变频器启动时初始频率为5Hz；所述变频器运行时最高输出频率为50Hz；所述变频器运行时最低输出频率为20Hz。
4.根据权利要求1所述的适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制方法，其特征在于：所述T1的范围为大于45℃而小于55℃；所述T2的范围为大于55℃而小于60℃；所述T3的范围为大于60℃而小于70℃；所述T4的范围为大于70℃而小于80℃；所述变频模式温度设定值为大于40℃而小于55℃。
5.根据权利要求1所述的适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制方法，其特征在于：当PLC和直流开关电源均正常工作，且顶层油温T≤T4，变压器负荷率小于等于0.75时，通过变频器的故障输出继电器和变频器的运行状态判断变频器是否有故障，若有故障则发出告警信号，断开变频器的输入和输出，冷却器在工频50Hz下运行。
6.根据权利要求1所述的适用于220kV及以上电压等级主变冷却器的节能控制方法，其特征在于：当变压器强油风冷系统有4台冷却器时，将冷却器分为4组，每组有1台冷却器；当变压器强油风冷系统有6台冷却器时，将冷却器分为4组，投入运行的前两组有2台冷却器，后两组有1台冷却器；当变压器强油风冷系统有8台冷却器时，将冷却器分为4组，每组有2台冷却器。
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