一種適用于220kV及以上電壓等級(jí)主變冷卻器的節(jié)能控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬電網(wǎng)環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，并涉及電力變壓器冷卻系統(tǒng)節(jié)能控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，節(jié)能環(huán)保已上升為國家戰(zhàn)略，國際社會(huì)和國內(nèi)各級(jí)政府都高度關(guān)注。2012年，國務(wù)院印發(fā)了節(jié)能環(huán)?！笆濉币?guī)劃，電力作為整個(gè)國家能源戰(zhàn)略的核心之一，是其中一個(gè)重要的節(jié)能降損領(lǐng)域?！耙?guī)劃”要求，到2015年，電網(wǎng)綜合線損率由6.53%降為6.3%。
[0003]變電站作為電網(wǎng)輸配電的重要環(huán)節(jié)之一，其站用電電量是計(jì)入線損，而且在電網(wǎng)損耗中占據(jù)一定的比例。在傳統(tǒng)220kV及以上電壓等級(jí)的變電站中，主要能耗設(shè)備除綜自系統(tǒng)、暖通設(shè)備、機(jī)構(gòu)柜加熱等之外，主變冷卻系統(tǒng)的設(shè)備用電是其中重要環(huán)節(jié)之一，其約占到站用電的30%以上。
[0004]國內(nèi)2008年以前投運(yùn)的大型220kV及以上電壓等級(jí)的變壓器，其冷卻系統(tǒng)普遍采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷式冷卻方式(ODAF/OFAF)，其運(yùn)行模式是根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候，由人工經(jīng)驗(yàn)判斷，投入一定數(shù)量的冷卻器組，冷卻器設(shè)備24小時(shí)不間斷的進(jìn)行油溫散熱，通過油泵循環(huán)帶走變壓器鐵芯和繞組因損耗產(chǎn)生的熱量，然后由風(fēng)機(jī)與散熱器對流換熱。冷卻器冷卻容量在設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)口風(fēng)溫一般為20°C，并沒有考慮到在環(huán)境溫度變化下的冷卻容量調(diào)節(jié)因素，特別是在北方地區(qū)，在冬季零下20°C的寒冷條件下，主變?yōu)楸ＷC油路對流，依然要投入50%的冷卻設(shè)備，主變油溫幾乎低于5°C，過剩的降溫，造成巨大的能源浪費(fèi)。
[0005]傳統(tǒng)的冷卻器控制器，其內(nèi)部都是交流接觸器和熱繼電器構(gòu)造而成，通過油面溫度計(jì)的行程開關(guān)來投切冷卻器。兩臺(tái)冷卻器一直投入，當(dāng)溫度大于一定值時(shí)投入輔助冷卻器，當(dāng)溫度大于當(dāng)冷卻器故障時(shí)，可投入備用冷卻器。這種控制方式原理簡單，但連線多且復(fù)雜、體積大、故障率高。
[0006]隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，冷卻器控制技術(shù)由電磁式繼電器控制發(fā)展到PLC可編程自動(dòng)控制。相對傳統(tǒng)控制方式，這種方式動(dòng)作可靠，使用元件少，且含有通訊功能。投切方式與傳統(tǒng)方式相同，兩臺(tái)冷卻器固定投入，溫度高于一定值時(shí)投入輔助，當(dāng)溫度大于當(dāng)冷卻器故障時(shí)，可投入備用冷卻器。存在以下缺點(diǎn):①冷卻器的冷卻容量不能平滑連續(xù)變化，在負(fù)荷較小、環(huán)境溫度低時(shí)，造成了冷卻容量的浪費(fèi)。②當(dāng)一天中溫度起伏較大時(shí)，冷卻器投切頻繁，故障率上升。③且由于引入了自動(dòng)控制系統(tǒng)，未對PLC故障及其直流電源的故障進(jìn)行保護(hù)，也沒有響應(yīng)的補(bǔ)充措施，給變壓器的運(yùn)行帶來了很大的安全隱患。
