一種自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)機(jī)開?？刂品椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)機(jī)開?？刂品椒?，每15min檢測一次變壓器頂層油溫，三相變壓器兩側(cè)6臺風(fēng)機(jī)的開?？刂撇襟E為：⑴油溫低于70℃，關(guān)閉所有風(fēng)機(jī)；油溫高于70℃，開啟2號風(fēng)機(jī)；⑵油溫小于65℃，關(guān)閉2號風(fēng)機(jī)；⑶油溫高于70℃，開啟5號風(fēng)機(jī)；⑷油溫小于64℃，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)；⑸油溫高于69.1℃，開啟1號風(fēng)機(jī)；⑹油溫小于63.8℃，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)；⑺溫高于68.4℃時，開啟6號風(fēng)機(jī)；⑻油溫小于65℃，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)；⑼油溫高于70℃，開啟3號風(fēng)機(jī)；⑽油溫小于65℃，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)；⑾油溫高于70℃時，開啟全部風(fēng)機(jī)。本發(fā)明合理控制變壓器繞組的熱點(diǎn)溫度，達(dá)到最好的降溫效果，不僅使變壓器繞組在最佳的狀態(tài)下工作，而且節(jié)省電力。
【專利說明】—種自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)機(jī)開?？刂品椒?br> 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于設(shè)備自動化控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種風(fēng)機(jī)開?？刂品椒ǎ唧w涉及一種電網(wǎng)運(yùn)行中自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)機(jī)開?？刂品椒?。
技術(shù)背景
[0002]變壓器是電力傳輸過程中的重要電力設(shè)備，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，目前市場上存在油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式及強(qiáng)迫油循環(huán)式等多種變壓器。其中大型油浸式風(fēng)冷變壓器由于具有可承受負(fù)載大散熱性能良好等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中被廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)對變壓器冷卻系統(tǒng)的研究，主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，將冷卻系統(tǒng)簡化為二維系統(tǒng)計(jì)算分析。變壓器熱平衡仿真模型大部分也局限于2D或是單相模型，這些模型和真實(shí)的變壓器模型相差很大。同時，大型變壓器冷卻系統(tǒng)的控制大多基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對冷卻系統(tǒng)與繞組熱點(diǎn)溫度的具體關(guān)系也鮮有研究。
[0003]風(fēng)機(jī)開停控制的基本原則是，在繞組熱點(diǎn)溫度較高的時候，使較多的風(fēng)機(jī)開啟甚至開啟所有的風(fēng)機(jī)，使散熱片上的熱量更好的傳導(dǎo)到空氣中，以降低油溫，進(jìn)而降低繞組的熱點(diǎn)溫度，延長絕緣老化的時間，延長變壓器的壽命。由于風(fēng)機(jī)開啟會消耗一部分電能，故在繞組溫度不高時，僅需要開啟少量的風(fēng)機(jī)甚至不開啟風(fēng)機(jī)，達(dá)到節(jié)約電能的目的。
[0004]在實(shí)際運(yùn)行中的變壓器風(fēng)機(jī)開?？刂浦饕皂攲佑蜏貫橐罁?jù)來進(jìn)行。變壓器的使用壽命與繞組的熱點(diǎn)溫度密切相關(guān)，控制風(fēng)機(jī)的開停，使變壓器繞組熱點(diǎn)溫度控制在理想范圍內(nèi)，以延長變壓器的使用壽命，達(dá)到經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)機(jī)開?？刂品椒?，在自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器運(yùn)行時，不同的負(fù)荷和環(huán)境溫度下開啟不同的風(fēng)機(jī)，優(yōu)化變壓器的風(fēng)機(jī)的運(yùn)行模式，合理控制變壓器繞組的熱點(diǎn)溫度，達(dá)到最佳的降溫效果。
[0006]本發(fā)明自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)機(jī)開?？刂品椒?，三相變壓器兩側(cè)的風(fēng)機(jī)分為I?6號，A相繞組兩側(cè)為I號風(fēng)機(jī)和4號風(fēng)機(jī),B相繞組兩側(cè)為2號風(fēng)機(jī)和5號風(fēng)機(jī)，C相繞組兩側(cè)為3號風(fēng)機(jī)和6號風(fēng)機(jī)。每15min檢測一次變壓器頂層油溫，通過測定變壓器頂層油溫，確定風(fēng)機(jī)的開啟與關(guān)閉，需要開啟風(fēng)機(jī)時，I?6號風(fēng)機(jī)的開停控制步驟為:
