CN107015583A - 自冷变压器过热应急冷却装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自冷变压器过热应急冷却装置及其控制方法，涉及自冷变压器技术领域。所述装置包括布置于变压器外部的环境温度传感器，与智能分析模块的信号输入端连接；变压器温度传感器位于变压器内部，与智能分析模块的信号输入端连接；负荷信号采集模块与智能分析模块的信号输入端连接，用于采集自冷变压器的负荷；智能分析模块的信号输出端与风机控制电路的信号输入端连接，风机控制电路的信号输出端分为两路，第一路直接与冷却风机的控制端连接，第二路与变频器的信号输入端连接，变频器的信号输出端与冷却风机的控制端连接。所述装置可实现在自冷变压器高负荷过热时将其热点温度控制在正常范围，保证高负荷情况下变压器正常工作。

Description

自冷变压器过热应急冷却装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及自冷变压器技术领域，尤其涉及一种自冷变压器过热应急冷却装置及其控制方法。

背景技术

当前随着变压器和电力工业的不断发展，对变压器的应用也提出了更高的要求，不仅要保证变压器的安全性和可靠性，对于变压器运行的经济性能也要有所提升，传统风冷变压器的风机和油泵负荷在站用电中占较大的比例，因此为了减少变压器损耗和站用负载，现今220kV变压器大都采用自冷方式冷却。然而自冷变压器没有风机，冷却效率不如风冷变压器高，随着变压器的负荷不断增加，电压等级不断升高以及极端高温环境的频繁出现，夏季负荷高峰时，很有可能使自冷变压器的温升超过标准。当遇到这种情况，无辅助冷却措施的自冷变压器只能停电降温，这无疑对供电可靠性造成了较大的影响。

为了在保持变电站自冷变压器运行经济性的基础上，使自冷变压器在夏季极端高温环境和用电高峰时保持正常运转，需要在不影响变压器安全和供电质量的前提下，对变压器进行辅助冷却。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可实现在自冷变压器高负荷过热时将其热点温度控制在正常范围，保证高负荷情况下变压器正常工作的自冷变压器过热应急冷却装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种自冷变压器过热应急冷却装置，其特征在于包括：布置于变压器外部的环境温度传感器，环境温度传感器与智能分析模块的信号输入端连接，用于采集环境温度信息；变压器温度传感器位于变压器内部，与智能分析模块的信号输入端连接，用于采集变压器内部油温；负荷信号采集模块与智能分析模块的信号输入端连接，用于采集自冷变压器的负荷；智能分析模块的信号输出端与风机控制电路的信号输入端连接，风机控制电路的信号输出端分为两路，第一路直接与冷却风机的控制端连接，第二路与变频器的信号输入端连接，变频器的信号输出端与冷却风机的控制端连接；风速传感器位于所述冷却风机上，与所述智能分析模块的信号输入端连接，用于采集冷却风机的转速；显示和报警模块与所述智能分析模块的信号输入端连接；所述智能分析模块用于根据环境温度传感器、变压器温度传感器以及负荷信号采集模块采集的数据控制冷却风机动作并控制显示和报警模块进行显示和报警。

进一步的技术方案在于：所述装置还包括移动平台，所述智能分析模块、风机控制电路、冷却风机、变频器、风速传感器以及显示和报警模块位于所述移动平台上。

进一步的技术方案在于：所述移动平台的下底面设有固定卡槽，固定卡槽与地面上的轨道滑动配合。

优选的，所述空气温度传感器采用STH15型空气温度传感器。

优选的，所述变压器温度传感器采用WT-HD型热电偶。

优选的，所述风速传感器采用TF型风速传感器。

优选的，所述风机控制电路包括人工操作开关SBF、SB1、SBS以及SB2，火线L分为两路，第一路依次经所述开关SBF、所述开关SBS以及变频器电源接触器KM1的线圈后与零线N连接，所述KM1的常开触点与所述开关SBF并联；第二路依次经所述开关SB1、智能分析模块输入信号接触器的常闭触点KA2、所述开关SB2以及风机控制接触器KM2的线圈后与零线N连接；所述KM2的常开触点、预留接口KA3以及智能分析模块输入信号接触器的常开触点KA1与所述SB1并联。

