CN105700581B - 用于高压电磁感应设备的冷却系统、冷却高压电磁感应设备的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于高压电磁感应设备的冷却系统，冷却高压电磁感应设备的系统和方法。本公开涉及用于高压电磁感应设备的冷却系统(1)。冷却系统(1)包括多个风扇(3‑1……3‑N)，多个电动机(5‑1……5‑N)，其中每个电动机(5‑1……5‑N)被设置为操作多个风扇(3‑1……3‑N)中的相应风扇(3‑1……3‑N)，多个开关(7‑1……7‑N)，其中每个开关(7‑1……7‑N)被设置为控制多个电动机(5‑1……5‑N)的相应电动机(5‑1……5‑N)，以及被设置为单独控制每个开关(7‑1……7‑N)的控制系统(11)，由此获得每个风扇(3‑1……3‑N)的单独控制。本公开还涉及包括高压电磁感应设备和冷却系统的系统，以及冷却高压电磁感应设备的方法。

Description

用于高压电磁感应设备的冷却系统、冷却高压电磁感应设备 的系统和方法

技术领域

本公开一般而言涉及电磁感应设备的冷却。特别地，其涉及用于冷却电磁感应设备的冷却系统，包括冷却系统和电磁感应设备的电力系统，以及冷却电磁感应设备的方法。

背景技术

高压电磁感应设备，诸如电力变压器，包括缠绕磁芯的绕组，通常是电气绝缘的导体。高压电磁感应设备的绕组经常遭受电流，如果没有提供绕组的冷却，该电流会在绕组中导致热产生损害导体的电气绝缘，甚至是导体。

存在许多高压电磁感应设备冷却的方法。例如，通过液体(诸如在高压电磁感应设备的箱体循环的油)的自然或者强制对流实现冷却。对于更高的电压，通常使用包括许多电扇单元的专用冷却系统，以维持绕组温度在可接受的范围内。

如今，这些冷却系统一般包括多个组，每组包括多个风扇。每个组是通过相应的继电器或相应的变频驱动(VFD)是可控的，相应的继电器开通/关断该组并提供该组风扇的定速操作，相应的变频驱动(VFD)使得该组风扇的变速操作。

风扇组的定速操作仅仅提供了对应于多个组的多个离散冷却水平，但是在另一方面，是相对便宜的。通过VFD的风扇组的变速操作提供了比定速操作更高的效率，但是因为VFD的成本而需要较高的资本投资。

发明内容

本公开的一个目的是提供一种冷却系统，一种冷却电磁感应设备的系统和方法，其解决或者至少减轻了现有技术的问题。

因此，根据本公开的第一个方面，提供了一种用于高压电磁感应设备的冷却系统，其中冷却系统包括多个风扇；多个电动机，其中每个电动机被设置为操作多个风扇中的相应的风扇；多个开关，其中每个开关被设置为控制多个电动机的相应的电动机；以及控制系统，被设置为单独控制每个开关，由此获得每个风扇的单独控制，多个传感器系统，其中每个传感器系统被设置为检测与相应风扇相关联的至少一个参数，其中至少一个参数涉及风扇的操作状态，其中每个传感器系统被设置为传输与至少一个参数有关的参数数据至控制系统，其中控制系统被设置为在从传感器系统接收到的参数数据指示警报状态的情况下传输警报数据至操作员站。

通过能够独立控制每个风扇，可以获得几乎与电动机速度控制相同的冷却容量的持续变化的冷却操作，而避免了使用昂贵的驱动。此外，风扇还可以按照交替方式使用，以便提供风扇和电动机的平均机械磨损，以及为了避免风扇因为腐蚀、污垢或者鸟窝而卡住，其在传统的群控中是常见的。

进一步地，在单个风扇失效的情况下，可以推迟服务。这在现有技术的解决方案中是不可能的，在那种情况下，单个风扇的失效将会导致包含失效的风扇的整个组停止服务。

此外，可以降低噪声很大的风扇的优先级。在群控风扇的情况下，这不可能达到相同的程度。

此外，可以减少连接到电动机的电缆的尺寸和数量，因为每个电动机是独立馈入来自母线的电流，代替了每组风扇/电动机被馈入可以驱动一个组的所有电动机的电流。

根据一个实施例，控制系统被设置为依次控制多个风扇的启动。由此减小电动机的启动或者浪涌电流，因为电动机是一个接着一个启动的，代替了在之前的解决方案中的组。

根据一个实施例，控制系统被设置为以足够长的延时控制任意两个风扇的连续启动，获得了被设置为操作两个风扇中的第一个的电动机的稳定状态的电流。

根据一个实施例，每个风扇，相关的电动机和相关的开关被设置在公用的冷却组件壳体中。

根据一个实施例，控制系统具有控制系统壳体，其中控制系统被设置为从多个电扇、多个电动机和多个开关分离。

在现有的解决方案中，开关设置在控制箱中。通过设置开关和相关的电动机和风扇在共用的壳体中，可以减小控制箱，即控制系统壳体的大小，并允许控制系统壳体和控制系统在运输过程中保持在安装状态。由此可以减少在安装现场与安装时间有关的成本。