[0007]專利CN 103324130在PLC自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上增加了開環(huán)變頻調(diào)速模糊控制技術(shù)，根據(jù)變壓器頂層油溫和負(fù)荷電流實(shí)際運(yùn)行情況，在程序中建立線性的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出了風(fēng)機(jī)的控制頻率。這種模式能平滑的調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)速，但環(huán)境溫度、負(fù)荷和油流量的改變會(huì)影響模型的精度。風(fēng)機(jī)的控制頻率會(huì)和實(shí)際需求有較大的差別，當(dāng)環(huán)境溫度很高時(shí)，按原有的模型確定變頻器頻率會(huì)使冷卻風(fēng)量不足。而環(huán)境溫度過低時(shí)，同一個(gè)模型又會(huì)使冷卻容量過剩。該專利中每組冷卻器均配備一臺(tái)變頻器，當(dāng)溫度或符合大于某一門檻值時(shí)，會(huì)投入另一組冷卻器。
[0008]由于涉及到多臺(tái)變頻器的投入和切除，當(dāng)溫度變化頻繁時(shí)，會(huì)使變頻器的故障概率增大。當(dāng)變頻器故障后，沒有替代方案，給變壓器的運(yùn)行帶來安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中變壓器強(qiáng)油風(fēng)冷卻系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的投切控制方案接線復(fù)雜、控制靈活性差、耗能、噪音大，而現(xiàn)有的變壓器風(fēng)冷變頻節(jié)能方案靈活性差、控制精度低，不能經(jīng)濟(jì)的適用于各種復(fù)雜的場合和環(huán)境，且沒有規(guī)避PLC、變頻器、開關(guān)電源故障對變壓器安全運(yùn)行的威脅，從而提供一種控制精度高、安全可靠的適用于220kV及以上電壓等級(jí)主變冷卻器的節(jié)能控制方法。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0011]一種適用于220kV及以上電壓等級(jí)主變冷卻器的節(jié)能控制方法，其中設(shè)置若干臺(tái)冷卻器、變壓器及連接變壓器的變頻器，采用智能變頻控制技術(shù)，根據(jù)變壓器的頂層油溫和負(fù)載電流共同控制冷卻器運(yùn)行數(shù)量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，其特征在于:所述控制方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0012](I)當(dāng)PLC或直流開關(guān)電源無法正常工作時(shí)，進(jìn)入安全模式，安全模式即主變冷卻器中設(shè)置的四組風(fēng)機(jī)和油泵均在工頻50Hz下運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出告警信號(hào)；
[0013](2)設(shè)置四個(gè)預(yù)設(shè)油溫區(qū)間，分別為T1、T2、T3、T4，其中T1<T2<T3<T4 ;當(dāng)變壓器的頂層油溫T大于Τ4時(shí)，進(jìn)入所述安全模式，即四組風(fēng)機(jī)和油泵均在工頻50Hz下運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出告警信號(hào)；
[0014](3)當(dāng)PLC和直流開關(guān)電源均正常工作，且變壓器的頂層油溫T3 < T彡T4，當(dāng)變壓器的頂層油溫T是從T4以上的溫度下降到T3 < T < T4，保持所述安全模式；當(dāng)變壓器的頂層油溫T是從T3以下的溫度上升到T3 < T < T4，進(jìn)入三組工頻運(yùn)行模式，三組工頻運(yùn)行模式為三組風(fēng)機(jī)和油泵均在工頻50Hz下運(yùn)行，一組風(fēng)機(jī)和油泵停運(yùn)；
[0015](4)當(dāng)PLC和直流開關(guān)電源均正常工作，變壓器的頂層油溫T2< T彡T3，或變壓器的負(fù)荷率大于0.75時(shí)，進(jìn)入三組工頻運(yùn)行模式，即三組風(fēng)機(jī)和油泵均在工頻50Hz下運(yùn)行，一組風(fēng)機(jī)和油泵停運(yùn)；
[0016](5)當(dāng)PLC和直流開關(guān)電源均正常工作，且變壓器的頂層油溫T彡T2，變壓器的負(fù)荷率小于等于0.75時(shí)，判斷變頻器是否有故障，如果故障，則發(fā)出告警信號(hào)，切除變頻器，投入的風(fēng)機(jī)和油泵只在工頻50Hz下運(yùn)行；如果無故障，不切除變頻器；
[0017](6)當(dāng)PLC和直流開關(guān)電源均正常工作，且頂層油溫Tl < T彡T2，變壓器的負(fù)荷率小于等于0.75，當(dāng)溫度是從T2以上的溫度下降到Tl < T < T2，保持所述三組工頻運(yùn)行模式；當(dāng)溫度是從Tl以下的溫度上升到Tl < T < T2，變頻器有故障時(shí)，進(jìn)入兩組工頻運(yùn)行模式，所述兩組工頻運(yùn)行模式為分布在變壓器對角線上的兩組風(fēng)機(jī)和油泵均在工頻50Hz下運(yùn)行，另外兩組風(fēng)機(jī)和油泵停運(yùn)；