本发明还公开了一种自冷变压器过热应急冷却装置的控制方法，其特征在于包括：

所述装置的工作状态分为待机状态和应急冷却状态两种运行状态；在装置待机状态下，环境温度传感器和变压器温度传感器通过测量环境温度和变压器内部油温，并将其信号传送至控制系统的智能分析模块进行分析和判断，推算出当前变压器的热点温度情况和变压器内部温升情况，结合当前负荷情况信号进行综合分析，如果监测到的变压器状态达到动作标准，则智能分析模块发出控制信号传递给显示和报警模块，通知给站内工作人员，告知工作人员所述装置可投用，提醒工作人员移动所述装置投入工作；

在装置应急冷却状态下，智能分析模块仍然继续监测环境温度传感器和变压器温度传感器传送来的温度信号，并对其变压器热点温度情况和变压器内部温升情况进行计算判断，同时结合负荷动态情况和风速传感器探测的风机风速综合分析，通过内部处理函数与设定好的阈值进行对比，如达到需要高风速冷却的条件，智能分析模块即发送指令给风机控制电路，风机控制电路利用电力电子电路，通过变频控制调节风机转速，增加冷却效果；

所述装置工作在应急冷却状态下，当风机运行在55-65Hz高转速状态时，智能分析模块监测得，变压器各项状态参数综合分析已达到低风速冷却的条件，系统维持当前运行状态一段时间后将变速信号发给风机控制电路，将风机回归低转速运行，并通过报警和显示模块告知变电站工作人员；当风机运行在45-50Hz低转速状态下，智能分析模块监测得，变压器各项状态参数综合分析已不再满足应急冷却的条件，系统维持当前运行状态一段时间后将关闭信号发给风机控制电路，将冷却风机退出运行并通过报警和显示模块告知变电站工作人员，提醒工作人员将应急冷却器移开并转为待机状态；

在冷却器风机已停机，所述装置可转为待机状态时，若此时工作人员如果未立即将装置更改为待机状态，冷却器依然处在应急冷却状态下，当变压器监测信号和各项数据传送给智能分析模块后达到了启动冷却风机的条件时，风机将自动启动开始辅助冷却，并在显示和报警模块中告知工作人员。

进一步的技术方案在于：在风速传感器监测到风机失效或控制系统故障时，装置自动转入待机状态，并将故障通过报警和显示模块告知工作人员。

进一步的技术方案在于：利用热点温升计算公式Δθ_h＝Δθ_o+H×g，其中Δθ_o为变压器顶层油温温升，H为热点系数，g为绕组对油平均温度梯度，在传感器收集各种数据信号后，通过计算分析变压器热点温度温升，结合变压器负载率变化情况，采用以下公式作为阈值分析：

A＝1.4×Δθ_h+变压器负载率％×50

当A>100时，采取启动应急冷却，当A>125时采取利用变频器加快冷却速率的应急冷却方法。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述装置利用冷却风机对自冷变压器冷却器侧向鼓风，通过高速气流散热，大幅度增加自冷变压器的冷却效率，将变压器产生的热量迅速散发出去，使变压器温度保持在正常工作范围内；主要装置采用移动式平台，将风机和其它控制设备、传感器集成在移动小车平台上，在需要辅助冷却时，将平台移动至工作区域即可进行辅助冷却，在不需辅助冷却时，可将平台移动至变压器工作区域外，不妨碍其他工作；智能监测变压器实时工作状态，以及变压器周围环境温度情况，通过综合分析各个数据情况，并采取综合决策方式，在不同的环境条件和不同的工作状态下对装置的投入、控制以及切除做出相应的调整，以实现最优控制。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述装置的原理框图；

图2是本发明实施例所述装置的结构示意图；

图3是本发明实施例所述装置中风机控制电路的原理图；

图4是本发明实施例所述装置中风机控制流程图；

其中：1、变压器冷却器 2、冷却风机 3、显示和报警模块。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明实施例公开了一种自冷变压器过热应急冷却装置，包括：布置于变压器外部的环境温度传感器，环境温度传感器与智能分析模块的信号输入端连接，用于采集环境温度信息；变压器温度传感器位于变压器内部，与智能分析模块的信号输入端连接，用于采集变压器内部油温；负荷信号采集模块与智能分析模块的信号输入端连接，用于采集自冷变压器的负荷；智能分析模块的信号输出端与风机控制电路的信号输入端连接，风机控制电路的信号输出端分为两路，第一路直接与冷却风机的控制端连接，第二路与变频器的信号输入端连接，变频器的信号输出端与冷却风机的控制端连接；风速传感器位于所述冷却风机上，与所述智能分析模块的信号输入端连接，用于采集冷却风机的转速；显示和报警模块与所述智能分析模块的信号输入端连接；所述智能分析模块用于根据环境温度传感器、变压器温度传感器以及负荷信号采集模块采集的数据控制冷却风机动作并控制显示和报警模块进行显示和报警。

