大型变压器智能冷却器控制的研究与应用
2022-08-30
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日 遮 盛墨日 Doi:l 0.3969 ̄.issn.1 671—1 041.201 3.04.007 大型变压器智能冷却器控制的研究与应用 赵琦玮 (浙江天音管理咨询有限公司,杭州310005) 摘要:大型变压器冷却器的控制正一步步向智能化方向发展。本文针对目前已经应用的一些大型变压器冷却器控制装置存 在的问题,提出了基于PLC或DPU的控制装置完全智能化控制的新思路。通过对实际运行中某变压器的运行损耗进行计算 分析,确定了变压器冷却器智能控制依据的主要因素,同时对变压器的冷却模式进行了探讨,对控制方式进行了研究,进 一步提出了实现智能化控制的一些新建议。 关键字:变压器;智能;冷却器;控制 中图分类号:TM403.9 文献标志码:A Research and application oflarge intelligent transformer cooler's control ZHAO Qi——wei (Zhejiang TianYin Business Consulting CO.,LTD.,Hangzhou 31005,China) Abstract:The control of large transformer cooler is developing step by step to the intelligent direction.To the problems existing in some applied control devices for large transformer cooler,a new idea that the fully intelligent control of the control device can be based on PLC or DPU as the core,is put forward in this paper.Through computational analysis of a transformer loss during the actual operation.we confirm the main factors which the intelligent control of transformer cooler are based on,and we also study the cooling mode and the control methods of the transformer,and further propose some new ideas to achieve intelligent contro1. Key words:transformer;intelligent;cooler;control 0 引言 为此,要实现冷却器控制的完全智能化,尚需要进一 目前,大型变压器的冷却一般采用强迫油循环风冷 步研究变压器的变损及冷却器的控制问题。 却方式,其冷却器控制箱逐步由常规分立元件型向以PLC 或DPU为核心的智能型方向发展 ],并解决了常规型冷却 2变压器的损耗 器控制箱一些较明显的缺点,如接线复杂、可靠性差、自 变压器运行中油温变化的主要原因是变压器的损耗和 动化控制水平低等。但是,纵观目前应用的智能型冷却器 环境温度的影响。大型变压器在运行过程中,由于有功损 控制箱,许多只是常规型控制箱在控制技术上的简单“翻 耗的存在,必将引起油温的变化,空载情况下损耗较小, 译”,尚未实现更具实际意义的智能控制。 产生的热量一般可以通过器身自然散热,但在带负载的情 况下,通过变压器油的自然循环冷却远远不够。因此,产 1问题的提出 生的大量热量必须依靠变压器冷却器散热。为了保证变压 大型电力变压器一般根据容量及冷却器功率的大小, 器的运行效率与寿命,冷却器的运行功率最理想的情况是 配置数组强迫油循环风冷装置,每组冷却装置由1台油泵和 与损耗一致,使得所产生的热量全部被冷却器带走。 2~4台风扇组成。在实际运行中,解决变压器冷却问题的 为此,在设计智能冷却器控制箱的控制方式时,必须 主要有以下2种自动控制方式:1)事后自动:根据变压器 先得到决定冷却器运行组数的首要因素及在一定运行组数 上层油温启动辅助冷却器;2)事前自动:根据变压器负荷 下改变冷却容量的次要因素,而要实现这些因素的判定, 电流启动辅助冷却器。 