一種適用于220kV及以上電壓等級主變冷卻器的節(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]當前，節(jié)能環(huán)保已上升為國家戰(zhàn)略，國際社會和國內(nèi)各級政府都高度關(guān)注。2012年，國務(wù)院印發(fā)了節(jié)能環(huán)?！笆濉币?guī)劃，電力作為整個國家能源戰(zhàn)略的核心之一，是其中一個重要的節(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及以上電壓等級的變電站中，主要能耗設(shè)備除綜自系統(tǒng)、暖通設(shè)備、機構(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年以前投運的大型220kV及以上電壓等級的變壓器，其冷卻系統(tǒng)普遍采用強迫油循環(huán)風冷式冷卻方式(ODAF/OFAF)，其運行模式是根據(jù)當?shù)丨h(huán)境氣候，由人工經(jīng)驗判斷，投入一定數(shù)量的冷卻器組，冷卻器設(shè)備24小時不間斷的進行油溫散熱，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，然后由風機與散熱器對流換熱。冷卻器冷卻容量在設(shè)計時，進口風溫一般為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。
[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，通過油面溫度計的行程開關(guān)來投切冷卻器。兩臺冷卻器一直投入，當溫度大于一定值時投入輔助冷卻器，當溫度大于當冷卻器故障時，可投入備用冷卻器。這種控制方式原理簡單，但連線多且復雜、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可編程自動控制。相對傳統(tǒng)控制方式，這種方式動作可靠，使用元件少，且含有通訊功能。投切方式與傳統(tǒng)方式相同，兩臺冷卻器固定投入，溫度高于一定值時投入輔助，當溫度大于當冷卻器故障時，可投入備用冷卻器。存在以下缺點:①冷卻器的冷卻容量不能平滑連續(xù)變化，在負荷較小、環(huán)境溫度低時，造成了冷卻容量的浪費。②當一天中溫度起伏較大時，冷卻器投切頻繁，故障率上升。③且由于引入了自動控制系統(tǒng)，未對PLC故障及其直流電源的故障進行保護，也沒有響應(yīng)的補充措施，給變壓器的運行帶來了很大的安全隱患。
[0007]專利CN 103324130在PLC自動控制的基礎(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荷電流實際運行情況，在程序中建立線性的數(shù)學模型，計算出了風機的控制頻率。這種模式能平滑的調(diào)節(jié)冷卻風速，但環(huán)境溫度、負荷和油流量的改變會影響模型的精度。風機的控制頻率會和實際需求有較大的差別，當環(huán)境溫度很高時，按原有的模型確定變頻器頻率會使冷卻風量不足。而環(huán)境溫度過低時，同一個模型又會使冷卻容量過剩。該專利中每組冷卻器均配備一臺變頻器，當溫度或符合大于某一門檻值時，會投入另一組冷卻器。
[0008]由于涉及到多臺變頻器的投入和切除，當溫度變化頻繁時，會使變頻器的故障概率增大。當變頻器故障后，沒有替代方案，給變壓器的運行帶來安全隱患。

【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)中變壓器強油風冷卻系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的投切控制方案接線復雜、控制靈活性差、耗能、噪音大，而現(xiàn)有的變壓器風冷變頻節(jié)能方案靈活性差、控制精度低，不能經(jīng)濟的適用于各種復雜的場合和環(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)方案實現(xiàn):
[0011]一種適用于220kV及以上電壓等級主變冷卻器的節(jié)能控制方法，其中設(shè)置若干臺冷卻器、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載電流共同控制冷卻器運行數(shù)量和風機轉(zhuǎn)速，其特征在于:所述控制方法通過以下步驟實現(xiàn):
[0012](I)當PLC或直流開關(guān)電源無法正常工作時，進入安全模式，安全模式即主變冷卻器中設(shè)置的四組風機和油泵均在工頻50Hz下運行，同時發(fā)出告警信號；
