CN109213012B - 一种海上风电升压干式变压器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电升压干式变压器控制系统，包括：采集单元、智能控制柜、执行单元和客户终端，所述智能控制柜包括显示模块、运算模块、控制模块及传输模块；采集单元分别与显示模块、运算模块、传输模块通讯连接，执行单元分别与显示模块、控制模块通讯连接，控制模块分别与传输模块、运算模块通讯连接，传输模块分别与客户终端、运算模块通讯连接，显示模块与运算模块通讯连接。本发明通过采集单元在线采集变压器的运行状态和工作环境数据，运算模块根据变压器运行状态和工作环境数据自动控制变压器冷却系统，达到保证变压器安全运行条件下，降低散热器风机、泵站水泵的有效运行时间，降低能耗，降低运行维护成本。

Description

一种海上风电升压干式变压器控制系统

技术领域

本发明涉及海上风电升压干式变压器领域，具体的涉及一种海上风电升压干式变压器控制系统。

背景技术

海上风电建设施工困难、检修成本高，环境较为恶劣，长期以来，阻碍海上风电发展的一个重要因素就是技术和成本，传统的方案的成本高、经济效益差。

作为海上风电系统中重要设备——海上风电升压干式变压器，由于其安装在塔筒内，自身散热困难，需要配置一套外部循环冷却系统进行散热，变压器自身的低温设计、防腐蚀设计以及散热系统长寿命设计，导致其成本很高，由于冷却系统缺乏完善的控制系统，变压器及其外循环冷却系统需要定期检修，进一步增加海上风电运维成本。而海上风电机组全年工作是根据自然风力而定的，风的大小和方向是没有规律和不稳定的，以至于发电机的输出能量连续发生变化，目前缺少一种可以根据变压器发热量合理分配外循环冷却系统的动力部件运行时间的控制系统。由于海上风电运行环境的特殊，变压器运行处于无人监视状态，数据实时掌控存在困难。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种根据变压器发热量合理分配外循环冷却系统的动力部件运行时间，且通过无线通讯技术实现移动终端获得实时变压器运行数据的海上风电升压变压器控制系统。

本发明采用的技术方案是：

一种海上风电升压干式变压器控制系统，包括：采集单元、智能控制柜、执行单元和客户终端，所述智能控制柜包括显示模块、运算模块、控制模块及传输模块；

所述采集单元分别与显示模块、运算模块及传输模块通讯连接，所述运算模块分别与显示模块、控制模块、传输模块通讯连接，所述控制模块分别与传输模块、运算模块通讯连接，所述传输模块分别与客户终端、运算模块通讯连接；

所述采集单元用于采集变压器的实时运行数据和工作环境数据；

所述显示模块用于将采集单元的获得数据、执行单元的执行状态及运行模块计算结果进行显示，所述运算模块用于对采集单元获取数据与环境数据进行逻辑运算、并将计算结果作为判断依据发出控制命令及各项执行信号和终端接收信号的输出；所述控制模块用于判定执行单元所需要的执行步骤，并将运算模块及客户终端的相关指令发送给执行单元；所述传输模块用于向客户终端传输采集单元获取的变压器工作环境数据、运算模块计算得出的变压器运行数据、执行单元的执行状态；

所述执行单元用于执行各项变压器保护动作及报警提示，执行单元与控制模块通讯连接，以用于响应控制模块发送的指令执行；执行单元与显示模块通讯连接以用于反馈执行结果给显示模块；执行单元与传输模块通讯连接，以用于将执行结果通过传输模块反馈给客户终端；

所述客户终端用于接收变压器运行数据、执行单元的执行状态及发送手动操作指令。

进一步的，所述采集单元包括电流互感器、电压互感器、温度传感器、液压传感器、风量传感器、湿度传感器和弧光传感器；

所述电流互感器和电压互感器分别设置在变压器的进线侧和出线侧，所述液压传感器分别设置在变压器外循环冷却液入口和出口，所述温度传感器分别设置在变压器的绕组、变压器室内、变压器室外、以及变压器冷却液入口和出口，所述风量传感器设置在变压器室的进风口处，所述湿度传感器设置在变压器绕组附近，所述弧光传感器设置在变压器室内中上部。

进一步的，所述执行单元包括分别与控制模块通讯连接的散热器风机控制端、循环水泵控制端、分流执行器、除湿装置、中间继电器、熔断器、保护开关、报警装置。

进一步的，所述客户终端包括客户控制后台和移动终端APP。

进一步的，所述传输模块内设置有无线通信模块；所述移动终端APP通过无线通信模块与传输模块通讯连接。

本发明的有益效果：

本发明通过采集单元在线采集变压器的运行状态和工作环境数据，运算模块根据变压器运行状态和工作环境数据自动控制变压器冷却系统，达到保证变压器安全运行条件下，降低散热器风机、泵站水泵的有效运行时间，延长风机、水泵使用寿命，降低能耗，降低海上风电升压变压器运行维护成本。并且通传输模块可以随时查看变压器运行状态，也能够随时控制执行单元的运行，减少出海频次，将大幅降低海上风电运维成本；同时也可做到故障早发现早处理，加强设备的安全性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明；

