专利名称：变压器涡轮运转装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种变压器涡轮运转装置及其方法，具体地说涉及一种为防止变压器温度急剧上升或变压器在高负荷下长时间运转导致的变压器绝缘物的劣化现象、能够预测线圈温度预先启动涡轮风扇从而降低变压器温度的变压器涡轮运转装置及其方法。
背景技术：
一般来说，变压器线圈中通过电流时会产生焦耳热，从而使变压器温度上升。线圈温度一般通过设置在绝缘油的温度传感器测定，并在二次线圈内部设置温度传感器，测定变压器线圈温度，因此对于不同负荷造成的发热，能够直接测定其温度。
这样测定的变压器线圈温度和其周围温度将会影响变压器容量。根据ANSI/IEEEC 57.91，对于自冷式变压器，每冷却1℃温度就能够增加1％(周围温度为30℃以下)或1.5％(周围温度为30℃以上)的容量，因此冷却变压器能够预防事故并延长变压器使用寿命，同时能够承受容量增大引起的过负荷运转，从而带来能够削减变压器增设费用等经济效益。
另一方面，温度测量结果高于允许值时，将会启动涡轮功能，之后如果变压器温度继续增加，将会启动涡轮风扇，对变压器进行冷却。但是，现有的涡轮运转算法在计算涡轮功能启动时间Ton时，如果变压器温度的偏差平均值Savg为负，所求涡轮功能启动时间也将为负，因此会启动涡轮风扇。
即，现有的变压器涡轮运转是，通过温度偏差值an大于0的条件和最后测定温度值Tn大于之前测定温度值Ttf1的条件的来共同决定启动或停止涡轮功能。即，可以简单通过下式表示。
如果an＞0或Tn＞Ttf1，则启动涡轮功能。
这里，an是温度偏差值，Tn是最后测定温度值，Ttf1是涡轮功能启动时的温度。
但是，这种情形下会引发下述问题。
如图1所示，温度缓慢增加，然后突然降低时(实际数据不容易见到，但在输入数据时由于外部扰动可能会出现)，涡轮功能将会立即停止，此后如果温度急剧上升，由于1小时内无法预测，因此实际发生如图1所示情形时，无法及时进行恰当的处理。
此外，如果进一步夸大图1所示情形，还有可能出现涡轮风扇启动，而涡轮功能已停止的问题。出现这种问题时，在现在温度较低，而且预测温度也较低的情况下，涡轮风扇将会至少进行1小时以上的不必要运转。
不仅如此，以往涡轮运转方式存在温度测量数据不足7个时，无法启动涡轮功能的问题。这说明无法应对紧急状况，有悖于涡轮运转算法的灵活性及确定性。
此外，在启动涡轮功能的状态下，如果温度继续一点一点地降低，涡轮功能将会阶段性地反复进行启动及停止等误操作。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的问题并使其能够承受过负荷运转而提出，其目的是提供变压器涡轮运转装置及其方法，通过预测变压器线圈温度，事先启动涡轮风扇，确保变压器绝缘物温度不会上升到允许值以上的同时，得到短时间增加变压器容量的效果。
为实现上述目的而提出的本发明涉及的变压器涡轮运转装置的组成包括变压器温度传感器，用于探测变压器绝缘油温度；仪器板温度传感器，用于探测安装有上述变压器的仪器板温度；控制部，基于从上述变压器温度传感器得到的数据，输出用于启动涡轮风扇的控制信号，且基于从上述仪器板温度传感器得到的数据，输出用于启动排气扇的控制信号，并输出用于储存上述数据的控制信号；涡轮功能部，根据上述控制部的控制信号，启动涡轮功能；涡轮风扇驱动部，根据上述控制部或上述涡轮功能部的控制信号，启动涡轮风扇；排气扇驱动部，根据上述控制部的控制信号，启动排气扇；存储部，根据上述控制部的控制信号，储存变压器温度或仪器板温度。
上述控制部，在变压器温度传感器测得的温度为规定温度Ttf以上时，输出用于启动涡轮功能部的控制信号，在温度超过比上述温度Ttf还高的规定温度Tac以上时，输出用于启动涡轮风扇驱动部的控制信号。
此外，上述控制部，在仪器板温度为指定温度(40℃)以上时，输出用于启动排气扇驱动部的控制信号。