⑴檢測變壓器頂層油溫，如果油溫低于70°C，關(guān)閉所有風(fēng)機(jī)；如果油溫高于70°C，開啟2號風(fēng)機(jī)；
⑵油溫小于65°C，關(guān)閉2號風(fēng)機(jī)，否則保持2號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)；
⑶2號風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如果變壓器頂層油溫高于70°C，開啟5號風(fēng)機(jī)；
⑷油溫小于64°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)，否則仍然保持5號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)；
(5)2號、5號風(fēng)機(jī)運(yùn)行時,如果變壓器頂層油溫高于69.1°C,開啟I號風(fēng)機(jī)；
(6)如油溫小于63.8°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)，否則仍然保持5號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)；
(7)上述3臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如果變壓器頂層油溫高于68.4°C時，開啟6號風(fēng)機(jī)；(8)如油溫小于65°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)，否則仍然保持5號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)；
⑶上述4臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如果變壓器頂層油溫高于70°C，開啟3號風(fēng)機(jī)；
(10)上述5臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如油溫小于65°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)；
(11)如果頂層油溫高于70°C時，開啟全部風(fēng)機(jī)；如油溫小于65°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)。
[0007]在變壓器運(yùn)行中，優(yōu)先開啟B相繞組兩側(cè)的2號風(fēng)機(jī)和5號風(fēng)機(jī)，然后再開啟A、C繞組兩側(cè)的風(fēng)機(jī)。
[0008]本發(fā)明的基本原理包括變壓器的發(fā)熱和散熱分析:
①變壓器內(nèi)部鐵心和繞組發(fā)熱分析
變壓器損耗包括空載損耗和負(fù)載損耗，表示為:
P7 = Pc+ P1(I)
式⑴中，iV為總損耗，W ;i\為空載損耗，W5P1為負(fù)載損耗，W。
[0009]空載損耗由鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗構(gòu)成，負(fù)載損耗由繞組導(dǎo)線中的電阻損耗、渦流損耗以及變壓器夾件、油箱等結(jié)構(gòu)中的雜散耗構(gòu)成。其中負(fù)載損耗是造成變壓器內(nèi)部溫度升高的主要原因?？蛰d損耗可表示為:
Pa= Pi^ P2 = SJB2^Sj2Bi⑵
式⑵中，P為鐵心中的磁滯損耗，W 為鐵心中的潤流損耗，W 為磁滯損耗系
數(shù)為渦流損耗系數(shù)為電流頻率，Hz 為磁通密度的最大值，Wb/m2。
[0010]負(fù)載損耗可表示為:
Pz= I2Ri+Pw+Pz(3)
式⑶中，為繞組導(dǎo)線的電阻損耗，由負(fù)載電流和繞組的直流電阻決定，W 為繞組中的渦流損耗，W ;p2為雜散損耗，W。
[0011]式(3)中，繞組導(dǎo)線中的電阻損耗和渦流損耗產(chǎn)生的熱量直接作用于繞組，引起變壓器繞組溫度的升高。當(dāng)變壓器運(yùn)行中負(fù)載發(fā)生變化時，繞組中的電流發(fā)生變化，當(dāng)繞組電流增大時，繞組的電阻損耗和渦流損耗增加，造成繞組熱點(diǎn)溫度的升高。但是由于鐵心的磁通飽和效應(yīng)，此時鐵心損耗產(chǎn)生的熱量基本不會增大。
[0012]②變壓器的散熱
變壓器在運(yùn)行時產(chǎn)生的損耗(包括空載損耗和負(fù)載損耗)以熱的形式傳遞給油、油傳遞給油箱壁，最終通過油箱壁和散熱器散發(fā)到周圍的空氣中。熱量的散發(fā)通過導(dǎo)熱、對流和輻射三種形式。具體地說，繞組和鐵芯的內(nèi)部主要靠導(dǎo)熱形式散發(fā)到期表面；繞組和鐵芯的表面主要靠對流的形式散發(fā)到變壓器油中。散發(fā)至變壓器油中的熱量使油溫上升、變壓器密度和粘度下降、產(chǎn)生熱浮力，變壓器油在熱浮力的作用下向上運(yùn)動，通過連接油箱表面的管道進(jìn)入散熱片。變壓器油在散熱片中經(jīng)過和外面空氣的熱交換，使散熱片中的變壓器油溫度降低，從散熱片底部進(jìn)入連接油管，通過油管重新進(jìn)入變壓器油箱，形成自然循環(huán)。變壓器風(fēng)機(jī)的作用，就是加快變壓器周圍放空氣的流動，增強(qiáng)變壓器器壁及散熱片與周圍空氣的對流換熱，以達(dá)到快速散熱的效果。
