CN111831025A - 一种变压器的油温控制方法及使用该方法的变压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变压器的油温控制方法及使用该方法的变压器，所述控制方法通过多个温度传感器采集到的温度信号，计算出温度检测结果趋势值，再对温度检测结果趋势值进行修正，然后根据变压器顶层油温的温度检测结果趋势值，控制变压器降温设备的运行，通过控制变压器的冷却风机和/或压缩机的运行，利用冷媒介质和蒸发器对变压器进行降温处理，将变压器的油温精确控制，使变压器在稳定的状态下工作，变压器的使用寿命也得到了提升。

Description

一种变压器的油温控制方法及使用该方法的变压器

技术领域

本发明涉及变压器领域，特别涉及一种变压器的油温控制方法及使用该方法的变压器。

背景技术

目前变压器在输送电网中是一个重要且不可缺少的电力设备，对调节电网的电压起到至关重要的作用。电力变压器在使用中会产生铁心损耗和绕组损耗，这些损耗将导致铁心和绕组温度升高。为了保证变压器安全可靠运行,需将变压器的绕组温度、铁心温度和变压器油的温度限定在安全范围以内，故需对变压器进行散热冷却。目前电网上运行的变压器大部分仍为变压器，通常的变压器是依靠设置在变压器周围的散热片来进行内部变压器油的降温，但由于散热片受环境的影响较大，往往在环境温度高时达不到预期效果，从而引起变压器的较大故障，如由于油温过高，造成变压器油绝缘性能下降、线圈老化甚至造成变压器起火、爆炸等事故。

我国变压器的温升标准，均以环境温度40℃为准，故变压器顶层油温一般不得超过40℃+55℃＝95℃。顶层油温如超过95℃，其内部线圈的温度就要超过线圈绝缘物的耐热强度，为了使绝缘不致过快老化，所以规定变压器顶层油温的监视应控制在85℃以下。在80-140℃范围内，温度每升高6℃，变压器纸绝缘的寿命损失增加一倍。这一规律通常称为六度法则。当冷却设备故障时，冷却条件遭到破坏，变压器运行温度迅速上升，变压器绝缘的寿命损失急剧增加。有资料介绍，绝缘材料在温度保持在95摄氏度时可以用20年；温度105摄氏度，寿命约7年，温度120摄氏度约2年；温度170摄氏度时约10～12天。

为了减少浪费，提高电能质量，提升变压器的工作效率和寿命，降低变压器冷却油的温度，改善变压器油降温技术成为突破各项瓶颈的首选技术。

发明内容

本发明旨在提出一种变压器的油温控制方法及使用该方法的变压器，通过冷却风机和压缩机制冷，共同对变压器的油温进行精确控制，保证变压器在合适的温度范围内工作运行。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种变压器的油温控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

S1，在变压器油箱内设置多个温度传感器，所述多个温度传感器同步向控制器发送采集到的温度信号；

S2，将多个温度信号取平均值，记为

在预设时间Ty内记录M次温度平均值

S3，将多个M次温度平均值

由先至后依次记为M(1)、M(2)、M(3)、…、M(m)，计算温度检测结果趋势值；

S4，根据温度检测结果趋势值所在的不同控制区间，控制变压器的降温设备的运行。

进一步的，所述S4中还包括以下步骤：

S41：当温度检测结果趋势值T≤30℃时，冷却风机关闭，压缩机停止运行，利用变压器油冷循环自行降温；

S42：当温度检测结果趋势值30℃＜T≤55℃时，开启变压器的冷却风机，同时控制冷却风机的转速；

S43：当温度检测结果趋势值55℃＜T≤70℃时，冷却风机停止运行，执行压缩机制冷；

S44：当温度检测结果趋势值70℃＜T≤85℃时，同时开启风机和压缩机，将冷却风机的转速提高至最高转速，压缩机的运行频率提高至最大运行频率，对变压器油进行降温处理。