此外，上述涡轮功能部在变压器温度传感器测得的温度为规定温度Ttf以上时启动，同时根据规定算法预测变压器将来温度，输出用于启动涡轮风扇的控制信号。
另一方面，还可以在变压器内部安装热管，当温度超过额定温度时，将变压器热量迅速向外释放。即，单位时间内温度急剧上升时，可以在180秒内迅速释放变压器内的热量，从而防止绝缘油劣化引起的烧损。
此外，上述算法对收集到的温度数据为1小时以内数据的情况和收集到的温度数据为1小时以后数据的情况，分别用不同方法来预测变压器将来温度。
如果收集到的温度数据为1小时以内数据时，上述算法(或本发明涉及的变压器涡轮运转方法)包括以下四个阶段根据下面公式1来计算温度偏差平均值的阶段；公式1
Savg=Qk=1n(Tk+1-Tk)nEΔt,]]>n＜7(这里，n是涡轮功能启动以后存储数据的次数，Savg是储存时间内的平均偏差)根据下面公式2来计算涡轮风扇启动温度的阶段；公式2T′ac=Tn+n(Tac-Tn)6]]>(这里，T′ac是与1小时以内各取样时间对应的绝缘物的最高允许温度)根据下面公式3来计算1小时以内到达涡轮风扇启动温度T′ac所需时间的阶段；公式3Ton=T′ac-TnSavg]]>根据下面公式4，如果M＜0，则输出用于启动涡轮风扇驱动部的控制信号，如果M＞0，则输出用于终止涡轮风扇驱动部的控制信号的阶段。
公式4M-nEΔt-Ton另外，如果收集到的温度数据为1小时以后的数据时，上述算法(或本发明涉及的变压器涡轮运转方法)包括以下三个阶段根据下面公式5来计算温度偏差平均值的阶段；公式5Savg=Qk=17(Tk+1-Tk)6EΔt]]>(这里，Savg是储存的1小时平均偏差)
根据下面公式6来计算涡轮风扇启动时间的阶段；公式6Ton=Tac-TnSavg]]>根据下面公式7，如果M＜0，则输出用于启动涡轮风扇驱动部的控制信号，如果M＞0，则输出用于终止涡轮风扇驱动部的控制信号的阶段。
公式7 M-3600-Ton通过上述结构，本发明涉及的涡轮运转装置及其方法，监测变压器温度、仪器板温度等，并存储这些数据，再根据规定算法预测将来变压器温度，因此可以事先启动涡轮风扇，确保变压器温度不会上升到允许温度以上，从而实现降低变压器温度的涡轮运转算法。
上述变压器线圈温度和其周围温度(仪器板温度)将会影响变压器容量。根据ANSI/IEEEC 57.91，对于自冷式变压器，每冷却1℃温度就能够增加1％(周围温度为30℃以下)或1.5％(周围温度为30℃以上)的容量，因此冷却变压器能够预防事故并延长变压器使用寿命，同时能够承受容量增大引起的过负荷运转，从而带来能够削减变压器增设费用等经济效益。
图1是用于说明现有的变压器涡轮运转方法的缺点的变压器温度随时间变化的一个示例的曲线；图2是本发明涉及的变压器涡轮运转装置组成结构的模块图；图3是说明对本发明涉及的变压器涡轮运转装置1小时以内收集的数据的算法曲线；图4是说明对本发明涉及的变压器涡轮运转装置1小时以后收集的数据的算法曲线；图5是表示本发明涉及的变压器涡轮运转方法的流程图。
附图符号说明100本发明涉及的变压器涡轮运转装置110变压器温度传感器 120仪器板温度传感器130控制部 140涡轮功能部150涡轮风扇驱动部 160排气扇驱动部170存储部具体实施方式
下面参照附图，对本发明优选实施方式进行详细说明，确保具有本发明所属技术领域相关知识的人员能够方便地实施本发明。
图2是表示本发明涉及的变压器涡轮运转装置组成结构的模块图。
如图所示，本发明涉及的变压器涡轮运转装置100包括变压器温度传感器110、仪器板温度传感器120、控制部130、涡轮功能部140、涡轮风扇驱动部150、排气扇驱动部160和存储部170。
上述变压器温度传感器110用于探测变压器温度，并将探测到的温度转换为电信号后输出到控制部130。
上述仪器板温度传感器120用于探测安装有变压器的仪器板温度，并将探测到的温度转换为电信号后输出到控制部130。