必须要了解变压器的损耗规律。 采用PLC或DPU控制后,增加了一些容易实现的基本功 2.1变压器的损耗 能,如加入环境温度控制技术、实现冷却器组的定期切换 变压器的温升主要来自主变的有功功率损耗,即变 等功能,所有故障信息均可以在触摸屏或文本显示器上查 损,为便于分析,通常将主变变损分为与负载电流无关的 阅,且已充分考虑控制核心出现故障后的应急控制。 空载损耗(铁损)和与负载电流的平方成正比的可变损耗 但是,这种基本的自动控制方式,体现在一些智能冷 (铜损)两类。 却器控制箱上,仍然是冷却器组的整组投切,而这个过程 往往是变压器内油路、油流量的改变,特别是大容量的冷 2.2变压器变损计算 却器,可能造成油流的静电效应,同时也将造成变压器内 为了计算的方便及通用性,下面以一台三绕组变压器 为例,并设S l=S。2=S。3=S。,且COS 1=C0S 2=COS中3= 温度的局部差异,这对变压器的正常运行有一定的影响。 COS (COS 】、COS 2、COS(b 3分别为三绕组主变低、中、 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息 ElC VOI.20 201 3 NO.4 29 日 班煎让盛墨日 高压侧的功率因数),有关参数见表1。 表1某三绕组主变有关参数 容量M、 150I容量比 150/】5 15O e、rA 相数 3 额定电压比 230- ̄-2x2.5 12 ,】3 8 V 接线 Ⅵ ,呻,dl1 额定电流比 376 5:715 7位 7A 型式 l5OOOo,SH 7_ 2=2O 铜损(' ̄VPrJ-2)kW 6O62 零序阻抗(高)Q 44.9 铜损倩低P .1) w 561.4 零序阻抗(中)Q 8.O5 铜掘f中低Pro=1)kW 453.1 冷却方式 ODAF强油循环 空载电流 O_37% 铁损kW 144.9 对一台三绕组主变来说,其变损的计算公式为 △P_Po P0+( PKI+( PK2+( (1) =Po+ PK1+] ̄22PK2+ ‘PK3 式中,Pn为主变的空载损耗(kW);Px为主变的可变损耗 (kW);P P P 。为主变低、中、高压侧绕组额定容 量下的短路损耗(kW);p 、B 、p。为主变低、中、高 压侧绕组的负载系数;S。 、S 、Se3为主变低、中、高压侧 视在功率。 2_3一定负荷下最小变损 对一台主变来说,各侧绕组额定容量下的短路损耗 PK 、PK2、PK3是一个固定值,从公式(1)中可以看出,只 有当各侧负载系数B 、B。、p。改变时其损耗才改变,但 在一定负荷下肯定可以找到一个最大的变损点△Pmax(最 小点即空载损耗P )。 低压侧向中、高压侧输送功率时,设中压侧、高压侧 的负载分配系数分别为C2和C3,则有以下关系:C +C = 1,C2=B 2÷B1,C3=B 3÷B1,即:B 2:B1×C2,p 3= p1 XC3 故而:P = ‘PKl+ ‘PK2+ ‘PK3 =属 【PK + PK:+C3 PK J:属 【PK,+C2 P +(1一 ) PK (2) 可以得到: 届=f(C )=√P +【PK。+C2 PK:+(1一c:) P ,J (3) 对C2求导: a—f (G):√ ×(PK,一c:P :一 PK )×[PK.+C2 PK2+0一c:) PK r (4) 令公式(4)=0,可得:C =PK +(PK +P ) (5) 对于以上三绕组主变,各绕组的短路损耗为: 低压倾0:PK1=(PK2—1+PK3-1一PK3-2)÷2=204.2 kW 中压倾0:PK2=(PK2—1+PK3—2一PK3—1)÷2=249.0 kW 高压倾4:PK3=(PK3-2+PKa-1一PK2-1)÷2:357.3 kW 故:C2=PK3÷【PK2+PK3)=357.3÷(249.0+357.3)= O.5893,C3=1一C2=O.4107,因此,任意负荷下对应的最 小损耗为:△Pm =P0+届 。+ PK:+0一 ) PK1J=144.9+35 0.9×B 12 (6) 若B 1=1,则最小的损耗为495.8 kW,而最大损耗在 中压侧负荷为邮寸,即7O6.3 kW;而对于该主变来说,通 过计算可以得到,当主变高中压传输负荷时,最大损耗为 751.1 kW 3冷却器智能控制的实现 30 ElC Vo1.2O 201 3 No.4 置 麦旦应 通过以上分析,变压器在运行中,随着运行工况的 改变,其损耗将在一定范围内变化,而这部分损耗将全部 变为热量改变油温。