进一步的，所述S42还包括以下步骤：

S421：当温度检测结果趋势值30℃＜T≤40℃时，所述冷却风机的转速以第一转速ω1恒速运行；

S422：当温度检测结果趋势值40℃＜T≤55℃时，所述冷却风机以第二转速ω2运行，其中ω2＝ω1+2.2e^(T-30)/7。

进一步的，所述S43包括以下步骤：

S431：根据温度检测结果趋势值，确定压缩机的目标频率F1，控制压缩机按照所述目标频率F1制冷运行第一预设时间t1；

S432：检测t1前后的变压器顶层油温变化值△T1，若变化值△T1大于第一温度预设值，则执行步骤S433；

S433：控制压缩机的运行频率增加为第一预设频率F2，并持续运行第二预设时间t2，其中第一预设频率F2＝F1+△F；

S434：检测t2前后的变压器顶层油温变化值△T2，若变化值△T2小于第二温度预设值，则返回步骤S431，控制压缩机的运行频率维持在频率F1运行。

进一步的，温度检测结果趋势值的具体计算公式为：Mtr＝(M(3)+M(1)-2×M(2))/2+M(3)。

进一步的，所述S3中，对温度修正采用以下公式：

公式1)：T1＝Ti-0.12×Ts；

公式2)：T2＝Ti+0.08×Ts；

公式3)：T3＝Ti-0.1×Ts；

其中Ti为温度检测结果趋势值；当室外温度Ts温度范围为：-40℃≤Ts≤0℃，修正后的温度检测结果趋势值T1采用公式1进行修正计算；

当室外温度Ts温度范围为：0℃≤Ts≤25℃，修正后的温度检测结果趋势值T2采用公式2进行修正计算；

当室外温度Ts温度范围为：25℃≤Ts≤45℃，修正后的温度检测结果趋势值T3采用公式3进行修正计算。

进一步的，温度修正公式还包括第二次修正：第二次修正后的温度检测结果趋势值T4＝T1+△t，或T4＝T2+△t，T4＝T3+△t，变压器处于用电高峰期时，△t为正值，用电平稳期时，△t为负值。

进一步的，所述S4还包括以下步骤：

S5，实时检测变压器的顶层油温，当温度在第三预设时间t3内多次出现异常时，变压器进入警戒区，执行步骤S6；

S6，根据环境温度、等效负载电流和持续时间，计算变压器绕组最大热点温度值，判断是否将变压器从电网中切除。

本发明还提供一种变压器，所述变压器采用上述所述的变压器的油温控制方法。

相对于现有技术，本发明所述的变压器的油温控制方法具有以下优势：

1，改变了传统变压器的自然油循环冷却结构，提高了变压器油温的控制精度，既能提高变压器的散热冷却效率，又能延长变压器的使用寿命、减少事故；

2，对变压器中压缩机和冷却风机的不同方式调节，控制方式灵活多样，能够根据温度检测结果趋势值对变压器油温进行精确控制，冷却效果良好，适用于各种复杂的场合与环境；避免了现有技术中，冷却风机的转速保持高速旋转的状态，造成的能源浪费和噪声污染。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的变压器的油温控制方法的流程示意图；

图2为本发明中控制冷却风机和压缩机的流程示意图；

图3为本发明中压缩机的控制流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和或或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

本发明提供一种变压器，所述变压器包括油箱和降温箱，所述油箱和降温箱之间通过管路相连，在所述油箱中设置有蒸发器，所述降温箱中设置有降温装置，其中降温装置包括压缩机、呈连续弯折状的冷凝管和节流阀(膨胀阀)，在降温箱的侧壁上还设置有多个风扇。

所述压缩机将吸热的冷媒与变压器油之间，通过蒸发器进行热交换，变压器油在蒸发器中降温后流出蒸发器，返回到油浸变压器中混合，以降低变压器油箱中的油温；

所述油箱和降温箱之间的管路与蒸发器相连，本实施例中，所述蒸发器采用板式蒸发器，一侧走制冷剂，另一侧走变压器油，采用波纹金属板结构，利用分流和逆流方式在两种不同流体间进行换热，因而极大地提高了换热效率，使降温箱中制冷系统的制冷量得到充分发挥。降温后的油返回油箱混合后，再被油泵抽出重新循环。

