RU2647359C1 - Способ управления системой охлаждения маслонаполненного силового трансформатора - Google Patents

Способ управления системой охлаждения маслонаполненного силового трансформатора Download PDF

Info

Publication number
RU2647359C1
RU2647359C1 RU2016148408A RU2016148408A RU2647359C1 RU 2647359 C1 RU2647359 C1 RU 2647359C1 RU 2016148408 A RU2016148408 A RU 2016148408A RU 2016148408 A RU2016148408 A RU 2016148408A RU 2647359 C1 RU2647359 C1 RU 2647359C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transformer
cooling
oil
modes
temperature
Prior art date
Application number
RU2016148408A
Other languages
English (en)
Inventor
Тимофей Викторович Рябин
Евгений Юрьевич Давыдов
Иван Викторович Рябин
Игорь Алексеевич Косолапов
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы"
Акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы", Акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы" filed Critical Публичное акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы"
Priority to RU2016148408A priority Critical patent/RU2647359C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2647359C1 publication Critical patent/RU2647359C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
    • G05B13/024—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/30—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/12—Oil cooling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Transformer Cooling (AREA)

Abstract

Изобретение относится к системам управления, автоматически выбирающим оптимальный режим работы. Способ управления системой охлаждения маслонаполненного трансформатора с частотно регулируемым приводом масляных и воздушных охладителей заключается в следующем. На основе термогидравлических моделей трансформатора формируют массив возможных режимов трансформатора и соответствующий ему массив режимов охлаждения. В процессе эксплуатации измеряют токи в обмотках трансформатора и параметры окружающей среды и выделяют подмассив режимов трансформатора, соответствующий измеренным токам, и для каждого выделенного режима трансформатора - подмассив режимов охлаждения, соответствующий измеренным параметрам окружающей среды. Для каждого выделенного режима охлаждения вычисляют суммарные затраты электроэнергии на охлаждение и на потери в трансформаторе и устанавливают минимизирующий указанные затраты режим охлаждения, удерживающий температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах. Технический результат изобретения заключается в уменьшении суммарных затрат электроэнергии на охлаждение трансформатора и на потери в нем. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к управлению системой охлаждения мощного маслонаполненного оборудования электрических станций и подстанций, и может быть применено для управления охлаждением маслонаполненного силового трансформатора.
Уровень техники
Мощные маслонаполненные трансформаторы оснащаются системами принудительного охлаждения, включающими несколько воздушных охладителей (вентиляторов) и один или несколько масляных охладителей (маслонасосов). Как правило, чем больше нагрузка трансформатора, тем больше затраты мощности на охлаждение. Температура обмоток трансформатора, их сопротивление и потери мощности в обмотках снижаются при более интенсивном (и, соответственно, энергозатратном) охлаждении. В результате для каждого конкретного режима нагрузки трансформатора существует оптимальный режим охлаждения, при котором суммарные затраты мощности на охлаждение трансформатора и на потери в его обмотках будут близки к минимальным.
Известно техническое решение, направленное на уменьшение указанных суммарных затрат мощности за счет надлежащего выбора числа включенных охладителей, согласно которому устройство управления охлаждением мощного трансформатора периодически рассчитывает тепловое состояние трансформатора и соответствующие ему суммарные затраты мощности при трех значениях числа включенных охладителей - текущем, на единицу большем и на единицу меньшем, и выбирает для следующего интервала времени то из этих трех значений числа включенных охладителей, при котором температура масла и обмотки не превышает заданных предельных значений, а суммарные затраты мощности меньше [RU 2377682].
При таком управлении, по меньшей мере, часть охладителей (вентиляторов и маслонасосов) работают в прерывистом режиме (режиме периодического включения и отключения электродвигателей), который характеризуется неполным использованием теплообменной поверхности трансформатора и высоким энергопотреблением.
От этого недостатка свободен выбранный в качестве прототипа способ управления системой охлаждения мощного трансформатора [RU 2432591]. Прототип управляет масляными и воздушными охладителями трансформатора с помощью частотно-регулируемого привода (ЧРП), измеряет текущие значения токов в обмотках трансформатора и параметры окружающей среды, по которым на основе термогидравлических моделей трансформатора и его системы охлаждения определяет режимы охлаждения, необходимый для удержания температуры наиболее нагретой точки в допустимых пределах.
Прототип регулирует производительность охладителей, изменяя скорость вращения их частотно-регулируемых приводов, что более экономично, чем изменение числа одновременно работающих охладителей.
Однако, несмотря на использование в прототипе регулируемых электроприводов, суммарные затраты электроэнергии на охлаждение силового трансформатора и потери в нем выше минимума, который может быть достигнут при оптимальной комбинации производительностей масляных и воздушных охладителей.