另外,在研究变压器损耗时,还应考 虑到环境温度的影响。变压器负载越大,则损耗越多,油 温度变化就越大;周围环境温度越高,变压器的温升就越 高,反过来又影响主变损耗增加、温升增高 。理论研究表 明,温度每上升6度,线圈电阻上升2%,也将增加可变损 耗2%左右。若不及时对变压器油进行冷却,势必使线圈温 度上升,反过来又加剧发热,影响变压器安全运行。 3.1冷却器运行数量的确定 通常情况下,应首先考虑冷却器控制的“事前自 动”,即根据主变整体损耗决定冷却器运行数量。根据公 式(1),可以计算出主变的实时变损。根据冷却器的容 量,决定运行数量,并在一定时间内保持运行数量相对不 变,以避免油泵的频繁投切影响油路。 另外还应充分考虑环境温度的影响,利用电接点温度 计的变压器上层油温测点来决定增加冷却器的运行数量。 3.2冷却器冷却容量的确定 在一定的负荷下,根据计算得到的最小变损及最大变 损,结合投入运行的冷却器最大冷却功率,决定冷却容量 的调节范围,此时可以采用投切冷却风扇或改变风扇运行 转速等方式来实现。 3.3利用变频技术实现冷却器的智能控制 为实现冷却器的智能化控制,首先应保证冷却功率大 于等于主变损耗。利用变频技术,最终目的是通过控制冷 却装置的输出功率尽可能与变压器的总损耗相等,同时结 合变压器油温和环境气温,将变压器上层油温控制在一个 较小的给定范围。 3.3.1控制及运行方式 在常规智能冷却器控制箱的基础上,保持各组冷却装 置中油泵的接触器控制方式不变,通过计算主变实时损耗 确定投入冷却器的运行数量并在一定时间内相对不变,以 保持变压器内原设计油流特性,这样不论变压器的油温如 何变化,各部位的油温不会产生较大的温差。将变压器各 组冷却器中的风扇改为变频器独立控制,即用变动的风量 来调整冷却装置的输出功率,通过软件计算,尽量使变压 器的发热与冷却装置散热相平衡,以前反馈的作用维持变 压器上层油温的恒定 J。 如上述主变,配置4组容量为315 kW的冷却器,包括1 台转速900r/min、流量135m/h、6B135—4.6/3V型潜油泵及3 台转速960r/min、风量16000m/h、DBF2—9Q6型风机,正常 情况下,3组冷却器运行时可以满足主变在满负荷工况下的 冷却要求。现将在某一负荷下的控制方式举例如下,并假 设主变由低压侧向中、高压侧输送功率,低压侧负荷率为 70%。根据公式(1)、(6),得到最小损耗317kW,最 大损耗410kW,即至少应投入2组冷却器运行(此时,冷却 容量最大为630 kW)。为保证一定的冷却余量,且考虑环 境温度变化的影响,在确定风扇变频控制的起始频率后, 置 麦 Doi:l0.39694.issn.1671-1041.2012.06.008 日 退让 墨臼 基于MATLAB/Simu¨nk的电动汽车非车载充电机仿真研究 荣海’,王印松’,薛金会 ,李涛永 (1.华北电力大学控制与计算机工程学院,保定071003;2.中国电力科学研究院,北京100192) 摘要:随着电动汽车产业的不断发展,电动汽车充电机数量也在不断增加。非车载充电机作为一种电源设备,提高效率可 以有效降低其内部热损耗,保证设备的使用寿命。文中通过Matlab/Simulink仿真平台,根据电动汽车非车载充电机的基本 原理,建立三相不控整流型非车载充电机仿真模型。通过仿真得到充电机充电过程中的效率曲线,分析了充电机损耗产生 原因并提出了相应的解决方法。 关键词:电动汽车;非车载充电机;三相不控整流;仿真;效率 中图分类号:TP15;U46 文献标志码:A Study on the simulation of Off-Board Charger of electric vehicle based on MA 【.I ABl/SI )]【 】[c K RONG Hai ,WANG Yin—song ,XUE Jin—hui2,LI Tao-yong2 (1.College of Control and Computer Engineering,North China Power University,Baoding 071003,China; 