根据一个实施例，控制系统包括AC母线或者DC母线，并且其中每个电动机通过相应的开关可连接到AC母线或者DC母线。

根据一个实施例，每个开关包括继电器。

一个实施例包括被设置为在高压电磁感应设备中循环冷却液的泵，被设置为操作泵的电动机，以及被设置为控制电动机的开关，其中控制系统被设置为控制开关。

一个实施例包括被设置为在高压电磁感应设备中循环冷却液的多个泵、多个电动机，每个电动机被设置为操作各个泵，多个开关，每个开关被设置为控制各个电动机的多个开关，其中控制系统被设置为单独控制每个开关，由此获得每个泵的单独控制。

根据一个实施例，警报状态为当不能提供用于高电压电磁感应设备的特定负载所需要的冷却容量的状态。

根据本公开的第二个方面，提供了包括高压电磁感应设备和根据第一个方面的冷却系统的系统。

根据一个实施例，高压电磁感应设备是变压器或者电抗器。

根据本公开的第三个方面，提供了通过冷却系统冷却高压电磁感应设备的方法，冷却系统包括多个风扇、多个电动机，其中每个电动机被设置为操作多个风扇的相应的风扇，多个开关，其中每个开关被设置为控制多个电动机的相应的电动机，以及被设置为单独控制每个开关的控制系统，多个传感器系统，其中每个传感器系统被设置为检测与相应风扇相关联的至少一个参数，其中至少一个参数涉及风扇的操作状态，其中每个传感器系统被设置为传输与至少一个参数有关的参数数据至控制系统，其中该方法包括通过控制相应的开关单独控制多个风扇的任意风扇，通过传感器系统检测至少一个参数，传输与至少一个参数有关的参数数据至控制系统，并且从传感器系统接收到的参数数据指示警报状态的情况下通过控制系统传输警报数据至操作员站。

根据一个实施例，警报状态为当不能提供用于高电压电磁感应设备的特定负载所需要的冷却容量的状态。

一般地，在权利要求中使用的所有术语根据在本技术领域中它们的普通含义解释，除非在本文中另有明确定义。对“一/一个/该元件、装置、组件、构件等”的引用被开放地解释为指代元件、装置、组件、构件等的至少一个示例，除非另有明确说明。此外，不需要以指示的顺序执行本方法的步骤，除非有明确说明。

附图说明

现将通过参考附图，以示例的方式，描述本发明构思的具体实施例，其中：

图1是一个用于电磁感应设备的冷却系统示例的框图；

图2是一个包括冷却系统和高压电磁感应设备的系统示例的原理图；

图3a-3d显示了用于操作图2中的冷却系统的风扇的示例构造；以及

图4是通过冷却系统冷却电磁感应设备的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中将通过参考附图更完整地描述本发明构思，在附图中显示了示例性实施例。但是，本发明构思可以以许多不同的形式实施并且不应被解释为限制到本文所阐述的实施例；而是，这些实施例以示例的方式提供，使得本公开是彻底和完整的，并全面地向本领域技术人员传达了本发明构思的范围。在整个描述中，相同的附图标记指代相同的元件。

本文所描述的冷却系统被设置为通过提供冷却系统的每个冷却元件(例如，风扇)的单独控制以冷却高压电磁感应设备。根据一个变形，冷却系统精确地包括N个风扇、N个电动机和N个开关，N是大于等于2的整数。

每个电动机被设置为操作N个风扇的相应风扇，以及每个开关被设置为控制N个电动机的相应电动机。因此，在风扇、电动机和开关之间存在一对一的对应关系。冷却系统包括被设置为单独控制每个开关的控制系统。由此可以提供每个风扇的单独控制。