同时在变压器的油箱上，也设置有冷却风机，所述冷却风机的转速能够调节，便于精确控制变压器油箱的温度。

实施例2

本发明还提供一种变压器的油温控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

S1，在变压器油箱内设置多个温度传感器，所述多个温度传感器同步向控制器发送采集到的温度信号；

S2，将多个温度信号取平均值，记为

在预设时间Ty内记录M次温度平均值

S3，将多个M次温度平均值

由先至后依次记为M(1)、M(2)、M(3)、…M(m)，计算温度检测结果趋势值；

S4，根据温度检测结果趋势值所在的不同控制区间，控制变压器的降温设备的运行。

具体的，在变压器的邮箱中设置多个温度传感器，通过温度传感器，实时获得变压器油箱中的各点油温，然后将多个油温取平均值，记为

在预设时间Ty内，记录M次油温平均值

例如，将预设时间Ty设为30s，M设为10，在30秒内获得10次变压器油温的平均值

分别记为M(1)M(2)、……，M(10)，根据温度检测结果趋势值的具体计算公式：Mtr＝(M(3)+M(1)-2×M(2))/2+M(3)，得到前三次的温度检测结果的趋势值，然后依次进行迭代运算，如Mtr1＝(M(3)+M(1)-2×M(2))/2+M(3)，Mtr2＝(M(5)+Mtr1-2×M(4))/2+M(5)……，得到M次的温度检测结果趋势值。

进一步的，对温度检测结果趋势值进行温度修正，以实现对变压器油温的精确控制。通过半经验公式，对温度检测结果趋势值进行不同形式的修正，即根据室外温度段修正和用电闲忙时的修正。

其中不同室外温度Ts对应不同的计算公式：

公式1)：T1＝Ti-0.12×Ts；

公式2)：T2＝Ti+0.08×Ts；

公式3)：T3＝Ti-0.1×Ts；

其中Ti为温度检测结果趋势值，Ts为变压器此时所处的室外温度。当变压器的室外温度范围为：-40℃≤Ts≤0℃，修正后的温度检测结果趋势值T1采用公式1进行修正计算，由于室外温度较低，此时变压器的自然冷却起到了主要作用，可以将变压器顶层油温控制在较高的温度范围内。

当变压器的室外温度范围为0℃≤Ts≤25℃，修正后的温度检测结果趋势值T2采用公式2进行修正计算；

当变压器的室外温度范围为25℃≤Ts≤45℃，修正后的温度检测结果趋势值T3采用公式3进行修正计算；

根据变压器所处的不同的室外温度，对变压器采用不同的公式进行修正调整，只需将温度检测结果趋势值带入上述公式，即可求得变压器顶层油温修正后的温度检测结果趋势值。

优选的，变压器在用电高峰期和用电平稳期，其负载大小也不同，在用电高峰期，变压器的负载较大，此时变压器发热更高，需要对温度检测结果趋势值进行第二次修正。本实施例中，将晚上18点-23点，定义为用电高峰期，晚上23点至次日18点，定义为用电平稳期，此时在室外温度修正的基础上，对温度检测结果趋势值进行第二次修正。

公式4)：T4＝T1+△t，或T4＝T2+△t，或T4＝T3+△t。

其中T4为经过第二次修正后的温度检测结果趋势值，在居民用电的高峰期和平稳期，变压器运行负载不同，变压器的运行功率也会影响变压器油温的高低，此时结合用电高峰期和平稳期，对温度检测结果趋势值进行进一步的精确控制。本实施例中，确定温度检测结果趋势值T1，或温度检测结果趋势值T2，或温度检测结果趋势值T3后，再根据是否处在用电高峰期进行修正，其中用电高峰期的修正值△t为负，用电低谷期的修正值△t为正，修正值的大小可根据实际情况进行调整，一般不超过5℃。

通过变压器在不同室外温度，不同用电情况下，对变压器顶层油温的温度检测结果趋势值进行修正，以使变压器在最合适的温度下工作。

根据变压器顶层油温的温度检测结果趋势值，将变压器的运行划分为不同的工作区间，不同区间采用不同的降温方式。

当温度检测结果趋势值T≤30℃时，变压器的冷却风机关闭，压缩机停止运行，利用变压器油冷循环自行降温。

当温度检测结果趋势值30℃＜T≤40℃，开启变压器的冷却风机，同时控制冷却风机的转速。

此时变压器顶层油温处于正常值范围内，所述冷却风机的转速以第一转速ω1恒速运行，保证变压器顶层油温维持正常；

当温度检测结果趋势值40℃＜T≤55℃时，此时随着变压器顶层油温的变化，冷却风机的转速也随之增加，所述冷却风机的转速为第二转速ω2，其中ω2＝ω1+2.2e^(T-30)/7，即随着变压器顶层油温T的升高，冷却风机的转速以指数函数的形式增大；

