一种自然油循环风冷变压器的风机开停控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种自然油循环风冷变压器的风机开停控制方法，每15min检测一次变压器顶层油温，三相变压器两侧6台风机的开停控制步骤为：⑴油温低于70℃，关闭所有风机；油温高于70℃，开启2号风机；⑵油温小于65℃，关闭2号风机；⑶油温高于70℃，开启5号风机；⑷油温小于64℃，关闭5号风机；⑸油温高于69.1℃，开启1号风机；⑹油温小于63.8℃，关闭5号风机；⑺温高于68.4℃时，开启6号风机；⑻油温小于65℃，关闭5号风机；⑼油温高于70℃，开启3号风机；⑽油温小于65℃，关闭5号风机；⑾油温高于70℃时，开启全部风机。本发明合理控制变压器绕组的热点温度，达到最好的降温效果，不仅使变压器绕组在最佳的状态下工作，而且节省电力。
【专利说明】—种自然油循环风冷变压器的风机开停控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于设备自动化控制【技术领域】，涉及一种风机开停控制方法，具体涉及一种电网运行中自然油循环风冷变压器的风机开停控制方法。
技术背景
[0002]变压器是电力传输过程中的重要电力设备，根据不同的分类标准，目前市场上存在油浸自冷式、油浸风冷式及强迫油循环式等多种变压器。其中大型油浸式风冷变压器由于具有可承受负载大散热性能良好等优点，在电力系统中被广泛的应用。国内对变压器冷却系统的研究，主要根据经验公式，将冷却系统简化为二维系统计算分析。变压器热平衡仿真模型大部分也局限于2D或是单相模型，这些模型和真实的变压器模型相差很大。同时，大型变压器冷却系统的控制大多基于经验数据，对冷却系统与绕组热点温度的具体关系也鲜有研究。
[0003]风机开停控制的基本原则是，在绕组热点温度较高的时候，使较多的风机开启甚至开启所有的风机，使散热片上的热量更好的传导到空气中，以降低油温，进而降低绕组的热点温度，延长绝缘老化的时间，延长变压器的寿命。由于风机开启会消耗一部分电能，故在绕组温度不高时，仅需要开启少量的风机甚至不开启风机，达到节约电能的目的。
[0004]在实际运行中的变压器风机开停控制主要以顶层油温为依据来进行。变压器的使用寿命与绕组的热点温度密切相关，控制风机的开停，使变压器绕组热点温度控制在理想范围内，以延长变压器的使用寿命，达到经济和安全运行的效果。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种自然油循环风冷变压器的风机开停控制方法，在自然油循环风冷变压器运行时，不同的负荷和环境温度下开启不同的风机，优化变压器的风机的运行模式，合理控制变压器绕组的热点温度，达到最佳的降温效果。
[0006]本发明自然油循环风冷变压器的风机开停控制方法，三相变压器两侧的风机分为I?6号，A相绕组两侧为I号风机和4号风机,B相绕组两侧为2号风机和5号风机，C相绕组两侧为3号风机和6号风机。每15min检测一次变压器顶层油温，通过测定变压器顶层油温，确定风机的开启与关闭，需要开启风机时，I?6号风机的开停控制步骤为:
⑴检测变压器顶层油温，如果油温低于70°C，关闭所有风机；如果油温高于70°C，开启2号风机；
⑵油温小于65°C，关闭2号风机，否则保持2号风机开启状态；
⑶2号风机运行时，如果变压器顶层油温高于70°C，开启5号风机；
⑷油温小于64°C，关闭5号风机，否则仍然保持5号风机开启状态；
(5)2号、5号风机运行时,如果变压器顶层油温高于69.1°C,开启I号风机；
(6)如油温小于63.8°C，关闭5号风机，否则仍然保持5号风机开启状态；
(7)上述3台风机运行时，如果变压器顶层油温高于68.4°C时，开启6号风机；(8)如油温小于65°C，关闭5号风机，否则仍然保持5号风机开启状态；
⑶上述4台风机运行时，如果变压器顶层油温高于70°C，开启3号风机；
(10)上述5台风机运行时，如油温小于65°C，关闭5号风机；