[0013]為了避免風(fēng)機(jī)的頻繁開停對設(shè)備產(chǎn)生不利的影響，選用了每15min進(jìn)行一次采樣。當(dāng)一臺風(fēng)機(jī)開啟后，經(jīng)過ANSYS的模擬仿真，對頂層油溫降低1.3-3.2°C，故選擇5°C為關(guān)閉一臺風(fēng)機(jī)的裕度，避免了當(dāng)環(huán)境溫度和負(fù)荷溫度波動時，造成的風(fēng)機(jī)頻繁開啟。
[0014]變壓器繞組最熱點(diǎn)溫度控制在98°C以下，為了延長變壓器的使用壽命，繞組溫度最好保持在93°C。風(fēng)機(jī)開啟時的頂層油溫的閾值是繞組熱點(diǎn)溫度為93°C時頂層油溫的值。上述方案經(jīng)過ANSYS仿真模擬，結(jié)果表明，開啟B相繞組兩側(cè)風(fēng)機(jī)的效果要好于開啟A，C繞組兩相的風(fēng)機(jī)。
[0015]本發(fā)明自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)機(jī)開停控制方法，利用計(jì)算機(jī)DCS系統(tǒng)控制，在自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器運(yùn)行時，不同的負(fù)荷和環(huán)境溫度下開啟不同的風(fēng)機(jī)，優(yōu)化變壓器的風(fēng)機(jī)的運(yùn)行模式，合理控制變壓器繞組的熱點(diǎn)溫度，達(dá)到最佳的降溫效果，不僅使變壓器繞組在最佳的狀態(tài)下工作，而且節(jié)省電力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)機(jī)開?？刂品椒ǖ牧鞒淌疽鈭D；
圖2為變壓器風(fēng)機(jī)分組示意圖。
[0017]其中:
I一 I號風(fēng)機(jī)，2—2號風(fēng)機(jī)、3—3號風(fēng)機(jī)、4一4號風(fēng)機(jī)、5—5號風(fēng)機(jī)、6—6號風(fēng)機(jī)、7—A相繞組、8— B相繞組、9一C相繞組。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019]本發(fā)明自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)機(jī)布置情況如圖2所示，包括變壓器的A相繞組7、B相繞組8、C相繞組9、I號風(fēng)機(jī)I, 2號風(fēng)機(jī)2、3號風(fēng)機(jī)3、4號風(fēng)機(jī)4、5號風(fēng)機(jī)5和6號風(fēng)機(jī)6。A相繞組兩側(cè)為I號風(fēng)機(jī)和4號風(fēng)機(jī)，B相繞組兩側(cè)為2號風(fēng)機(jī)和5號風(fēng)機(jī)，C相繞組兩側(cè)為3號風(fēng)機(jī)和6號風(fēng)機(jī)。每15min檢測一次變壓器頂層油溫，通過測定變壓器頂層油溫，確定風(fēng)機(jī)的開啟與關(guān)閉。如圖1所示，I?6號風(fēng)機(jī)的開?？刂撇襟E為:
⑴檢測變壓器頂層油溫，如果油溫低于70°C，關(guān)閉所有風(fēng)機(jī)；此時，繞組的熱點(diǎn)溫度較低，且關(guān)閉風(fēng)機(jī)可以達(dá)到節(jié)能的效果；如果油溫高于70°C，開啟2號風(fēng)機(jī)；此時最熱點(diǎn)溫度出現(xiàn)在B相上。
[0020]⑵如油溫小于65°C，關(guān)閉2號風(fēng)機(jī)，否則保持2號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)；
⑶2號風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如果變壓器頂層油溫高于70°C，開啟5號風(fēng)機(jī)；此時可以使繞組溫度限制在一個合理的水平，此時最熱點(diǎn)溫度出現(xiàn)在A、C兩相上；
⑷如油溫小于64°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)，否則仍然保持5號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)；
(5)2號、5號風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如果變壓器頂層油溫高于69.1°C，開啟I號風(fēng)機(jī)；開啟上述3臺風(fēng)機(jī)后，熱點(diǎn)溫度出現(xiàn)在C相繞組上；
(6)如油溫小于63.8°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)，否則仍然保持5號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)；
(7)上述3臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如果變壓器頂層油溫高于68.4°C時，開啟6號風(fēng)機(jī)；開啟上述4臺風(fēng)機(jī)后，三相的熱點(diǎn)溫度值基本相同；
⑶如油溫小于65°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)，否則仍然保持5號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)；
⑶上述4臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如果變壓器頂層油溫高于70°C，開啟3號風(fēng)機(jī)；開啟上述5臺風(fēng)機(jī)后，熱點(diǎn)溫度出現(xiàn)在B相繞組上；