为了方便的移动所述装置，所述装置还包括移动平台，所述智能分析模块、风机控制电路、冷却风机、变频器、风速传感器以及显示和报警模块位于所述移动平台上。

空气温度传感器采用STH15型空气温度传感器，温度测量范围为-40～120℃，在25℃时测温精度在±0.3℃，水浸可恢复。变压器顶层油温测量采用WT-HD型热电偶(变压器温度传感器)，有垫片安装面，该传感器分型为T型，可以在-40℃到120℃下达到±0.5℃的精度。风速传感器采用TF型风速传感器，输出标准的脉冲信号便于控制系统接收。传感器精度：±1m/s2，启动风力：0.2m/s，最大量程为60m/s。以上传感器精度及量程适合装置使用，并且均可发送数字信号，便于控制芯片接收，节省了成本。

冷却风机采用G.elite的JSF(B)型风机，旋压一体成形钢制风筒外壳，采用高强度铝合金板模压成型叶轮，十字架式轮毂与风叶铆接，IP55户外全封闭防水型变压器专用电机，直联传动，风量可达4000～26000m3/h，风压可达45～216Pa，直径600mm，在50Hz电压驱动下可产生14m/s风速，在冷却器冷却风出口风速约为3m/s，经过计算，可以将变压器超铭牌容量提升至130％左右，在60Hz情况下则可以提升至150％左右，性能满足风机冷却要求。

所述装置中的移动平台采用轨道附带固定卡槽的方式进行移动和固定。如图2，移动平台具有一定的高度，将冷却风机抬升至一定高度，对自冷变压器冷却器中部鼓风，以加强其冷却效能。并且移动平台上方有遮挡，防止环境和雨水污染电子设备和控制设备。

智能分析模块采用可编程的单片机，而且配有数模转换模块，用于将模拟信号转化为数字信号，使单片机可以处理。

如图3所示，为风机控制电路，其中，SBF、SB1、SBS与SB2均为人工操作开关，用于工作人员手工操作风机。KA1与KA2为智能分析模块输入信号开关，KA3为预留接口。KM1为变频器电源电路，用以操纵风机变频器电源开关。KM2为风机控制开关。

进一步的，如图3所示，所述风机控制电路包括人工操作开关SBF、SB1、SBS以及SB2，火线L分为两路，第一路依次经所述开关SBF、所述开关SBS以及变频器电源接触器KM1的线圈后与零线N连接，所述KM1的常开触点与所述开关SBF并联；第二路依次经所述开关SB1、智能分析模块输入信号接触器的常闭触点KA2、所述开关SB2以及风机控制接触器KM2的线圈后与零线N连接；所述KM2的常开触点、预留接口KA3以及智能分析模块输入信号接触器的常开触点KA1与所述SB1并联。

如图4所述为风机控制流程图，当智能分析模块传来的指令通过风机控制程序时，如需变频升速，则风机控制模块向变频器发出指令，同时合上冷却风机电机的继电器，使风机工作或高转速工作。

本发明还公开了一种自冷变压器过热应急冷却装置的控制方法，包括：

装置分为待机状态和应急冷却状态两种运行状态。在装置待机状态下，环境温度传感器和变压器温度传感器通过测量环境温度和变压器内部油温，并将其信号传送至控制系统的智能分析模块进行分析和判断，推算出当前变压器的热点温度情况和变压器内部温升情况，结合当前负荷情况信号进行综合分析，如果监测到的变压器状态达到动作标准，则分析模块发出控制信号传递给显示和报警模块，通知给站内工作人员，告知工作人员应急装置可投用，提醒工作人员移动冷却装置平台投入工作。