上述控制部130基于从变压器温度传感器110得到的数据，输出用于启动涡轮风扇的控制信号。此外，上述控制部130还基于从仪器板温度传感器120得到的数据，输出用于启动排气扇的控制信号。同时，上述控制部130还输出将变压器温度或仪器板温度转换为规定数据进行存储的控制信号。
上述涡轮功能部140根据控制部130的控制信号启动涡轮功能，这种涡轮功能部140内置有后面将要说明的规定算法程序，能够预测变压器温度，所以可启动涡轮风扇。
上述涡轮风扇驱动部150根据上述控制部130或涡轮功能部140的控制信号启动涡轮风扇，使变压器温度下降。即，本发明通过控制部130直接驱动涡轮风扇，或通过涡轮功能部140的算法程序进行驱动。
上述排气扇驱动部160根据控制部130的控制信号启动排气扇，使变压器温度下降。
上述存储部170根据控制部130的控制信号储存变压器温度或仪器板温度。
表1中显示了变压器涡轮运转算法的一个实例。
表1
另一方面，上述控制部130，在变压器温度传感器110测得的温度为规定温度Ttf以上时，输出用于启动涡轮功能部140的控制信号，在温度超过比上述温度Ttf还高的规定温度Tac以上时，输出用于启动涡轮风扇驱动部150的控制信号。此外，上述控制部130在仪器板温度为指定温度(40℃)以上时，输出用于启动排气扇驱动部160的控制信号。
表2中给出了流入变压器的不同绝缘物对应的最高允许温度、变压器温度、涡轮功能温度Ttf的一个实例。如表2所示，变压器温度为涡轮功能启动温度Ttf以上时，就会启动涡轮功能。这里，上述涡轮功能启动温度Ttf可以大概取为变压器温度的1/2(即，Ttf＝Tac/2)。
表2
其中，Ttf为涡轮功能启动温度[℃]，Ttac为考虑到平均温度等的最高允许温度计算值[℃]，Ttop为从最高允许温度导出的变压器温度[℃]，T1为绝缘物最高允许温度[℃]，tton为涡轮风扇启动时刻[秒]。
这里，对变压器温度Ttop和最高允许温度T1之间的关系进行进一步说明。流入到变压器的绝缘油的最高允许温度实际上无法探测，因此通过测定变压器温度导出。如上所述，变压器温度可以通过变压器温度传感器110进行探测，做为一个实例，可以使用PT100温度计进行测定。
上述变压器温度Ttop可通过下式求得。
Ttop＝T1-Ttad-Tah例如，对于A类绝缘物，Ttop＝105-10-5＝90℃其中，Ttad为变压器温度和线圈平均温度之间的偏差，对于油浸变压器，取10℃(绝缘物A、E类)；Tah为额定负荷下线圈平均温度和最高温度之间的偏差，对于油浸变压器，取5℃(绝缘物A、E类)。
如上所述，本发明的涡轮功能部140在变压器温度传感器110测得的温度为规定温度Ttf以上时启动，同时通过规定算法预测变压器将来的温度，输出用于启动上述涡轮风扇的控制信号。
这里，上述算法对收集到的温度数据在1小时以内和1小时以后的情况，分别用不同方法来预测变压器的将来温度。
图3是说明对本发明涉及的变压器涡轮运转装置1小时以内收集的数据的算法曲线。
图3所示曲线中，用于预测涡轮运转时刻的直线公式可通过下式表示。
T＝at+b这里，仅通过1个数据无法求出偏差，因此需要储存Ttf1，然后以Ttf1为基准储存更高的温度，求出偏差。但是，如果偏差为0，需要维持现状，因此不会储存偏差值。储存的偏差值可通过下式表示。
an=Ttfn+1-Ttfntn+1-tn]]>
利用通过上式计算的各步骤的an求出平均偏差值。
为了预测1小时以后的变压器温度，需要用到过去1小时内的数据(Ttf1～Ttf7，共7个)，收集完这些数据之前，只能根据已收集数据进行预测。即，以1小时为基准，分为数据收集前和收集后两个处理过程。
为了预测1小时以后情况，需要用到以现在时刻为基准的过去1小时内的温度数据(共7个数据)，用7个以下的数据预测1小时以后的变压器温度，将不具有可信性。因此，只能预测与所收集数据对应时间为止的变压器温度。
这里，参照图5，对本发明涉及的变压器涡轮运转装置及其方法进行说明。
首先，为了在1小时以内条件下预测温度，利用上面求得的an通过下式1求出平均偏差值。