(10)上述5臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如油溫小于65°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)5;否則仍然保持5號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)；
(11)如果頂層油溫高于70°C時，開啟4號風(fēng)機(jī)4(即開啟全部風(fēng)機(jī));如油溫小于65°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)。
[0021]在變壓器運(yùn)行中，優(yōu)先開啟B相繞組兩側(cè)的2號風(fēng)機(jī)和5號風(fēng)機(jī)，然后再開啟A、C繞組兩側(cè)的風(fēng)機(jī)。表1所示為，在環(huán)境溫度20°C，逐步增加負(fù)荷，開啟對應(yīng)風(fēng)機(jī)時，其繞組熱點(diǎn)溫度和頂層油溫的仿真數(shù)值。仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，上述開停步驟達(dá)到了良好的降溫效果O
表1在環(huán)境溫度開啟對應(yīng)鳳機(jī)吋，其繞組熱點(diǎn)溫度和頂層油溫?cái)?shù)值
負(fù)載率(環(huán)境溫度為開啟鳳機(jī)編號繞組熱點(diǎn)溫度(υ)|頂層油溫(V)~
【權(quán)利要求】
1.一種自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)機(jī)開?？刂品椒?，三相變壓器兩側(cè)的風(fēng)機(jī)分為I?6號，A相繞組(7 )兩側(cè)為I號風(fēng)機(jī)(I)和4號風(fēng)機(jī)(4 )，B相繞組(8 )兩側(cè)為號風(fēng)機(jī)(2 )和5號風(fēng)機(jī)(5), C相繞組(9)兩側(cè)為3號風(fēng)機(jī)(3)和6號風(fēng)機(jī)(6);每15min檢測一次變壓器頂層油溫，通過測定變壓器頂層油溫，確定風(fēng)機(jī)的開啟與關(guān)閉，其特征是:所述I?6號風(fēng)機(jī)的開?？刂撇襟E為: ⑴油溫低于70°C，關(guān)閉所有風(fēng)機(jī)；如果油溫高于70°C，開啟2號風(fēng)機(jī)； ⑵油溫小于65°C，關(guān)閉2號風(fēng)機(jī)，否則保持2號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)； ⑶2號風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如果變壓器頂層油溫高于70°C，開啟5號風(fēng)機(jī)； ⑷油溫小于64°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)，否則仍然保持5號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)； (5)2號、5號風(fēng)機(jī)運(yùn)行時,如果油溫高于69.10C,開啟I號風(fēng)機(jī)； (6)油溫小于63.8°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)，否則仍然保持5號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)； (7)上述3臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如果變壓器頂層油溫高于68.4°C時，開啟6號風(fēng)機(jī)； ⑶油溫小于65°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)，否則仍然保持5號風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)； ⑶上述4臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如果變壓器頂層油溫高于70°C，開啟3號風(fēng)機(jī)； (10)上述5臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，如油溫小于65°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)； (11)如果頂層油溫高于70°C時，開啟全部風(fēng)機(jī)；如油溫小于65°C，關(guān)閉5號風(fēng)機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)機(jī)開?？刂品椒ǎ涮卣魇?在變壓器運(yùn)行中，優(yōu)先開啟B相繞組兩側(cè)的2號風(fēng)機(jī)和5號風(fēng)機(jī)，然后再開啟A、C繞組兩側(cè)的風(fēng)機(jī)。
【文檔編號】F04D27/00GK103591040SQ201310575526
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】潘瑾, 劉宏亮, 王永強(qiáng), 范輝 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院, 河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗(yàn)所