在装置应急冷却状态下，智能分析模块仍然继续监测环境温度传感器和变压器温度传感器传送来的温度信号，并对其变压器热点温度情况和变压器内部温升情况进行计算判断，同时结合负荷动态情况和风速传感器探测的冷却风机风速综合分析，通过内部处理函数与设定好的阈值进行对比，如达到需要高风速冷却的条件，智能分析模块即发送指令给风机控制电路，风机控制电路利用电力电子电路，通过变频控制调节风机转速，增加冷却效果。经过计算分析，电机工作在60Hz时能产生较大的风速，若在60Hz以上频率运行会导致电机用电量剧增，并有可能导致电机寿命下降。因此在需要风机高速运行时，将频率锁定在60Hz左右，风速保持在17m/s～20m/s间，可以增加冷却效率，并可以节约用电。在风机运行时，风速传感器检测风机出口风速并通过智能控制系统自动控制变频器控制工作频率，形成闭环控制系统，保持较好冷却效率的风速。

所述装置应急冷却状态下，当风机运行在60Hz高转速状态时，智能分析模块监测得，变压器各项状态参数综合分析已达到低风速冷却的条件，系统维持当前运行状态30min后将变速信号发给风机控制电路，将风机回归低转速运行，并通过报警和显示模块告知变电站工作人员；当风机运行在50Hz低转速状态下，智能分析模块监测得，变压器各项状态参数综合分析已不再满足应急冷却的条件，系统维持当前运行状态30min后将关闭信号发给风机控制电路，将风机退出运行并通过报警和显示模块告知变电站工作人员，提醒工作人员将应急冷却器移开并转为待机状态。

在冷却器风机已停机，装置可转为待机状态时，若此时工作人员如果未立即将装置更改为待机状态，冷却器依然处在应急冷却状态下，当变压器监测信号和各项数据报告智能分析模块后达到了启动风机的条件时，风机将自动启动开始辅助冷却，并在显示和报警模块中告知工作人员。

在风速传感器监测到风机失效或控制系统故障时，装置自动转入待机状态，并将故障通过报警和显示模块告知工作人员，提醒工作人员采取必要措施。

智能控制的方法在不打破国家标准的前提下进行优化。利用热点温升计算公式Δθ_h＝Δθ_o+H×g，其中Δθ_o为变压器顶层油温温升，H为热点系数，g为绕组对油平均温度梯度，在传感器收集各种数据信号后，通过计算分析变压器热点温度温升，结合变压器负载率变化情况，并采用以下公式作为阈值分析：

A＝1.4×Δθ_h+变压器负载率％×50

当A>100时，采取启动应急冷却，当A>125时采取利用变频器加快冷却速率的应急冷却方法。

所述装置利用冷却风机对自冷变压器冷却器侧向鼓风，通过高速气流散热，大幅度增加自冷变压器的冷却效率，将变压器产生的热量迅速散发出去，使变压器温度保持在正常工作范围内；主要装置采用移动式平台，将风机和其它控制设备、传感器集成在移动小车平台上，在需要辅助冷却时，将平台移动至工作区域即可进行辅助冷却，在不需辅助冷却时，可将平台移动至变压器工作区域外，不妨碍其他工作；智能监测变压器实时工作状态，以及变压器周围环境温度情况，通过综合分析各个数据情况，并采取综合决策方式，在不同的环境条件和不同的工作状态下对装置的投入、控制以及切除做出相应的调整，以实现最优控制。

Claims (10)

1.一种自冷变压器过热应急冷却装置，其特征在于包括：布置于变压器外部的环境温度传感器，环境温度传感器与智能分析模块的信号输入端连接，用于采集环境温度信息；变压器温度传感器位于变压器内部，与智能分析模块的信号输入端连接，用于采集变压器内部油温；负荷信号采集模块与智能分析模块的信号输入端连接，用于采集自冷变压器的负荷；智能分析模块的信号输出端与风机控制电路的信号输入端连接，风机控制电路的信号输出端分为两路，第一路直接与冷却风机的控制端连接，第二路与变频器的信号输入端连接，变频器的信号输出端与冷却风机的控制端连接；风速传感器位于所述冷却风机上，与所述智能分析模块的信号输入端连接，用于采集冷却风机的转速；显示和报警模块与所述智能分析模块的信号输入端连接；所述智能分析模块用于根据环境温度传感器、变压器温度传感器以及负荷信号采集模块采集的数据控制冷却风机动作并控制显示和报警模块进行显示和报警。

2.如权利要求1所述的自冷变压器过热应急冷却装置，其特征在于：所述装置还包括移动平台，所述智能分析模块、风机控制电路、冷却风机、变频器、风速传感器以及显示和报警模块位于所述移动平台上。