Сущность изобретения
Как показали проведенные авторами исследования, в ряде практических случаев допустимая температура наиболее нагретой точки обмотки силового трансформатора при его текущем электрическом состоянии может быть обеспечена не при одном, а при некотором множестве допустимых термогидравлических режимов трансформатора, причем при наличии двух типов охладителей (насосов, прокачивающих масло через бак трансформатора, и вентиляторов, охлаждающих прокачиваемое масло воздухом) одному элементу такого множества режимов соответствует, как правило, несколько допустимых вариантов загрузки масляных и воздушных охладителей (комбинаций их производительностей), характеризующихся неравными суммарными затратами электроэнергии на охлаждение силового трансформатора и на потери в нем.
Прототип не выбирает наиболее экономичный вариант загрузки охладителей из нескольких возможных режимов охлаждения, способных удерживать температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах.
Технический результат изобретения по отношению к прототипу, использующему частотно-регулируемый электропривод масляных и воздушных охладителей, - уменьшение суммарных затрат электроэнергии на охлаждение силового трансформатора и на потери в нем.
Предметом изобретения является способ управления системой охлаждения силового трансформатора с ЧРП масляных и воздушных охладителей, заключающийся в том, что на основе термогидравлических моделей трансформатора и его системы охлаждения формируют массив возможных режимов трансформатора и соответствующий ему массив режимов охлаждения, а в процессе эксплуатации измеряют токи в обмотках трансформатора и параметры окружающей среды и устанавливают режим охлаждения, удерживающий температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах, отличающийся тем, что в процессе эксплуатации выделяют подмассив режимов трансформатора, соответствующий измеренным токам, и для каждого выделенного режима трансформатора - подмассив режимов охлаждения, соответствующий измеренным параметрам окружающей среды, при этом для каждого выделенного режима охлаждения вычисляют суммарные затраты электроэнергии на охлаждение и на потери в трансформаторе и устанавливают минимизирующий указанные затраты режим охлаждения, удерживающий температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах.
Это позволяет получить указанный технический результат.
Кроме того, заявленное изобретение позволяет упростить устройство, реализующее способ, и повысить его надежность за счет управления охлаждением трансформатора без применения датчика температуры или вязкости масла, который является необходимым при осуществлении прототипа.
Развития изобретения, относящиеся к частным случаям его осуществления, состоят в том, что:
- измеряют содержание влаги и газа в масле и определяют допустимую температуру наиболее нагретой точки с учетом результатов указанных измерений;
- в качестве параметров охлаждающей среды измеряют температуру, влажность и давление окружающего воздуха;
- периодически измеряют температуру верхних слоев масла и корректируют текущий режим охлаждения по результатам указанного измерения;
- подмассив режимов работы трансформатора выделяют с учетом текущего положения регулятора напряжения под нагрузкой (РПН) охлаждаемого трансформатора.
Осуществление изобретения с учетом его развитий
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Предварительно формируют массив возможных режимов работы трансформатора и соответствующий ему массив требуемых режимов работы системы охлаждения. Для этого могут быть использованы, например, методы математического моделирования, описанные в статье «Методические подходы к cfd-моделированию тепловых режимов силовых масляных трансформаторов», опубликованной в журнале «Промышленная теплотехника», 2008 г., т. 30, №6, стр. 57-66. Полученные массивы данных загружают в память устройства управления, представленного на фигуре, которое может быть выполнено на базе программируемого логического контроллера (ПЛК).
Представленное на чертеже устройство для осуществления заявляемого способа содержит блок 1 цифровой обработки, снабженный входным интерфейсом 2 для подключения датчиков электрического состояния трансформатора, например одного или нескольких датчиков 3 тока нагрузки, входным интерфейсом 9 для подключения датчика 10 температуры Тос окружающей среды, входным интерфейсом 11 для подключения датчиков 12 и 13 давления и влажности окружающего воздуха соответственно и выходным интерфейсом 4 для выдачи сигналов управления частотно-регулируемыми приводами масляных и воздушных охладителей трансформатора.
В частных случаях блок 1 может быть снабжен дополнительно:
- интерфейсом 5 для ввода уставки Тннт доп по температуре Тннт наиболее нагретой точки обмотки охлаждаемого силового трансформатора;
- интерфейсом 6 для подключения датчиков 7 и 8 влаго- и газосодержания масла соответственно;
- интерфейсом 14 для подключения датчика 15 температуры Твсм верхних слоев масла.
Кроме того, входной интерфейс 2 блока 1 может быть выполнен с возможностью подключения датчика (индикатора) 16 положения РПН, которым может быть снабжен охлаждаемый силовой трансформатор.
Все интерфейсы блока 1, предназначенные для подключения аналоговых датчиков, снабжены аналого-цифровыми преобразователями, либо для этой цели в блоке 1 может быть использован один многоканальный преобразователь.
