CN107817838B - 一种电力变压器冷却器变频控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电力变压器冷却器变频控制方法，通过分析主变强迫油循环风冷技术油流路径和油散热规律，分析得出主变绝缘油热量释放的过程，为建立热传递过程提供理论依据，将上层油温t2与冷却器输出频率，定量关系进行数字化编程，得出此时t2温度下的频率为f2；并下载给控制器，控制器按照预设算法控制变频器变频，从而实现主变上层油温与变频器精确变频的控制方法。
Description
技术领域
本发明属于主变冷却器控制技术领域，涉及一种电力变压器冷却器变频控制方法。
背景技术
330kV及以上电压等级大型变压器冷却器工作状态由主变油温和负荷状态两个参数共同决定，属于经典自动控制理论范畴。以强迫油循环风冷变压器和油浸自然风冷两种冷却方式为例，在实际应用中，油温变量波动范围大，无规律，呈离散型变化，但冷却器输出响应却只保持在“3组工作”“3组工作+1组辅助”“3组全停”3个档位运行，为模糊经验控制方法，难以满足经典自动控制理论精准控制要求。
国内强迫油循环风冷变频技术也有先例，申请号为2014203824691的“一种带变频控制的强油风冷变压器用智能柜”发明专利只是给出了具体的硬件设计，没有说明冷却器变频输出相应的因变量。申请号为2009202906068的“变压器变频风冷控制柜”发明专利虽然提到了冷却器变频的因变量，但是对于因变量与变频相应并没有给出相应的定量分析和数学算法。
以上现有技术存在如下问题：
4组冷却器风机一直处于工频状态，且只在工作、停止状态来回切换，没有变频状态。导致风机长时间工作，减少使用周期，增加电量损耗和维修费用。
主变油温变化无规律，冷却器无变频功能，出现了冷却后的油温波动异常明显，不是呈平滑曲线规律变化，破坏变压器油的化学结构，影响其绝缘和冷却效果，降低使用周期。
因此，针对以上现有技术存在的缺陷，有必要提出一种更加精确的主变风冷冷却器控制方法。
发明内容
针对克服现有技术存在的不足，本发明提供一种电力变压器冷却器变频控制方法，实现主变上层油温与变频器的精确变频控制，消除了现有技术冷却器工频长时间运行存在的各种缺陷。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电力变压器冷却器变频控制方法，主变空载运行，主变内绝缘油温度在环境温度附近，主变两侧散热器风机在低频模式下运行，所有主变辅助设备正常运行；
主变带负荷运行，主变绝缘油温度逐渐上升，主变上层油温测量仪采集油温实时数据t2，控制柜内环境温度测量仪实时采集环境温度t1，处理器将两个温度数据t2、t1通过模数转换为数字信号，处理器按照主变上层油温t2与冷却器输出频率响应数学关系式(1)进行预设程序计算，得出此时t2温度下的频率为f2；
t2＝6×k×t1×f23 (1)
其中，t1为环境温度，k为常量；
处理器将频率f2的数字信号传递给变频器作为输入信号，变频器与外部380V交流电源相连，另外变频器将频率f2信号通过内部集成变频模块放大，并输出频率f2至变频交流380V电源供主变两侧冷却器风机使用，风机按照频率f2变频运行，对冷却器内绝缘油进行鼓风散热；
冷却器内油温由t2快速下降，主变内绝缘油温度缓慢下降，待主变上层油温达到环境温度t1，冷却器风机变频至低频模式运行。
进一步，冷却器两侧风机的工作/停止状态由数字信号处理器通过外部对应交流接触器控制切换。
进一步，主变两侧散热器风机在低频模式运行时，风机频率为10赫兹。
进一步，主变两侧设置的散热器风机，部分参与变频运行。
进一步，变频器与外部380V双路交流电源相连供电。
进一步，所述处理器采用DSP。