公式1Savg=Qk=1n(Tk+1-Tk)nEΔt]]>(这里，n是涡轮功能启动以后存储数据的次数。求得的Savg是储存时间内的平均偏差值)同时，通过公式2求出预测时间的涡轮风扇启动温度。
公式2T′ac=Tn+n(Tac-Tn)6]]>(这里，T′ac是与1小时以内的各取样时间对应的绝缘物的最高允许温度)此外，n与上述公式1中的n相同。n＝0时T′ac＝Tn，n＝6时T′ac＝Tac。
利用求得的T′ac和Savg，带入公式3，即可求出1小时内的到达涡轮风扇启动温度T′ac所需的时间。
公式3Ton=T′ac-TnSavg]]>(这里求得的Ton和预测时刻涡轮风扇启动时间n△t之差即为现在时刻的余量，将其定量化，可表示为公式4。)公式4M-nEΔt-Ton这里，如果M＜0，则涡轮功能部输出用于启动涡轮风扇驱动部的控制信号，如果M＞0，则输出用于停止涡轮风扇驱动部的控制信号。
但是，如果Ton为负数，M取值对涡轮风扇的启动/停止操作无影响，但将失去余量的意义。因此如果Ton为负数，对于M值只需判别其符号。
接着，对收集的温度数据为1小时以后的数据情形，说明其算法。
收集完7个数据后，预测时间为1小时，因此上述各步骤中n固定为6，公式2的涡轮运转预测温度也将固定为Tac。
下面的公式5和公式6分别表示预测所需的偏差和涡轮风扇启动时间。
公式5Savg=Qk=17(Tk+1-Tk)6EΔt]]>公式6Ton=Tac-T7Savg]]>与上面相同，Ton和预测时刻涡轮风扇启动时间(3600秒)之差即为现在时刻的余量，可通过公式7表示。
公式7M-3600-Ton
利用公式7，可计算从现在时刻起1小时以后到达Tac所需时间之间的余量，如果M＜0，则涡轮功能部输出用于启动涡轮风扇驱动部的控制信号，如果M＞0，则输出用于停止涡轮风扇驱动部的控制信号。
与上面相同，如果Ton为负数，M取值将执行正常的涡轮风扇的启动/停止操作，但失去余量的意义，因此如果Ton为负数，对于M值只需判别其符号。满足T＞Ttf的条件时，第1步骤(10分钟)以后将启动涡轮功能，此后将根据过去的数据计算温度变化，判断是否启动涡轮风扇。
图5中流程1是收集到的温度数据为1小时以内时的处理步骤，流程2是收集到的温度数据为1小时以后时的处理步骤。
发明效果如上所述，本发明涉及的涡轮运转装置及其方法，能够监测变压器温度、仪器板温度等，并存储这些数据，再根据一定算法预测将来变压器温度，事先启动涡轮风扇，确保变压器温度不会上升到允许温度以上，从而实现降低变压器温度的涡轮运转算法。
通过涡轮运转算法，能够防止绝缘物劣化现象加速以及温度急剧增加造成的事故，同时在短时间内能够进行安全的过负荷运转，从而起到增加变压器容量的效果。
以上说明仅仅是本发明涉及的变压器涡轮运转装置及其方法的一个实施例，本发明并不局限于上述实施例，如权利要求书所述，在不脱离本发明要旨的情况下，具有本发明领域相关知识的人员都可以进行多种变形，仍应属于本发明权利要求范围。
权利要求
1.一种变压器涡轮运转装置，其特征是，所述装置包括变压器温度传感器，用于探测变压器的绝缘油温度；仪器板温度传感器，用于探测安装有所述变压器的仪器板温度；控制部，基于从所述变压器温度传感器得到的数据，输出用于启动涡轮风扇的控制信号，基于从所述仪器板温度传感器得到的数据，输出用于启动排气扇的控制信号，并且输出用于储存所述数据的控制信号；涡轮功能部，根据所述控制部的控制信号，启动涡轮功能；涡轮风扇驱动部，根据所述控制部或涡轮功能部的控制信号，启动涡轮风扇；排气扇驱动部，根据所述控制部的控制信号，启动排气扇；存储部，根据所述控制部的控制信号，储存变压器温度或仪器板温度。
2.如权利要求1所述的变压器涡轮运转装置，其特征是，所述控制部在变压器温度传感器测得的温度为规定温度(Ttf)以上时输出用于启动涡轮功能部的控制信号，之后在温度超过比所述温度(Ttf)还高的规定温度(Tac)时，输出用于启动涡轮风扇驱动部的控制信号。
3.如权利要求1所述的变压器涡轮运转装置，其特征是，所述控制部在仪器板温度为指定温度(40℃)以上时输出用于启动排气扇驱动部的控制信号。