(11)如果顶层油温高于70°C时，开启全部风机；如油温小于65°C，关闭5号风机。
[0007]在变压器运行中，优先开启B相绕组两侧的2号风机和5号风机，然后再开启A、C绕组两侧的风机。
[0008]本发明的基本原理包括变压器的发热和散热分析:
①变压器内部铁心和绕组发热分析
变压器损耗包括空载损耗和负载损耗，表示为:
P7 = Pc+ P1(I)
式⑴中，iV为总损耗，W ;i\为空载损耗，W5P1为负载损耗，W。
[0009]空载损耗由铁心中的磁滞损耗和涡流损耗构成，负载损耗由绕组导线中的电阻损耗、涡流损耗以及变压器夹件、油箱等结构中的杂散耗构成。其中负载损耗是造成变压器内部温度升高的主要原因。空载损耗可表示为:
Pa= Pi^ P2 = SJB2^Sj2Bi⑵
式⑵中，P为铁心中的磁滞损耗，W 为铁心中的润流损耗，W 为磁滞损耗系
数为涡流损耗系数为电流频率，Hz 为磁通密度的最大值，Wb/m2。
[0010]负载损耗可表示为:
Pz= I2Ri+Pw+Pz(3)
式⑶中，为绕组导线的电阻损耗，由负载电流和绕组的直流电阻决定，W 为绕组中的涡流损耗，W ;p2为杂散损耗，W。
[0011]式(3)中，绕组导线中的电阻损耗和涡流损耗产生的热量直接作用于绕组，引起变压器绕组温度的升高。当变压器运行中负载发生变化时，绕组中的电流发生变化，当绕组电流增大时，绕组的电阻损耗和涡流损耗增加，造成绕组热点温度的升高。但是由于铁心的磁通饱和效应，此时铁心损耗产生的热量基本不会增大。
[0012]②变压器的散热
变压器在运行时产生的损耗(包括空载损耗和负载损耗)以热的形式传递给油、油传递给油箱壁，最终通过油箱壁和散热器散发到周围的空气中。热量的散发通过导热、对流和辐射三种形式。具体地说，绕组和铁芯的内部主要靠导热形式散发到期表面；绕组和铁芯的表面主要靠对流的形式散发到变压器油中。散发至变压器油中的热量使油温上升、变压器密度和粘度下降、产生热浮力，变压器油在热浮力的作用下向上运动，通过连接油箱表面的管道进入散热片。变压器油在散热片中经过和外面空气的热交换，使散热片中的变压器油温度降低，从散热片底部进入连接油管，通过油管重新进入变压器油箱，形成自然循环。变压器风机的作用，就是加快变压器周围放空气的流动，增强变压器器壁及散热片与周围空气的对流换热，以达到快速散热的效果。
[0013]为了避免风机的频繁开停对设备产生不利的影响，选用了每15min进行一次采样。当一台风机开启后，经过ANSYS的模拟仿真，对顶层油温降低1.3-3.2°C，故选择5°C为关闭一台风机的裕度，避免了当环境温度和负荷温度波动时，造成的风机频繁开启。
[0014]变压器绕组最热点温度控制在98°C以下，为了延长变压器的使用寿命，绕组温度最好保持在93°C。风机开启时的顶层油温的阈值是绕组热点温度为93°C时顶层油温的值。上述方案经过ANSYS仿真模拟，结果表明，开启B相绕组两侧风机的效果要好于开启A，C绕组两相的风机。
[0015]本发明自然油循环风冷变压器的风机开停控制方法，利用计算机DCS系统控制，在自然油循环风冷变压器运行时，不同的负荷和环境温度下开启不同的风机，优化变压器的风机的运行模式，合理控制变压器绕组的热点温度，达到最佳的降温效果，不仅使变压器绕组在最佳的状态下工作，而且节省电力。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明自然油循环风冷变压器的风机开停控制方法的流程示意图；
图2为变压器风机分组示意图。
[0017]其中:
I一 I号风机，2—2号风机、3—3号风机、4一4号风机、5—5号风机、6—6号风机、7—A相绕组、8— B相绕组、9一C相绕组。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0019]本发明自然油循环风冷变压器的风机布置情况如图2所示，包括变压器的A相绕组7、B相绕组8、C相绕组9、I号风机I, 2号风机2、3号风机3、4号风机4、5号风机5和6号风机6。A相绕组两侧为I号风机和4号风机，B相绕组两侧为2号风机和5号风机，C相绕组两侧为3号风机和6号风机。每15min检测一次变压器顶层油温，通过测定变压器顶层油温，确定风机的开启与关闭。如图1所示，I?6号风机的开停控制步骤为:
⑴检测变压器顶层油温，如果油温低于70°C，关闭所有风机；此时，绕组的热点温度较低，且关闭风机可以达到节能的效果；如果油温高于70°C，开启2号风机；此时最热点温度出现在B相上。
[0020]⑵如油温小于65°C，关闭2号风机，否则保持2号风机开启状态；
⑶2号风机运行时，如果变压器顶层油温高于70°C，开启5号风机；此时可以使绕组温度限制在一个合理的水平，此时最热点温度出现在A、C两相上；
⑷如油温小于64°C，关闭5号风机，否则仍然保持5号风机开启状态；
(5)2号、5号风机运行时，如果变压器顶层油温高于69.1°C，开启I号风机；开启上述3台风机后，热点温度出现在C相绕组上；
(6)如油温小于63.8°C，关闭5号风机，否则仍然保持5号风机开启状态；
(7)上述3台风机运行时，如果变压器顶层油温高于68.4°C时，开启6号风机；开启上述4台风机后，三相的热点温度值基本相同；
⑶如油温小于65°C，关闭5号风机，否则仍然保持5号风机开启状态；
⑶上述4台风机运行时，如果变压器顶层油温高于70°C，开启3号风机；开启上述5台风机后，热点温度出现在B相绕组上；
(10)上述5台风机运行时，如油温小于65°C，关闭5号风机5;否则仍然保持5号风机开启状态；
(11)如果顶层油温高于70°C时，开启4号风机4(即开启全部风机);如油温小于65°C，关闭5号风机。
[0021]在变压器运行中，优先开启B相绕组两侧的2号风机和5号风机，然后再开启A、C绕组两侧的风机。表1所示为，在环境温度20°C，逐步增加负荷，开启对应风机时，其绕组热点温度和顶层油温的仿真数值。仿真实验数据表明，上述开停步骤达到了良好的降温效果O
表1在环境温度开启对应凤机吋，其绕组热点温度和顶层油温數值
负载率(环境温度为开启凤机编号绕组热点温度(υ)|顶层油温(V)~
【权利要求】
1.一种自然油循环风冷变压器的风机开停控制方法，三相变压器两侧的风机分为I?6号，A相绕组(7 )两侧为I号风机(I)和4号风机(4 )，B相绕组(8 )两侧为号风机(2 )和5号风机(5), C相绕组(9)两侧为3号风机(3)和6号风机(6);每15min检测一次变压器顶层油温，通过测定变压器顶层油温，确定风机的开启与关闭，其特征是:所述I?6号风机的开停控制步骤为: ⑴油温低于70°C，关闭所有风机；如果油温高于70°C，开启2号风机； ⑵油温小于65°C，关闭2号风机，否则保持2号风机开启状态； ⑶2号风机运行时，如果变压器顶层油温高于70°C，开启5号风机； ⑷油温小于64°C，关闭5号风机，否则仍然保持5号风机开启状态； (5)2号、5号风机运行时,如果油温高于69.10C,开启I号风机； (6)油温小于63.8°C，关闭5号风机，否则仍然保持5号风机开启状态； (7)上述3台风机运行时，如果变压器顶层油温高于68.4°C时，开启6号风机； ⑶油温小于65°C，关闭5号风机，否则仍然保持5号风机开启状态； ⑶上述4台风机运行时，如果变压器顶层油温高于70°C，开启3号风机； (10)上述5台风机运行时，如油温小于65°C，关闭5号风机； (11)如果顶层油温高于70°C时，开启全部风机；如油温小于65°C，关闭5号风机。
2.根据权利要求1所述的自然油循环风冷变压器的风机开停控制方法，其特征是:在变压器运行中，优先开启B相绕组两侧的2号风机和5号风机，然后再开启A、C绕组两侧的风机。
【文档编号】F04D27/00GK103591040SQ201310575526
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】潘瑾, 刘宏亮, 王永强, 范辉 申请人:国家电网公司, 国网河北省电力公司电力科学研究院, 河北省电力建设调整试验所