进一步，主变两侧设置6个散热器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的电力变压器冷却器变频控制方法，通过分析主变强迫油循环风冷技术油流路径和油散热规律，分析得出主变绝缘油热量释放的过程，为建立热传递过程提供理论依据，将上层油温t2与冷却器输出频率，定量关系进行数字化编程，得出此时t2温度下的频率为f2；并下载给控制器，控制器按照预设算法控制变频器变频，从而实现主变上层油温与变频器精确变频的控制方法。
通过主变绝缘油温升与热量、热对流释放热量、热辐射释放热量、风机风量与温度、异步电机转速与频率等数学关系式的描述，进一步细化所述热传递过程与风机散热的定量关系，本发明所需要的主变上层油温与冷却器风机频率的数学关系，改变了现有技术存在的定性分析方法，通过精确的定量计算得出变频控制方法消除了现有技术冷却器工频长时间运行存在的各种缺陷。
附图说明
图1为主变强迫油循环风冷控制技术油流路径图；
图2为散热器结构和风机安装位置图；
图3为主变上层油温与风机频率的变化曲线图；
图4为冷却器变频控制过程示意图；
图中：1-主变；2-风机；3-油泵；4-控制柜；5-电缆；6-散热器；7-处理器；8-变频器；9-冷却器组。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细描述：
本发明的一种交流接触器控制方法，具体过程如下：
主变空载运行，主变内绝缘油温度在环境温度附近，主变两侧2*2*3＝12个散热器风机在f＝10赫兹低频模式下运行，所有主变辅助设备正常运行。
主变带负荷运行，主变绝缘油温度逐渐上升，主变上层油温测量仪采集油温实时数据t2，控制柜内环境温度测量仪实时采集环境温度t1，数字信号处理器将t2/t1两个温度数据通过模数转换为数字信号；
数字信号处理器DSP按照主变上层油温与冷却器输出频率响应数学算法t2＝6×k×t1×f23，t1为环境温度，k为常量；进行预设程序计算，得出此时t2温度下的频率为f2，数字信号处理器DSP将f2的数字信号传递给变频器作为输入信号。
变频器与外部交流380V双路电源相连，另外变频器将f2频率信号通过内部集成变频模块放大，并输出f2变频交流380V电源供主变两侧冷却器风机使用。风机按照f2频率变频运行，对冷却器内绝缘油进行鼓风散热，冷却器内油温开始由t2快速下降，主变内绝缘油温度缓慢下降。待主变上层油温达到环境温度t1，冷却器风机变频至10赫兹低频运行。在散热器的整个降温过程中，风机工作频率始终受数字信号处理器DSP精确控制，温度变化平缓无突变。
冷却器两侧2*3组风机的工作/停止状态由数字信号处理器通过外部对应交流接触器控制切换。
本发明在对主变绝缘油通过强迫油循环方式冷却器散热路径和热传递规律理论分析的基础上，重点讨论热辐射和热传导过程，通过建立静态数学模型，推出主变上层油温与变频器输出响应两个变量的定量关系。
上述控制方法，推导过程如下：
1.绘制出主变强迫油循环风冷控制技术油流路径，目的是在分析热传递过程中的热传导、热对流和热辐射的三个过程，通过热量守恒定律和主要传递规律，排除了热传导过程，并建立基本的热量守恒关系。
Q0＝Q1+Q2
Q0:绝缘油总热量；Q1：热对流释放热量；Q2：热辐射释放热量；
假定主变上层油温为t2，环境温度为t1，主变有6组冷却器，两个散热器分别安装在主变两侧。本发明分析主变一侧冷却器散热情况。即Q0＝0.5倍总热量。
2.绘制出散热器结构图和风机安装位置，目的是确定散热器尺寸和风机单位体积条件下产生的风量数据。
主变一侧散热器产生风量体积为L1*L2*L3
P1＝L1×L2×L3
3.建立主变绝缘油温升与绝缘油总热量的数学关系式；
Q0＝(t2-t1)×c1×m
c1为变压器油比热容，m为散热器体积下变压器油质量
4.建立热对流释放热量数学关系式；
ρ2为空气密度，c2为空气比热容
5.建立热辐射释放热量的数学关系式；
λ为散热器外表面导热系数，δ为散热器厚度
6.建立风机风量与风压、温度的数学关系式；