现将通过参考图1-4的示例，更详细地描述冷却系统。

图1显示了用于高压电磁感应设备的冷却系统1的一个示例。冷却系统包括被设置为冷却高压电磁感应设备的多个风扇3-1至3-N，被设置为操作相应风扇3-1至3-N的多个电动机5-1至5-N，以及被设置为控制相应电动机5-1至5-N的多个开关7-1至7-N。每个开关7-1至7-N被设置为提供相应电动机5-1至5-N的开通/关断控制。根据一个变形，每个开关可以包括可以是机电的或电气的继电器，在电气的继电器中，例如，形式为一个或多个电力电子器件，诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和/或晶闸管。

冷却系统1包括被设置为单独控制每个开关7-1至7-N的控制系统11。因此，控制系统11被设置为控制断开和闭合每个开关7-1至7-N。由此可以提供多个风扇3-1至3-N的每个风扇3-1至3-N的单独控制。

控制系统1可以包括处理器11a，如图2所示，当从存储单元下载执行计算机可执行部件时，其被设置为执行步骤S1，通过控制相应的开关7-1至7-N单独控制任何风扇3-1至3-N，如图4所示。

每组相关的风扇3-1……3-N，电动机5-1……5-N，以及开关7-1……7-N定义了冷却组件。作为一个示例，风扇3-1、电动机5-1和开关7-1定义了冷却组件。因此，冷却系统1包括对应于风扇数量的N个冷却组件。通过控制系统11表示风扇3-1……3-N的单独控制的一个替代方式是，控制系统11被设置为单独控制每个冷却组件。

根据一个变形，控制系统11被设置为依次启动风扇3-1至3-N。因此，控制系统11被设置为顺序发送控制信号至开关7-1至7-N，或者以使能与开关7-1至7-N相关的电路的方式以启动具有延时的任何两个连续启动的风扇3-1至3-N。因此，控制系统11被设置为启动在任何一对连续启动的风扇之间具有延时的风扇3-1至3-N。根据一个变形，对于每个电动机延时是足够长的，以获得稳态操作，其中它们消耗稳态电流。例如，对于特定实现方式，延时可以是大约10秒，但是通常取决于电动机的额定、风扇的结构等。

电动机5-1至5-N通过相应开关7-1至7-N是可连接到AC母线或者DC母线9。因此，如果它们是连接到AC母线,电动机5-1至5-N是AC电动机，或者如果它们是连接到DC母线，电动机5-1至5-N是DC电动机。当开关7-1……7-N通过控制系统11被设置在闭合状态，来自AC母线或者DC母线的电流馈入相应的电动机5-1……5-N，因此，被设置在操作模式以驱动其相关的风扇3-1……3-N。

根据一个变形，冷却系统1可以包括AC母线或者DC母线9，电动机5-1至5-N通过相应开关7-1至7-N是可连接到AC母线或者DC母线9。

根据一个变形，冷却系统1可以包括多个传感器系统13-1至13-N。每个传感器系统13-1至13-N与相应风扇3-1至3-N和/或相应电动机5-1至5-N有关。每个传感器系统13-1至13-N被设置为检测与相应风扇3-1至3-N有关的至少一个参数。至少一个参数涉及相应的风扇3-1至3-N的操作状态。例如，至少一个参数可以是风扇的每分钟转数、电动机转矩、或者噪声级别，由此提供关于风扇3-1……3-N是否合理操作和/或风扇的噪声级别的信息，用于通过特定的风扇获得本地噪声污染的检测。

根据一个变形，每个传感器系统13-1至13-N被设置为传输属于至少一个参数的参数数据至控制系统11。传感器系统13-1至13-N被设置为通过通信网络与控制系统11通信，例如，意识到可以通过电缆或者光缆，例如通过实施Modbus协议或控制器局域网络(CAN)总线协议或其他合适的协议，或者通过叠加数据参数至AC或者DC母线电压，通信网络可以是有线的，例如，意识到可以通过无线LAN，诸如Wi-Fi或者2G、3G、4G或者任何其它合适的无线协议，通信网络可以是无线的。通过图1和图2中的虚线显示了控制系统11和传感器系统13-1至13-N之间的通信。通信网络可以形成公共通信网络的一部分，或者其可以是用于冷却系统1和/或用于冷却系统1旨在于冷却的高压电磁感应设备的独特通信网络。

控制系统11被设置为从传感器系统13-1至13-N接收参数数据。根据一个变形，控制系统11可以被设置为评估参数数据，例如，以确定风扇是否按预期操作。

根据一个变形，如果控制系统11已经确定从传感器系统13-1……13-N接收的参数数据表示报警状态，控制系统11被设置为传输报警数据至操作员站或者控制室。例如，如果不能提供用于高压电磁感应设备特定负载所需的冷却容量，可能产生报警状态，例如，如果一个或几个风扇因为一些原因而不能根据说明书操作。