4.如权利要求1所述的变压器涡轮运转装置，其特征是，所述涡轮功能部在变压器温度传感器测得的温度为规定温度(Ttf)以上时启动，同时根据规定算法预测变压器将来温度，输出用于启动所述涡轮风扇的控制信号。
5.如权利要求4所述的变压器涡轮运转装置，其特征是，所述算法对收集到的温度数据为1小时以内数据的情况和收集到的温度数据为1小时以后数据的情况，分别用不同方法来预测变压器将来温度。
6.如权利要求4所述的变压器涡轮运转装置，其特征是，对收集到的温度数据为1小时以内数据的情况，所述算法包括根据下面公式1计算温度偏差平均值的阶段；公式1Savg=Qk=17(Tk+1-Tk)nEΔt]]>这里，n是涡轮功能启动以后存储数据的次数，Savg是储存时间内的平均偏差值；根据下面公式2计算涡轮风扇启动温度的阶段；公式2T′ac=Tn+n(Tac-Tn)6]]>这里，T′ac是1小时以内各取样时间；根据下面公式3计算1小时以内到达涡轮风扇启动温度T′ac所需时间的阶段；公式3Ton=T′ac-TnSavg]]>根据下面公式4，如果M＜0，则输出用于启动涡轮风扇驱动部的控制信号，如果M＞0，则输出用于停止涡轮风扇驱动部的控制信号的阶段公式4M-nEΔt-Ton。
7.如权利要求4所述的变压器涡轮运转装置，其特征是，对收集到的温度数据为1小时以后数据的情况，所述算法包括根据下面公式5计算温度偏差平均值的阶段；公式5Savg=Qk=17(Tk+1-Tk)6EΔt]]>这里，Savg是储存的1小时平均偏差值；根据下面公式6计算涡轮风扇启动时间的阶段；公式6Ton=Tac-T7Savg]]>根据下面公式7，如果M＜0，则输出用于启动涡轮风扇驱动部的控制信号，如果M＞0，则输出用于停止涡轮风扇驱动部的控制信号的阶段公式7M-3600-Ton。
8.一种变压器涡轮运转方法，其特征是，对收集到的温度数据为1小时以内数据的情况，所述运转方法包括根据下面公式1计算温度偏差平均值的阶段；公式1Savg=Qk=1n(Tk+1-Tk)nEΔt]]>这里，n是涡轮功能启动以后存储数据的次数，Savg是储存时间内的平均偏差值；根据下面公式2计算涡轮风扇启动温度的阶段；公式2T′ac=Tn+n(Tac-Tn)6]]>这里，T′ac是1小时以内各取样时间；根据下面公式3计算1小时以内到达涡轮风扇启动温度T′ac所需时间的阶段；公式3Ton=T′ac-TnSavg]]>根据下面公式4，如果M＜0，则启动涡轮风扇，如果M＞0，则停止涡轮风扇的阶段公式4M-nEΔt-Ton。
9.一种变压器涡轮运转方法，其特征是，对收集到的温度数据为1小时以后内数据的情况，所述运转方法包括根据下面公式5来计算温度偏差平均值的阶段；公式5Savg=Qk=17(Tk+1-Tk)6EΔt]]>这里，Savg是储存的1小时平均偏差；根据下面公式6计算涡轮风扇启动时间的阶段；公式6Ton=Tac-T7Savg]]>根据下面公式7，如果M＜0，则启动涡轮风扇，如果M＞0，则停止涡轮风扇的阶段公式7M-3600-Ton。
全文摘要
本发明涉及变压器涡轮运转装置及其方法。本发明公开了包括探测变压器绝缘油温度的变压器温度传感器，探测安装有变压器的仪器板温度的仪器板温度传感器，基于从变压器温度传感器得到的数据输出用于启动涡轮风扇的控制信号、基于从仪器板温度传感器得到的数据输出用于启动排气扇的控制信号同时输出用于储存上述数据的控制信号的控制部，根据控制部的控制信号启动涡轮功能的涡轮功能部，根据控制部或涡轮功能部的控制信号启动涡轮风扇的涡轮风扇驱动部，根据控制部的控制信号启动排气扇的排气扇驱动部，根据控制部的控制信号储存变压器温度或仪器板温度的存储部等的变压器涡轮运转装置及其方法。
文档编号F04D15/00GK101071674SQ20061014529
公开日2007年11月14日 申请日期2006年11月29日 优先权日2006年5月10日
发明者朴錤朱, 崔德洙, 金光淳, 咸廷必 申请人:株式会社Kd动力