Блок 1 выполнен на основе ПЛК, запрограммированного для осуществления способа в процессе эксплуатации трансформатора.
Перед началом работы в память ПЛК загружается рабочая программа, обеспечивающая осуществление способа, и вышеупомянутые массивы, сформированные на основе термогидравлических моделей данного конкретного конструктива охлаждаемого трансформатора и данного конкретного конструктива его системы охлаждения.
Уставка Тннт доп может быть учтена в загружаемой рабочей программе или вводиться через интерфейс 5. При наличии датчиков 7 и 8 влаго- и газосодержания масла, подключенных к интерфейсу 6, уставка Тннт доп по температуре Тннт может определятся блоком 1 с учетом показаний этих датчиков.
В процессе эксплуатации трансформатора устройство, осуществляющее способ, работает следующим образом.
Для каждого конкретного текущего электрического состояния, фиксируемого датчиками 3 и 16, подключенными к интерфейсу 2, блок 1 выбирает (т.е. извлекает из загруженного в его память массива возможных режимов работы трансформатора) подмассив допустимых режимов работы трансформатора и связанный с ним подмассив требуемых режимов охлаждения, соответствующий параметрам окружающей среды, измеренным датчиками 10, 12 и 13. Подмассив допустимых режимов работы трансформатора характеризует один или несколько режимов трансформатора, обеспечивающих температуру Тннт, не превышающую уставку Тннт доп. Эта уставка учтена в загружаемой рабочей программе, введена через интерфейс 5 или рассчитана блоком 1 с учетом показаний датчиков 7 и 8.
Подмассив выбранных режимов охлаждения представляет собой возможные сочетания производительностей воздушных и масляных охладителей, обеспечивающие выбранные режимы работы трансформатора.
Для каждого из выбранных режимов охлаждения блок 1 определяет мощность Рпот.тр активных потерь в трансформаторе (с учетом температурной зависимости сопротивлений его обмоток) и электрическую мощность Рохл, затрачиваемую на охлаждение трансформатора.
Затем блок 1 подсчитывает суммы указанных мощностей (характеризующие суммарные затраты электроэнергии), находит режим, соответствующий минимальной сумме, и формирует через выходной интерфейс 4 соответствующие сигналы управления ЧРП охладителей.
Алгоритм обработки данных в блоке 1, позволяющий осуществить заявленный способ, иллюстрируется связанными между собой элементами цифровой обработки, представленными на фигуре пунктирными линиями.
Элемент 17 обозначает загруженный в ПЛК массив возможных режимов трансформатора, имеющего данный конструктив. Если предусматривается использование нескольких уставок Тннт доп, то массив 17 включает данные о допустимых режимах для каждой из уставок Тннт доп, задаваемых по интерфейсу 5 или вычисляемых по показаниям датчиков 7 и 8.
Из массива 17 блок 1 выбирает подмассив, соответствующий показаниям датчиков 3 и 16 и уставке Тннт доп. Каждый элемент выбранного подмассива характеризуется следующим набором параметров: расход Qм масла, разность ΔНм давлений масла на входе и выходе в бак трансформатора, температура Тм.вх масла на входе в бак трансформатора, температура Твсм⋅расч верхних слоев масла, а также величина потерь Рпот.тр в трансформаторе.
Параметры [Qм, ΔНм, Тм.вх,]i выбранного подмассива режимов работы трансформатора далее используются для того, чтобы из исходного массива 18 требуемых режимов охлаждения выбрать подмассив, обеспечивающий именно эти параметры охлаждающего масла для данного конструктива системы охлаждения при измеряемых датчиками 10, 12 и 13 параметрах окружающей среды (воздуха). При этом каждый элемент выбранного подмассива характеризуется парой значений nм, nвозд скоростей вращения масляных и воздушных охладителей и соответствующей электрической мощностью Рохл, затрачиваемой на охлаждение.
Далее блок 1 вычисляет суммарные затраты мощности [РΣ]i=[Рпот.тр]i +[Рохл]i. Последовательно сравнивая между собой [РΣ]i, элемент 19 находит номер iмин для минимальной суммарной мощности РΣмин и передает его на элемент 20. Элемент 20 фиксирует соответствующую iмин пару скоростей вращения охладителей [nм, nвозд]iмин. По этим значениям скоростей могут быть сформированы и выданы через интерфейс 4 соответствующие управляющие сигналы для ЧРП охладителей.
В тех случаях, когда применяется корректировка текущего режима охлаждения по температуре Твсм расч, измеряемой датчиком 15, подключенным к интерфейсу 14, значение iмин поступает также на элемент 21. Элемент 21 фиксирует то значение температуры верхних слоев масла из ряда значений [Твсм]i, выбираемых из массива 17, которое соответствует iмин. Это значение на фигуре обозначено как Твсм расч.
Как видно из изложенного, заявляемый способ может быть осуществлен с достижением указанного технического результата на базе ПЛК, снабженного необходимыми интерфейсами.
Сравнительные расчеты, проведенные для конкретных конструктивов трансформатора и системы охлаждения, показали, что использование изобретения вместо прототипа для управления охлаждением одного трансформатора АОДЦТН 417000/750/500/10 с помощью системы охлаждения ДЦ 180 (обозначения по ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые. Общие технические условия») позволит снизить суммарные затраты электроэнергии на охлаждение силового трансформатора и на потери в нем на 10-12%, что даст годовую экономию электроэнергии в размере 25,0-30,0 тыс. кВт×час.