3.如权利要求2所述的自冷变压器过热应急冷却装置，其特征在于：所述移动平台的下底面设有固定卡槽，固定卡槽与地面上的轨道滑动配合。

4.如权利要求1所述的自冷变压器过热应急冷却装置，其特征在于：所述空气温度传感器采用STH15型空气温度传感器。

5.如权利要求1所述的自冷变压器过热应急冷却装置，其特征在于：所述变压器温度传感器采用WT-HD型热电偶。

6.如权利要求1所述的自冷变压器过热应急冷却装置，其特征在于：所述风速传感器采用TF型风速传感器。

7.如权利要求1所述的自冷变压器过热应急冷却装置，其特征在于：所述风机控制电路包括人工操作开关SBF、SB1、SBS以及SB2，火线L分为两路，第一路依次经所述开关SBF、所述开关SBS以及变频器电源接触器KM1的线圈后与零线N连接，所述KM1的常开触点与所述开关SBF并联；第二路依次经所述开关SB1、智能分析模块输入信号接触器的常闭触点KA2、所述开关SB2以及风机控制接触器KM2的线圈后与零线N连接；所述KM2的常开触点、预留接口KA3以及智能分析模块输入信号接触器的常开触点KA1与所述SB1并联。

8.一种如权利要求1-7中任意一项所述装置的控制方法，其特征在于包括：

所述装置的工作状态分为待机状态和应急冷却状态两种运行状态；在装置待机状态下，环境温度传感器和变压器温度传感器通过测量环境温度和变压器内部油温，并将其信号传送至控制系统的智能分析模块进行分析和判断，推算出当前变压器的热点温度情况和变压器内部温升情况，结合当前负荷情况信号进行综合分析，如果监测到的变压器状态达到动作标准，则智能分析模块发出控制信号传递给显示和报警模块，通知给站内工作人员，告知工作人员所述装置可投用，提醒工作人员移动所述装置投入工作；

在装置应急冷却状态下，智能分析模块仍然继续监测环境温度传感器和变压器温度传感器传送来的温度信号，并对其变压器热点温度情况和变压器内部温升情况进行计算判断，同时结合负荷动态情况和风速传感器探测的风机风速综合分析，通过内部处理函数与设定好的阈值进行对比，如达到需要高风速冷却的条件，智能分析模块即发送指令给风机控制电路，风机控制电路利用电力电子电路，通过变频控制调节风机转速，增加冷却效果；

所述装置工作在应急冷却状态下，当风机运行在55-65Hz高转速状态时，智能分析模块监测得，变压器各项状态参数综合分析已达到低风速冷却的条件，系统维持当前运行状态一段时间后将变速信号发给风机控制电路，将风机回归低转速运行，并通过报警和显示模块告知变电站工作人员；当风机运行在45-50Hz低转速状态下，智能分析模块监测得，变压器各项状态参数综合分析已不再满足应急冷却的条件，系统维持当前运行状态一段时间后将关闭信号发给风机控制电路，将冷却风机退出运行并通过报警和显示模块告知变电站工作人员，提醒工作人员将应急冷却器移开并转为待机状态；

在冷却器风机已停机，所述装置可转为待机状态时，若此时工作人员如果未立即将装置更改为待机状态，冷却器依然处在应急冷却状态下，当变压器监测信号和各项数据传送给智能分析模块后达到了启动冷却风机的条件时，风机将自动启动开始辅助冷却，并在显示和报警模块中告知工作人员。

9.如权利要求8述的自冷变压器过热应急冷却装置控制方法，其特征在于：在风速传感器监测到风机失效或控制系统故障时，装置自动转入待机状态，并将故障通过报警和显示模块告知工作人员。

10.利要求8述的自冷变压器过热应急冷却装置控制方法，其特征在于：利用热点温升计算公式Δθ_h＝Δθ_o+H×g，其中Δθ_o为变压器顶层油温温升，H为热点系数，g为绕组对油平均温度梯度，在传感器收集各种数据信号后，通过计算分析变压器热点温度温升，结合变压器负载率变化情况，采用以下公式作为阈值分析：

A＝1.4×Δθ_h+变压器负载率％×50

当A>100时，采取启动应急冷却，当A>125时采取利用变频器加快冷却速率的应急冷却方法。