根据一个变形，控制系统11被设置为传输参数数据至操作员站或者控制室，为了诊断的目的，其反过来用于创建统计数据，用于计划的服务、警告或者用于故障调查。

根据一个变形，冷却系统11可以包括被设置为在高压电磁感应设备中提供冷却液(例如，油)的强制对流的泵2，被设置为操作泵2的电动机5-(N+1)，以及被设置为控制电动机5-(N+1)的开关7-(N+1)。在这种情况下，控制系统11被设置为控制开关7-(N+1)。特别地，控制系统11被设置为控制处于断开状态和闭合状态之间的开关7-(N+1)，在闭合状态中电动机5-(N+1)操作泵2。控制系统11被设置为独立控制与开关7-1至7-N相关的开关7-(N+1)。由此可以提供泵2的独立控制。根据一个变形，冷却系统可以包括多于一个泵/电动机/开关的组合。

根据一个变形，控制系统11被设置为基于从中央计算机接收的控制信号，控制开关7-1至7-N，如果冷却系统1包括泵和电动机5-(N+1)还控制开关7-(N+1)，其中控制信号反而是基于冷却系统1旨在于冷却的高压电磁设备的负载预测的。因此，对于期望的未来负载条件，电磁感应设备可以通过冷却系统1预冷却。

图2是包括高压电磁设备17和冷却系统1的系统15的一个示例的原理图。冷却系统1的风扇以它们可以直接或者例如通过冷却冷却液间接地提供电磁感应设备绕组的冷却的方式安装。

从控制系统11到开关的控制信号用虚线表示。功率连接用实线表示。尽管示例的冷却系统的风扇组合为每个具有4个风扇的4组，通过控制系统11提供每个风扇的单独控制。在图2中，仅仅用标号指示最左边的组的风扇3-1至3-4。在这个示例中，风扇3-2和3-3当前通过其相应的电动机操作，如通过其闭合的开关所示，而风扇3-1和3-4是关断的。应当注意的是，尽管系统15包括十六个风扇，这仅仅是一个示例，并且如之前所述的，N可以是大于等于2的任何正整数。

如之前所述的，每组风扇、电动机和开关形成了冷却组件。每个这种组被设置在共用的箱体，冷却组件壳体19a、19b、19c、19d中。在图2所示的示例中，几个冷却组件被设置在共用的冷却组件壳体19a、19b、19c、19d中；例如，风扇3-1至3-4被设置在冷却组件壳体19a中。可替换地，每个冷却组件可以具有其自身的独特壳体。

控制系统11包括控制系统壳体11b。因此，控制系统11包含在单独的壳体中，不同于冷却组件壳体并从冷却组件壳体物理隔离。

图3a-3d显示了用于操作大体根据本公开的冷却系统以及具体在图2中的冷却系统1的风扇的结构的四个示例。每个图原理性地显示了四乘四的风扇网。每个盒子对应于一个风扇，以及在盒子中的圆表示在这个盒子中的风扇处于其打开状态或者操作状态，即相应的开关是闭合的，因此，对应的电动机驱动风扇。空盒子表示风扇处于其关闭状态，因此，对应的开关是断开的。

图3a显示了图2中所示的装置的精确结构，风扇3-2和3-3处于操作状态，以及剩下的十四个风扇处于关断状态。

图3b显示了一个示例，其中风扇3-1、3-6、3-11和3-16，即对角放置的风扇，处于其操作状态而剩下的风扇处于其关断状态。

图3c显示了另一个示例，其中仅仅最上一排的风扇3-1、3-5、3-9和3-13，处于其操作状态而剩下的风扇处于其关断状态。

图3d显示了一个示例，其具有风扇3-1、3-3、3-6、3-8、3-9、3-11、3-14和3-16处于其操作状态而剩下的风扇处于其关断状态的棋盘式配置的风扇。

通常，存在2^N个配置，其中可以通过控制系统11操作N个风扇3-1……3-N或者冷却部件。

本文所呈现的冷却系统可以有利地用于冷却高压电磁感应设备，诸如变压器，例如配电变压器或者功率传输器或者电抗器。

在变形中，其中冷却系统包括多个泵，根据一个变形，以与风扇系统相同的方式控制泵，以获得单独的泵控制。因此，根据一个变形，控制系统被设置为控制电动机的相应开关，每个开关被设置为操作相应的泵，以使能泵的单独控制。这可以提供减少的功耗，以及本质上单独风扇控制提供的所有其它益处。