通过控制变压器的冷却风机不同转速，对变压器顶层油温进行精确控制，冷却效果好，能够实现变压器的经济运行。

当温度检测结果趋势值55℃＜T≤70℃时，冷却风机停止运行，执行压缩机制冷，利用压缩机的制冷系统，对变压器油进行降温；

根据温度检测结果趋势值，确定压缩机的目标频率F1；所述目标频率F1也可以根据变压器顶层油温、绕组温度、室外环境温度来综合确定。

控制压缩机按照所述目标频率F1制冷运行，运行第一预设时间t1后，检测t1前后的变压器顶层油温变化值△T1，若变化值△T1大于第一温度预设值，如第一预设时间t1为3分钟，第一温度预设值为3℃，△T1为4℃，此时△T1大于第一温度预设值，执行下一步骤S433。

S433：控制压缩机的运行频率增加为第一预设频率F2，并持续运行第二预设时间t2，其中第一预设频率F2＝F1+△F，比如，第二预设时间t2为5分钟，△F为5Hz，所述压缩机在第一预设频率F2下持续运行第二预设时间t2后，检测当前的变压器顶层油温，如果变化值△T2小于第二温度预设值，假设变化值△T2为2℃，第二温度预设值为4℃，则控制压缩机的运行频率降低至目标频率F1，返回步骤S431，控制压缩机的运行频率维持在频率F1运行。

变压器顶层油温较高时，考虑到可能是变压器负载过大，导致变压器顶层油温升高，此时可尝试调整压缩机的运行频率，以控制变压器顶层油温。

通过控制压缩机的运行功率，避免压缩机在高频运转的高能耗，使压缩机在低能耗的状态下运行，同时也能够实现降温的目的。

当温度检测结果趋势值70℃＜T≤85℃时，此时变压器顶层油温较高，压缩机的运行频率提高至最大运行频率，同时开启冷却风机，并将冷却风机的转速提高至最高转速，对变压器油进行降温处理。对变压器顶层油温实时反馈检测，若变压器顶层油温降低至70℃以下时，则返回步骤S43。

本发明通过对变压器中压缩机和冷却风机的不同方式调节，控制方式灵活多样，能够根据温度检测结果趋势值对变压器油温进行精确控制，冷却效果良好，适用于各种复杂的场合与环境。避免了现有技术中，冷却风机的转速保持高速旋转的状态，造成的能源浪费和噪声污染。

在步骤S4后，还包括以下步骤：

S5，实时检测变压器的顶层油温，当变压器的顶层温度在第三预设时间t3内多次出现异常，变压器进入警戒区，执行步骤S6。如第三预设时间t3设置为10分钟，变压器的顶层油温有多次超出同期历史数据中，当前时间段的变压器顶层油温的最大值，或多次出现变压器顶层油温大于85度的情况，此时变压器进入警戒区，执行步骤S6。

当变压器顶层油温在多次出现异常，说明变压器自身的冷却系统已无法保证变压器的正常运行，此时需要对变压器进行故障检测。

S6，根据环境温度、等效负载电流和持续时间，计算变压器绕组最大热点温度值，判断是否将变压器从电网中切除。如果此时环境温度正常，负载电流大，持续时间久，且变压器的绕组温度值高，则判定变压器发生故障，将变压器从电网中自动切除。切除后，压缩机和风机持续运行，将变压器顶层油温冷却至环境温度附近。

具体的，对变压器负载电流值进行积分得出等效负载电流，并根据环境温度、等效负载电流和持续时间计算出绕组最大热点温度值，将该绕组最大热点温度值与预设的绕组热点温度许用值进行大小比较判断来确定是否执行脱扣动作，使变压器从电网中自动切除，从而实现对变压器进行过热保护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种变压器的油温控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