图1为本发明控制系统的结构原理图。

具体实施方式

如图1所示为本发明的一种海上风电升压干式变压器控制系统，包括：采集单元1、智能控制柜2、执行单元3和客户终端4；采集单元1包括电流互感器11、电压互感器12、温度传感器13、液压传感器14、风量传感器15、湿度传感器16和弧光传感器17等采集元器件用于采集变压器的实时运行数据和工作环境数据；智能控制柜2包括显示模块21、运算模块22、控制模块23及传输模块24，其主要用于将采集单元1获得数据以及执行单元3执行状态进行显示、对采集单元1获取数据与环境数据进行逻辑运算、并将计算结果作为判断依据发出控制命令及各项执行信号和终端接收信号的输出；执行单元3包括散热器风机控制端31、循环水泵控制端32、分流执行器33、除湿装置34、中间继电器35、熔断器36、保护开关37、报警装置38等用于执行各项变压器保护动作及报警提示；客户终端4包括客户控制后台41和移动终端APP42用于接收变压器运行数据、执行单元3的执行状态及发送紧急操作指令；

其中采集单元1与显示模块21、运算模块22、传输模块24通讯连接；

其中执行单元3与显示模块21、控制模块23及传输模块24通讯连接，其除了按照控制模块23发送指令执行外，将执行结果反馈给显示模块21及通过传输模块24反馈给客户终端4；

其中客户终端4与控制模块23通过传输模块24实现信号传输，客户终端4除可接受数据外，还可以发出操作指令信号给控制模块23用于手动控制系统执行操作；

智能控制柜2将显示模块21、运算模块22、控制模块23及传输模块24集成在一个箱体里，预留出输入及输出端子供外接；其箱体防护外壳IP以上，且外壳防腐处理满足海上大气C环境要求。

其中显示模块21用于显示采集单元1采集的直接数据、运算模块22计算出的间接数据、以及执行单元3反馈的执行结果；

其中运算模块22用于通过采集单元1得到的相关参数进行运算获取变压器运行状态的详细数据，结合运行环境数据为控制模块23提供判定依据，并且得到控制模块23执行反馈结果，重新更新计算结果发出新指令，以此循环；

其中控制模块23用于判定执行单元3所需要的执行步骤，并将运算模块22及客户终端4的相关指令发送给执行单元3；

其中传输模块24用于向客户终端4传输运算模块22计算得出的变压器运行数据、执行单元3的执行状态。

电流互感器11和电压互感器12分别设置在变压器的进、出线侧；液压传感器14分别设置在变压器外循环冷却液入口和出口；温度传感器13分别设置在变压器的绕组、变压器室内、变压器室外、以及变压器冷却液入口和出口；风量传感器15设置在变压器室的进风口处；湿度传感器16设置在变压器绕组附近；弧光传感器17设置在变压器室内中上部。

其中电流互感器11及电压互感器12用于在线测量变压器运行电流和电压，可计算得到变压器有功功率、无功功率、功率因素等参数。

其中液压传感器14用于在线监测冷却系统管道压力，压力超标进行故障报警，压力不足提醒补充冷却液。

其中温度传感器13用于在线监测变压器绕组温度、冷却液进出口温度及环境温度，可计算得到变压器绕组温升，冷却液进出口处液体温升。依据绕组温升值及冷却液进出口温升值，通过控制模块23向散热器风机控制端31、循环水泵控制端32、分流执行器33、中间继电器35、熔断器36等发出启停命令，合理调节散热器风机及水泵的有效工作时间，引导冷却液走向，节约能耗。当绕组温度值超出设定限值时，报警装置38或保护开关37将启动，提醒用户变压器温度过高或直接跳闸进行保护处理。并且可根据变压器绕组温升值进行变压器剩余热寿命的估算，做到变压器运行寿命可视化。

其中风量传感器15用于在线监测散热器进风口风量，通过风量值及电机启动信号，可以直接反馈散热器风机是否出现故障。

其中湿度传感器16用于在线监测变压器室内湿度，湿度值高于或低于变压器设定值，将通过控制模块23向除湿装置34发出启停动命令，保证变压器运行环境满足要求，延长变压器寿命。

其中弧光传感器17用于在线监测变压器室内是否发生放电产生弧光，属于变压器故障预报装置一部分，在爆发事故前让用户提前发现故障信号，提前做处理避免出现大的事故或损失。