[0018](7)當(dāng)PLC和直流開關(guān)電源均正常工作，且頂層油溫TS Tl，變壓器的負(fù)荷率小于等于0.75，變頻器有故障時(shí)，進(jìn)入所述兩組工頻運(yùn)行模式，即兩組風(fēng)機(jī)和油泵均在工頻50Hz下運(yùn)行，兩組風(fēng)機(jī)和油泵停運(yùn)；其中運(yùn)行的兩組冷卻器分布在對角線上；
[0019](8)當(dāng)PLC和直流開關(guān)電源均正常工作，且頂層油溫TS Tl，變壓器的負(fù)荷率小于等于0.75，變頻器無故障時(shí)，進(jìn)入所述兩組變頻運(yùn)行模式，兩組風(fēng)機(jī)和油泵均在變頻下運(yùn)行，兩組風(fēng)機(jī)和油泵停運(yùn)；其中運(yùn)行的兩組冷卻器分布在對角線上。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0021]所述的一種適用于220kV及以上電壓等級(jí)主變冷卻器的節(jié)能控制方法，由負(fù)荷電流和頂層油溫控制冷卻器的數(shù)量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)。在保證安全運(yùn)行的情況下，最大程度的節(jié)能降噪，控制精度高，且適合各種復(fù)雜場合和環(huán)境。
[0022]進(jìn)一步的，當(dāng)PLC和直流開關(guān)電源均正常工作，且頂層油溫T ( T4，變壓器負(fù)荷率小于等于0.75時(shí)，通過變頻器的故障輸出繼電器和變頻器的運(yùn)行狀態(tài)判斷變頻器是否有故障，若有故障則發(fā)出告警信號(hào)，斷開變頻器的輸入和輸出，冷卻器在工頻50Hz下運(yùn)行。
[0023]變頻器的變頻運(yùn)行頻率由PID負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)。所述變頻器啟動(dòng)時(shí)初始頻率為5Hz ;所述變頻器運(yùn)行時(shí)最高輸出頻率為50Hz ;所述變頻器運(yùn)行時(shí)最低輸出頻率為20Hz。
[0024]所述Tl的范圍在45°C至55°C ;所述T2的范圍在55°C至60°C ;所述T3的范圍在60°C至70°C ;所述T4的范圍在70°C至80°C ;所述變頻模式溫度設(shè)定值為40°C至55°C。
[0025]當(dāng)變壓器強(qiáng)油風(fēng)冷系統(tǒng)有4臺(tái)冷卻器時(shí)，將冷卻器分為4組，每組有I臺(tái)冷卻器；當(dāng)變壓器強(qiáng)油風(fēng)冷系統(tǒng)有6臺(tái)冷卻器時(shí)，將冷卻器分為4組，投入運(yùn)行的前兩組有2臺(tái)冷卻器，后兩組有I臺(tái)冷卻器；當(dāng)變壓器強(qiáng)油風(fēng)冷系統(tǒng)有8臺(tái)冷卻器時(shí)，將冷卻器分為4組，每組有2臺(tái)冷卻器。
【附圖說明】
[0026]圖1是主變冷卻器控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0028]本實(shí)施例所提供的一種適用于220kV及以上電壓等級(jí)主變冷卻器的節(jié)能控制方法的流程圖1所示。所述述變壓器智能變頻風(fēng)冷節(jié)能方法，是根據(jù)變壓器的頂層油溫和負(fù)載電流共同控制冷卻器運(yùn)行數(shù)量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，方法如下所示:
[0029](I)、當(dāng)變壓器強(qiáng)油風(fēng)冷系統(tǒng)有4臺(tái)冷卻器時(shí)，將冷卻器分為4組，每組有I臺(tái)冷卻器；當(dāng)變壓器強(qiáng)油風(fēng)冷系統(tǒng)有6臺(tái)冷卻器時(shí)，將冷卻器分為4組，投入運(yùn)行的前兩組有2臺(tái)冷卻器，后兩組有I臺(tái)冷卻器；當(dāng)變壓器強(qiáng)油風(fēng)冷系統(tǒng)有8臺(tái)冷卻器時(shí)，將冷卻器分為4組，每組有2臺(tái)冷卻器。
[0030](2)、通過PLC的故障輸出結(jié)點(diǎn)和開關(guān)電源的常閉節(jié)點(diǎn)判斷PLC和直流開關(guān)電源是否正常工作。
[0031](3)、由PLC的電阻值模擬量輸入模塊檢測頂層油溫溫度計(jì)的PT1