[0013](2)設(shè)置四個預(yù)設(shè)油溫區(qū)間，分別為T1、T2、T3、T4，其中T1<T2<T3<T4 ;當變壓器的頂層油溫T大于Τ4時，進入所述安全模式，即四組風機和油泵均在工頻50Hz下運行，同時發(fā)出告警信號；
[0014](3)當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；當變壓器的頂層油溫T是從T3以下的溫度上升到T3 < T < T4，進入三組工頻運行模式，三組工頻運行模式為三組風機和油泵均在工頻50Hz下運行，一組風機和油泵停運；
[0015](4)當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，或變壓器的負荷率大于0.75時，進入三組工頻運行模式，即三組風機和油泵均在工頻50Hz下運行，一組風機和油泵停運；
[0016](5)當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，變壓器的負荷率小于等于0.75時，判斷變頻器是否有故障，如果故障，則發(fā)出告警信號，切除變頻器，投入的風機和油泵只在工頻50Hz下運行；如果無故障，不切除變頻器；
[0017](6)當PLC和直流開關(guān)電源均正常工作，且頂層油溫Tl < T彡T2，變壓器的負荷率小于等于0.75，當溫度是從T2以上的溫度下降到Tl < T < T2，保持所述三組工頻運行模式；當溫度是從Tl以下的溫度上升到Tl < T < T2，變頻器有故障時，進入兩組工頻運行模式，所述兩組工頻運行模式為分布在變壓器對角線上的兩組風機和油泵均在工頻50Hz下運行，另外兩組風機和油泵停運；
[0018](7)當PLC和直流開關(guān)電源均正常工作，且頂層油溫TS Tl，變壓器的負荷率小于等于0.75，變頻器有故障時，進入所述兩組工頻運行模式，即兩組風機和油泵均在工頻50Hz下運行，兩組風機和油泵停運；其中運行的兩組冷卻器分布在對角線上；
[0019](8)當PLC和直流開關(guān)電源均正常工作，且頂層油溫TS Tl，變壓器的負荷率小于等于0.75，變頻器無故障時，進入所述兩組變頻運行模式，兩組風機和油泵均在變頻下運行，兩組風機和油泵停運；其中運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及以上電壓等級主變冷卻器的節(jié)能控制方法，由負荷電流和頂層油溫控制冷卻器的數(shù)量和風機轉(zhuǎn)數(shù)。在保證安全運行的情況下，最大程度的節(jié)能降噪，控制精度高，且適合各種復雜場合和環(huán)境。
[0022]進一步的，當PLC和直流開關(guān)電源均正常工作，且頂層油溫T ( T4，變壓器負荷率小于等于0.75時，通過變頻器的故障輸出繼電器和變頻器的運行狀態(tài)判斷變頻器是否有故障，若有故障則發(fā)出告警信號，斷開變頻器的輸入和輸出，冷卻器在工頻50Hz下運行。
[0023]變頻器的變頻運行頻率由PID負反饋自動調(diào)節(jié)。所述變頻器啟動時初始頻率為5Hz ;所述變頻器運行時最高輸出頻率為50Hz ;所述變頻器運行時最低輸出頻率為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]當變壓器強油風冷系統(tǒng)有4臺冷卻器時，將冷卻器分為4組，每組有I臺冷卻器；當變壓器強油風冷系統(tǒng)有6臺冷卻器時，將冷卻器分為4組，投入運行的前兩組有2臺冷卻器，后兩組有I臺冷卻器；當變壓器強油風冷系統(tǒng)有8臺冷卻器時，將冷卻器分為4組，每組有2臺冷卻器。
【附圖說明】
[0026]圖1是主變冷卻器控制流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實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]本實施例所提供的一種適用于220kV及以上電壓等級主變冷卻器的節(jié)能控制方法的流程圖1所示。所述述變壓器智能變頻風冷節(jié)能方法，是根據(jù)變壓器的頂層油溫和負載電流共同控制冷卻器運行數(shù)量和風機轉(zhuǎn)速，方法如下所示:
[0029](I)、當變壓器強油風冷系統(tǒng)有4臺冷卻器時，將冷卻器分為4組，每組有I臺冷卻器；當變壓器強油風冷系統(tǒng)有6臺冷卻器時，將冷卻器分為4組，投入運行的前兩組有2臺冷卻器，后兩組有I臺冷卻器；當變壓器強油風冷系統(tǒng)有8臺冷卻器時，將冷卻器分為4組，每組有2臺冷卻器。
[0030](2)、通過PLC的故障輸出結(jié)點和開關(guān)電源的常閉節(jié)點判斷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的PT1