上面主要通过参考少数示例描述本发明构思。但是，如本领域技术人员容易理解的，除了上面所公开的这些，同样地在由所附权利要求所定义的本发明构思的范围内的其它实施例是可能的。

Claims (14)

1.一种用于高压电磁感应设备(17)的冷却系统(1)，其中所述冷却系统(1)包括：

多个风扇，

多个电动机，其中每个电动机被设置为操作所述多个风扇中的相应的风扇，

多个开关，其中每个开关被设置为控制所述多个电动机中的相应的电动机，

控制系统(11)，所述控制系统(11)被设置为单独控制每个开关，由此获得每个风扇的单独控制，

多个传感器系统，其中每个传感器系统被设置为检测与相应的风扇相关联的至少一个参数，其中所述至少一个参数涉及风扇的操作状态，

其中每个传感器系统被设置为传输与所述至少一个参数有关的参数数据至所述控制系统(11)，

其中所述控制系统(11)被设置为在从传感器系统接收到的所述参数数据指示警报状态的情况下传输警报数据至操作员站。

2.根据权利要求1所述的冷却系统(1)，其中所述控制系统(11)被设置为以顺序方式控制所述多个风扇的启动。

3.根据权利要求2所述的冷却系统(1)，其中所述控制系统(11)被设置为以足够长的延时控制任意两个风扇的连续启动，使得获得被设置为操作所述两个风扇中的第一个风扇的电动机的稳态电流。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的冷却系统(1)，其中每个风扇、相关联的电动机以及相关联的开关被设置在共用的冷却组件壳体(19a、19b、19c、19d)内部。

5.根据权利要求4所述的冷却系统(1)，其中所述控制系统(11)具有控制系统壳体(11b)，其中所述控制系统(11)被设置为与所述多个电扇、所述多个电动机和所述多个开关分离。

6.根据权利要求1或2所述的冷却系统(1)，包括AC母线或者DC母线(9)，其中每个电动机能够通过相应开关连接到所述AC母线或者DC母线(9)。

7.根据权利要求1-3中的任一项所述的冷却系统(1)，其中每个开关包括继电器。

8.根据权利要求1-3中的任一项所述的冷却系统(1)，包括被设置为在高压电磁感应设备(17)中循环冷却液的泵(2)，被设置为操作所述泵(2)的电动机，以及被设置为控制所述电动机的开关，其中所述控制系统(11)被设置为控制所述开关。

9.根据权利要求8所述的冷却系统(1)，包括被设置为在高压电磁感应设备(17)中循环冷却液的多个泵(2)、多个电动机，每个电动机被设置为操作相应的泵(2)，多个开关，每个开关被设置为控制相应的电动机其中所述控制系统(11)被设置为单独控制每个开关，由此获得每个泵(2)的单独控制。

10.根据权利要求1所述的冷却系统(1)，其中警报状态为不能提供用于所述高压电磁感应设备的特定负载所需的冷却容量时的状态。

11.一种系统(15)，包括高压电磁感应设备(17)，以及如权利要求1-10中的任一项所述的冷却系统(1)。

12.根据权利要求11所述的系统(15)，其中所述高压电磁感应设备(17)是变压器或者电抗器。

13.一种通过冷却系统(1)冷却高压电磁感应设备(17)的方法，所述冷却系统(1)包括多个风扇、多个电动机，其中每个电动机被设置为操作所述多个风扇中的相应的风扇，多个开关，其中每个开关被设置为控制所述多个电动机中的相应的电动机，以及被设置为单独控制每个开关的控制系统(11)，多个传感器系统，其中每个传感器系统被设置为检测与相应的风扇相关联的至少一个参数，其中所述至少一个参数涉及风扇的操作状态，其中每个传感器系统被设置为传输与所述至少一个参数有关的参数数据至所述控制系统(11)，其中所述方法包括：

通过控制所述相应的开关单独控制(S1)所述多个风扇的任意风扇，

通过所述传感器系统检测所述至少一个参数，

传输与所述至少一个参数有关的参数数据至控制系统(11)，以及

在从传感器系统接收到的所述参数数据指示警报状态的情况下通过所述控制系统(11)传输警报数据至操作员站。

14.根据权利要求13所述的方法，其中警报状态为不能提供用于所述高压电磁感应设备的特定负载所需的冷却容量时的状态。