Claims (5)

1. Способ управления системой охлаждения силового трансформатора с частотно-регулируемым приводом масляных и воздушных охладителей, заключающийся в том, что на основе термогидравлических моделей формируют массив возможных режимов трансформатора и соответствующий ему массив режимов охлаждения, а в процессе эксплуатации измеряют токи в обмотках трансформатора и параметры окружающей среды и устанавливают режим охлаждения, удерживающий температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах, отличающийся тем, что в процессе эксплуатации выделяют подмассив режимов трансформатора, соответствующий измеренным токам, и для каждого выделенного режима трансформатора - подмассив режимов охлаждения, соответствующий измеренным параметрам окружающей среды, при этом для каждого выделенного режима охлаждения вычисляют суммарные затраты электроэнергии на охлаждение и на потери в трансформаторе и устанавливают минимизирующий указанные затраты режим охлаждения, удерживающий температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют содержание влаги и газа в масле и определяют допустимую температуру наиболее нагретой точки с учетом результатов указанных измерений.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве параметров окружающей среды измеряют температуру, влажность и давление воздуха.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что периодически измеряют температуру верхних слоев масла и корректируют текущий режим охлаждения по результатам указанного измерения.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подмассив режимов охлаждения выделяют с учетом текущего положения регулятора напряжения под нагрузкой охлаждаемого трансформатора.
RU2016148408A 2016-12-09 2016-12-09 Способ управления системой охлаждения маслонаполненного силового трансформатора RU2647359C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148408A RU2647359C1 (ru) 2016-12-09 2016-12-09 Способ управления системой охлаждения маслонаполненного силового трансформатора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148408A RU2647359C1 (ru) 2016-12-09 2016-12-09 Способ управления системой охлаждения маслонаполненного силового трансформатора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2647359C1 true RU2647359C1 (ru) 2018-03-15