传输模块24内设置有无线通信模块；所述移动终端APP42通过无线通信模块与传输模块24通讯连接，用于接收变压器运行数据和执行单元3的执行状态，并可以从移动终端APP42发出操作指令信号进行远程手动操控。

采集单元1、智能控制柜2、执行单元3中的各元器件均采用三防处理防护，元器件能够适应海上风电大气盐雾环境要求。

采集单元1，执行单元3中元器件种类可根据实际需求进行增减。

本发明通过采集单元1在线监控变压器运行状态，运算模块22根据变压器运行状态来控制变压器外循环冷却系统，在保证变压器安全运行条件下，降低散热器风机、循环水泵的有效运行时间，不但能够延长散热风机、循环水泵的使用寿命，还能够减少能耗，降低海上风电升压变压器运行维护成本。并且通过客户控制后台41和移动终端APP42随时查看变压器运行状态，进行远程操控，减少出海频次，进一步降低了海上风电运维成本，能够做到故障早发现早处理，加强设备安全性。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种海上风电升压干式变压器控制系统，其特征在于，包括：采集单元（1）、智能控制柜（2）、执行单元（3）和客户终端(4)，所述智能控制柜（2）包括显示模块（21）、运算模块（22）、控制模块（23）及传输模块（24）；

所述采集单元（1）分别与显示模块（21）、运算模块（22）及传输模块（24）通讯连接，所述运算模块（22）分别与显示模块（21）、控制模块（23）、传输模块（24）通讯连接，所述控制模块（23）分别与执行单元（3）、运算模块（22）通讯连接，所述传输模块（24）分别与客户终端（4）、控制模块（23）通讯连接；

所述采集单元（1）用于采集变压器的实时运行数据和工作环境数据；

所述显示模块（21）用于将采集单元（1）的获得数据、执行单元（3）的执行状态及运算模块（22）计算结果进行显示，所述运算模块（22）用于对采集单元（1）获取数据与环境数据进行逻辑运算、并将计算结果作为判断依据发出控制命令及各项执行信号和终端接收信号的输出；所述控制模块（23）用于判定执行单元(3)所需要的执行步骤，并将运算模块（22）及客户终端（4）的相关指令发送给执行单元（3）；所述传输模块（24）用于向客户终端（4）传输采集单元（1）获取的实时数据、运算模块（22）计算得出的变压器运行数据以及执行单元(3)的执行状态；

所述执行单元（3）用于执行各项变压器保护动作及报警提示，执行单元（3）与控制模块（23）通讯连接，以用于响应控制模块（23）发送的指令执行；执行单元（3）与显示模块（21）通讯连接以用于反馈执行结果给显示模块（21）；执行单元（3）与传输模块（24）通讯连接，以用于将执行结果通过传输模块（24）反馈给客户终端（4）；

所述客户终端（4）用于接收变压器运行数据、执行单元（3）的执行状态及发送手动操作指令；

所述智能控制柜（2）将显示模块（21）、运算模块（22）、控制模块（23）及传输模块（24）集成在一个箱体内，所述箱体上预留输入及输出端子以供外接；所述箱体采用防腐外壳且防护等级不低于IP44以用于满足海上大气C4环境要求；

所述采集单元（1）包括电流互感器（11）、电压互感器（12）、温度传感器（13）、液压传感器（14）、风量传感器（15）、湿度传感器（16）和弧光传感器（17）；

所述电流互感器（11）和电压互感器（12）分别设置在变压器的进线侧和出线侧，所述液压传感器（14）分别设置在变压器外循环冷却液入口和出口，所述温度传感器（13）分别设置在变压器的绕组、变压器室内、变压器室外、以及变压器冷却液入口和出口，所述风量传感器（15）设置在变压器室的进风口处，所述湿度传感器（16）设置在变压器绕组附近，所述弧光传感器（17）设置在变压器室内中上部；

所述执行单元（3）包括分别与控制模块（23）通讯连接的散热器风机控制端（31）、循环水泵控制端（32）、分流执行器（33）、除湿装置（34）、中间继电器（35）、熔断器（36）、保护开关（37）、报警装置（38）；

所述客户终端（4）包括客户控制后台（41）和移动终端APP（42）；

所述传输模块（24）内设置有无线通信模块；所述移动终端APP（42）通过无线通信模块与传输模块（24）通讯连接；

所述温度传感器（13）用于在线监测变压器绕组温度、冷却液进出口温度及环境温度，所述运算模块（22）用于计算变压器绕组温升，冷却液进出口处液体温升，依据绕组温升值及冷却液进出口温升值，所述运算模块（22）通过控制模块（23）向散热器风机控制端（31）、循环水泵控制端（32）、分流执行器（33）、中间继电器（35）、熔断器（36）发出启停命令，合理调节散热器风机及水泵的有效工作时间，引导冷却液走向，节约能耗。

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