S1，在变压器油箱内设置多个温度传感器，所述多个温度传感器同步向控制器发送采集到的温度信号；

S2，将多个温度信号取平均值，记为

在预设时间Ty内记录M次温度平均值

S3，将多个M次温度平均值

由先至后依次记为M(1)、M(2)、M(3)、…、M(m)，计算温度检测结果趋势值；

S4，根据温度检测结果趋势值所在的不同控制区间，控制变压器的降温设备的运行。

2.根据权利要求1所述的变压器的油温控制方法，其特征在于，所述S4中还包括以下步骤：

S41：优选的，当温度检测结果趋势值T≤30℃时，冷却风机关闭，压缩机停止运行，利用变压器油冷循环自行降温；

S42：优选的，当温度检测结果趋势值30℃＜T≤55℃时，开启变压器的冷却风机，同时控制冷却风机的转速；

S43：优选的，当温度检测结果趋势值55℃＜T≤70℃时，冷却风机停止运行，执行压缩机制冷；

S44：优选的，当温度检测结果趋势值70℃＜T≤85℃时，同时开启风机和压缩机，将冷却风机的转速提高至最高转速，压缩机的运行频率提高至最大运行频率，对变压器油进行降温处理。

3.根据权利要求2所述的变压器的油温控制方法，其特征在于，所述S42还包括以下步骤：

S421：当温度检测结果趋势值30℃＜T≤40℃时，所述冷却风机的转速以第一转速ω1恒速运行；

S422：当温度检测结果趋势值40℃＜T≤55℃时，所述冷却风机以第二转速ω2运行，其中ω2＝ω1+2.2e^(T-30)/7。

4.根据权利要求2所述的变压器的油温控制方法，其特征在于，所述S43包括以下步骤：

S431：根据温度检测结果趋势值，确定压缩机的目标频率F1，控制压缩机按照所述目标频率F1制冷运行第一预设时间t1；

S432：检测t1前后的变压器顶层油温变化值△T1，若变化值△T1大于第一温度预设值，则执行步骤S433；

S433：控制压缩机的运行频率增加为第一预设频率F2，并持续运行第二预设时间t2，其中第一预设频率F2＝F1+△F；

S434：检测t2前后的变压器顶层油温变化值△T2，若变化值△T2小于第二温度预设值，则返回步骤S431，控制压缩机的运行频率维持在频率F1运行。

5.根据权利要求1所述的变压器的油温控制方法，其特征在于，所述S2中，温度检测结果趋势值的具体计算公式为：Mtr＝(M(3)+M(1)-2×M(2))/2+M(3)。

6.根据权利要求1所述的变压器的油温控制方法，其特征在于，所述S3中，对温度检测结果趋势值采用以下公式进行修正：

公式1)：T1＝Ti-0.12×Ts；

公式2)：T2＝Ti+0.08×Ts；

公式3)：T3＝Ti-0.1×Ts；

其中Ti为温度检测结果趋势值；当室外温度Ts温度范围为：-40℃≤Ts≤0℃，修正后的温度检测结果趋势值T1采用公式1进行修正计算；

当室外温度Ts温度范围为：0℃≤Ts≤25℃，修正后的温度检测结果趋势值T2采用公式2进行修正计算；

当室外温度Ts温度范围为：25℃≤Ts≤45℃，修正后的温度检测结果趋势值T3采用公式3进行修正计算。

7.根据权利要求7所述的变压器的油温控制方法，其特征在于，温度修正公式还包括第二次修正：第二次修正后的温度检测结果趋势值T4＝T1+△t，或T4＝T2+△t，T4＝T3+△t，变压器处于用电高峰期时，△t为正值，用电平稳期时，△t为负值。

8.根据权利要求1所述的变压器的油温控制方法，其特征在于，所述S4还包括以下步骤：

S5，实时检测变压器的顶层油温，当温度在第三预设时间t3内多次出现异常时，变压器进入警戒区，执行步骤S6；

S6，根据环境温度、等效负载电流和持续时间，计算变压器绕组最大热点温度值，判断是否将变压器从电网中切除。

9.一种变压器，其特征在于，所述变压器采用权利要求1-9任一项所述的变压器的油温控制方法。

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