2.China Electirc Power Research Institute,Beijing 100192,China) Abstract:With the continuous development of the electric car industry.the number of the electric car charging machines iS growing.1mproving the efficiency of off-board charger of electric vehicle can reduce the internal heat lOSS effectively and guarantee the life of the equipment.This paper establishes a model of the off—board charger by using three—phase uncontrolled rectifier in the Matlab/Simulink environment according to the basic principle.Additionally it presents the charger efficiency curve in the process of charging through simulation.analyzes the energY IOSS and provides the solution. Key w0rds:eIectric vehicle;off—board charger;three—phase uncontrolled rectifier;simulation;efficiency 0引言 发展电动汽车是保证能源安全、发展低碳经济和提 扶持力度。我国也高度重视电动汽车技术的发展,筹划建 设电动汽车充电站等基础设施以满足电动汽车产业化发展 需求。 随着电动汽车的进一步普及,为电动汽车提供电能 的高频大功率非车载充电机的数量也会大大增加,国内对 充电机的研究尚处在探索阶段。有专家通过建立充电机 使上层油温保持在一个基本恒定的温度,从而改善变压器 的运行工况,可减少不必要的电能消耗,同时有利于延长 变压器的使用寿命 】。口 参考文献 高汽车产业竞争力的重要途径…。随着技术的不断创新与 突破,面对金融危机、油价攀升和日益严峻的节能减排压 力,近年来,以美国、日本、欧盟为代表的国家和地区相 继发布实施了电动汽车的发展战略,加大研发投入与政策 根据此时变压器的实时损耗,即可确定风扇的运行频率。 3.3.2必需的数据采集 根据对变压器损耗的分析,由公式(1)可以计算出变 压器实时损耗,即需要引入变压器的负荷电流模拟量作为 风扇变频调速的主要信号源。影响变压器温升的还有环境 温度的变化,因此需要引入变压器旁的环境温度模拟量。 对于冷却器的运行情况,最终都反应在变压器上层油 温的变化上,因此需要在变压器原上层油温测点附近增加 一[1]程晓东,顾黎明,周晨.智能变压器冷却器控制系统的应用 浙江电 力,2010,(8):9-11 f2]李晓慧,郑先锋可编程控制器及变频技术在大型变压器风冷却器 系统中的应用Ⅱ]变压器,2007,(7):62—64 【3】职迎安,马瑜变压器冷却器新型智能控制柜的研制U].变压 器,2007,(9):33—34 套电阻式温度测量系统(可利用原温度测点扩展),利 用该温度信号进一步修整变频器的输出功率。 【4]庄洪波,黄立新对于变压器冷却器控制系统的几点思考Ull湖南电 力,2006,26(2):49—51 4结束语 由PLC或单片机技术实现的冷却器控制器在电力系统 中应用越来越广,智能化水平也越来越高。在强迫油循环 冷却的变压器中,实现智能化控制后,可以通过油泵保持 油流量和油路处于最佳的设计状态,通过风扇的变频调节 [5]夏仲平,杨孟弟变压器冷却装置控制方式的改进 电力安全技 术,2003,(3):27—28 作者简介:赵琦玮,男,国家一级注册建造师、电气工程师,长期从事大型 火力发电厂电气(自动化)运行维护技术及管理的工作。 收稿日期:2013一O5—20 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息 ElC VO1.2O 201 3 N0.4 31