Family

ID=61627659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016148408A RU2647359C1 (ru) 2016-12-09 2016-12-09 Способ управления системой охлаждения маслонаполненного силового трансформатора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2647359C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2377682C1 (ru) * 2008-10-13 2009-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" Устройство управления системой охлаждения мощного трансформатора
WO2010077078A2 (ko) * 2008-12-31 2010-07-08 Oh Tae-Hon 부하표시 배전용 변압기 및 그의 표시 장치
RU2432591C2 (ru) * 2005-12-13 2011-10-27 Сименс Акциенгезелльшафт Способ управления для охлаждения технической установки
RU2453859C2 (ru) * 2010-08-18 2012-06-20 Виктор Анатольевич Туркот Устройство для определения допустимых величины и длительности перегрузки силового маслонаполненного трансформаторного оборудования

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2432591C2 (ru) * 2005-12-13 2011-10-27 Сименс Акциенгезелльшафт Способ управления для охлаждения технической установки
RU2377682C1 (ru) * 2008-10-13 2009-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" Устройство управления системой охлаждения мощного трансформатора
WO2010077078A2 (ko) * 2008-12-31 2010-07-08 Oh Tae-Hon 부하표시 배전용 변압기 및 그의 표시 장치
RU2453859C2 (ru) * 2010-08-18 2012-06-20 Виктор Анатольевич Туркот Устройство для определения допустимых величины и длительности перегрузки силового маслонаполненного трансформаторного оборудования

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2432591C2 (ru) Способ управления для охлаждения технической установки
US8538597B2 (en) System and method for regulating temperature in a hot water heater
US8406021B2 (en) System and method for reducing line current distortion
US8476873B2 (en) System and method for current balancing
CN106321218B (zh) 散热控制系统、方法以及挖掘机
US20110031943A1 (en) System and method for rejecting dc current in power factor correction systems
CN103904382B (zh) 混合动力汽车车载动力电池冷却控制方法
CN105026873A (zh) 冷却系统的控制装置
WO2019128035A1 (zh) 风力发电机组功率控制方法及装置
CA2395956A1 (en) Apparatus for continuously variable speed electric motor applications
CN109681416B (zh) 冷却泵的控制方法
CN107277959A (zh) 一种基于pid控制的电磁加热系统及方法
JP2022095636A (ja) 適応制御用ヒータバンドル及び電流漏れ低減方法
Leonow et al. Soft sensor based dynamic flow rate estimation in low speed radial pumps
RU2647359C1 (ru) Способ управления системой охлаждения маслонаполненного силового трансформатора
RU2629827C1 (ru) Устройство управления системой охлаждения маслонаполненного силового трансформатора
JP2008043115A (ja) 回転電機および発電システム
Vodovozov et al. Energy-efficient predictive control of centrifugal multi-pump stations
JP2020202691A (ja) 直流分巻モータの制御装置及びモータユニット
WO2015105614A1 (en) Engine coolant temperature regulation apparatus and method
EP3859485A1 (en) Adaptive boiler control
FI126110B (fi) Menetelmä, laitteisto ja tietokoneohjelmatuote toimilaitteen ohjaamiseksi lämpötilan säätelyssä
EP3800411B1 (en) Optimum operation of a heat exchanger
CN2682460Y (zh) 多重温度控制装置
US20240159415A1 (en) Adaptive logic board for variable speed drive for heating, ventilation, air conditioning and refrigeration system