v2为风机变频模式下产生风量，p2为风机变频模式下产生风压，t3为风机变频模式下压缩空气温度；
V1为风机在油温与环境温度下产生风量，p1为风机在油温与环境温度下产生风压，t1环境温度。
7.建立异步电机转速与频率数学关系式；
n为电机转速，f为电机频率，p电机极对数
8.对上述关系式进行化简，得出主变上层油温t2与异步电机频率f2的数学关系式；
本发明设计的主变一侧安装3*3＝9个风机，其中1组为备用，所以实际有6个风机参与变频运行，考虑风机之间产生风压的叠加因素，故变频模式下温度也发生变化。另外，对于变压器油质量，环境温度，密度，比热容，导热系数,厚度等按照常量计算，最终化简为k，故得出如下公式：
t2＝6×k×t1×f23，t1为环境温度，k为常量。
9.绘制出主变上层油温与风机频率的变化曲线图。
10.建立主变上层油温与冷却器变频控制方案及控制方法。
11.设计了2侧*3组*3个＝18个冷却器风机，分别安装在主变两侧，每侧安装3组*3个＝9个风机，其中，1组*3＝3个风机为备用。
参见图1，为主变强迫油循环风冷控制技术油流路径图，其中油泵3将主变1上层绝缘油抽出，沿油道进入散热器，通过风机2对其散热。油泵控制电缆5与外部控制柜相接。
参见图2，为散热器结构和风机安装位置图，风机2与散热器6之间的距离为L3，风机高度为L2，4组风机宽度为L1。
参见图3，为主变上层油温与风机频率的变化曲线图。其中，主变上层油温变化范围为t1-95摄氏度，风机频率变化范围为10-60赫兹。
参见图4，为冷却器变频控制方案，其中数字信号处理器7将外部采集到的主变上层油温t2、环境温度t1数据进行模数转换，并按照图3曲线进行程序计算，得出实时主变上层油温t2下，风机需要的频率f2。数字信号处理器将此频率信号f2数字信号传递给变频器，变频器输出相应频率的电源波形，此频率的电源供冷却器风机使用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (7)
1.一种电力变压器冷却器变频控制方法，其特征在于：
主变空载运行，主变内绝缘油温度在环境温度附近，主变两侧散热器风机在低频模式下运行，所有主变辅助设备正常运行；
主变带负荷运行，主变绝缘油温度逐渐上升，主变上层油温测量仪采集油温实时数据t2，控制柜内环境温度测量仪实时采集环境温度t1，处理器将两个温度数据t2、t1通过模数转换为数字信号，处理器按照主变上层油温t2与冷却器输出频率响应数学关系式(1)进行预设程序计算，得出此时t2温度下的频率为f2；
t2＝6×k×t1×f23 (1)
其中，t1为环境温度，k为常量；
处理器将频率f2的数字信号传递给变频器作为输入信号，变频器与外部380V交流电源相连，变频器输出相应频率的电源波形，供主变两侧冷却器风机使用，风机按照频率f2变频运行，对冷却器内绝缘油进行鼓风散热；
冷却器内油温由t2快速下降，主变内绝缘油温度缓慢下降，待主变上层油温达到环境温度t1，冷却器风机变频至低频模式运行。
2.根据权利要求1所述的电力变压器冷却器变频控制方法，其特征在于：冷却器两侧风机的工作/停止状态由数字信号处理器通过外部对应交流接触器控制切换。
3.根据权利要求1或2所述的电力变压器冷却器变频控制方法，其特征在于：主变两侧散热器风机在低频模式运行时，风机频率为10赫兹。
4.根据权利要求1或2所述的电力变压器冷却器变频控制方法，其特征在于：主变两侧设置的散热器风机，部分参与变频运行。
5.根据权利要求1或2所述的电力变压器冷却器变频控制方法，其特征在于：变频器与外部380V双路交流电源相连供电。
6.根据权利要求1所述的电力变压器冷却器变频控制方法，其特征在于：所述处理器采用DSP。
7.根据权利要求1所述的电力变压器冷却器变频控制方法，其特征在于：主变两侧设置6个散热器。
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