油浸式换流变压器冷却系统控制方法及控制系统与流程
本发明涉及冷却系统领域，特别是涉及一种油浸式换流变压器冷却系统控制方法及控制系统。
背景技术：
随着我国直流输电系统的发展，输电等级也越来越高，超高压和特高压直流换流变压器的需求量也不断增加，保证其安全稳定的运行尤为重要。换流变压器作为直流输电工程中的核心电力设备，有着把交流电整流、直流电逆变的重要功能。换流变压器在运行中伴随着较多的高频谐波，这对换流变压器的电热等性能有着极大的考验。谐波严重时，会导致换流变压器的介质损耗升高，谐波的漏磁会使换流变压器的杂散损耗增大，同时由于谐波下导体的集肤效应造成的发热问题，会导致换流变压器的铁芯、绕组和金属结构件中产生较严重的附加损耗和局部过热问题，引起由于热故障导致的绝缘老化问题，甚至可能直接导致换流站事故造成大面积停电，引起惨重的损失。
目前常规的大型油浸式换流变压器通常采用强迫油循环风冷冷却方式，当换流变压器温度上升时，通过采集换流变压器的顶层油温和实际负荷等数据，控制换流变压器风扇和油泵的投切，进而起到对换流变压器降温的作用。但是，由于换流变压器中存在的谐波会导致换流变压器的热点温度分布差异较大，因此，现有的强迫油循环风冷冷却方式无法保证换流变压器的安全稳定运行。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种油浸式换流变压器冷却系统控制方法及控制系统，充分考虑了谐波成分严重时换流变压器的热点温度分布差异较大的情况，对换流变压器的温升实现了可靠有效的控制，能够保证换流变压器的安全稳定运行，具有良好的现场检测效果与工程实用价值。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种油浸式换流变压器的冷却系统的控制方法，所述冷却系统包括多组冷却器，每组所述冷却器包括循环油泵、与所述循环油泵连接的循环油泵电机、冷却风扇及与所述冷却风扇连接的冷却风扇电机，所述控制方法包括：
获取换流变压器的顶层油温和所述换流变压器的当前负荷；
根据所述顶层油温或所述当前负荷确定是否需要启动冷却器，获得第一判断结果；
当所述第一判断结果表示需要启动冷却器时，获取所述换流变压器的谐波含量；
根据所述谐波含量确定启动的冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速。
可选的，所述根据所述顶层油温或所述当前负荷确定是否需要启动冷却器，获得第一判断结果，具体包括：
获取所述换流变压器的额定负荷和换流变压器的顶层油温阈值；
判断是否满足冷却器启动条件，获得第一判断结果，所述冷却器启动条件为：所述当前负荷大于或者等于0.7倍额定负荷，或者所述顶层油温大于或者等于所述顶层油温阈值。
可选的，所述根据所述谐波含量确定启动的冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速，具体包括：
获取谐波含量区间，所述谐波含量区间包括：第一谐波区间、第二谐波区间、第三谐波区间和第四谐波区间；
确定所述谐波含量所在的谐波含量区间；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第一谐波区间时，启动一组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第二谐波区间时，启动两组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第三谐波区间时，启动三组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第四谐波区间时，启动四组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速。
可选的，所述第一谐波区间为(0,10％)，所述第二谐波区间为[10％,15％)，所述第三谐波区间为[15％,20％)，所述第四谐波区间为[20％,50％)。
可选的，所述根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速，具体包括：
判断所述谐波含量是否小于谐波阈值，获得第二判断结果；
当所述第二判断结果表示所述谐波含量大于或者等于谐波阈值时，则确定循环油泵电机的转速为循环油泵电机的最大转速，且冷却风扇电机的转速为冷却风扇电机的最大转速；
当所述第二判断结果表示所述谐波含量小于谐波阈值时，
根据公式：
根据公式：
根据公式：
根据公式：
一种油浸式换流变压器的冷却系统的控制系统，所述冷却系统包括多组冷却器，每组所述冷却器包括循环油泵、与所述循环油泵连接的循环油泵电机、冷却风扇及与所述冷却风扇连接的冷却风扇电机，所述控制系统包括：
油温及负荷获取模块，用于获取换流变压器的顶层油温和所述换流变压器的当前负荷；
第一判断模块，用于根据所述顶层油温或所述当前负荷确定是否需要启动冷却器，获得第一判断结果；
谐波含量获取模块，用于当所述第一判断结果表示需要启动冷却器时，获取所述换流变压器的谐波含量；
电机转速确定模块，用于根据所述谐波含量确定启动的冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速。
可选的，所述第一判断模块包括：
额定负荷及油温阈值获取单元，用于获取所述换流变压器的额定负荷和换流变压器的顶层油温阈值；
第一判断单元，用于判断是否满足冷却器启动条件，获得第一判断结果，所述冷却器启动条件为：所述当前负荷大于或者等于0.7倍额定负荷，或者所述顶层油温大于或者等于所述顶层油温阈值。
可选的，所述电机转速确定模块包括：
谐波区间获取单元，用于获取谐波含量区间，所述谐波含量区间包括：第一谐波区间、第二谐波区间、第三谐波区间和第四谐波区间；
谐波含量区间确定单元，用于确定所述谐波含量所在的谐波含量区间；
冷却器启动单元，用于
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第一谐波区间时，启动一组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第二谐波区间时，启动两组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第三谐波区间时，启动三组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第四谐波区间时，启动四组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速。
一种油浸式换流变压器的冷却系统，所述冷却系统包括：温度传感器、变频功率传感器、a/d转换模块、控制器、变频调速器、冷却风扇电机、冷却风扇、循环油泵电机和循环油泵，其中，
所述温度传感器和所述变频功率传感器均与换流变压器连接，所述a/d转换模块分别与所述变频功率传感器和所述温度传感器连接，所述控制器分别与所述a/d转换模块和所述变频调速器连接，所述变频调速器分别与所述冷却风扇电机和所述循环油泵电机连接，所述冷却风扇与所述冷却风扇电机连接，所述循环油泵与所述循环油泵电机连接，所述控制器用于根据所述的控制方法控制所述冷却风扇电机运动带动所述冷却风扇转动，并控制所述循环油泵电机运动带动所述循环油泵运动。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的油浸式换流变压器冷却系统控制方法及控制系统，根据顶层油温和当前负荷确定是否需要启动冷却器，当需要启动冷却器时，进一步根据谐波含量确定启动的冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速。可见，本发明根据换流变压器运行时的谐波含量大小来确定冷却器的启动数量，并基于谐波含量实时控制循环油泵和冷却风扇的运行速度，充分考虑了谐波成分严重时换流变压器的热点温度分布差异较大的情况，对换流变压器的温升实现了可靠有效的控制，能够保证换流变压器的安全稳定运行，具有良好的现场检测效果与工程实用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种油浸式换流变压器的冷却系统的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种油浸式换流变压器的冷却系统的控制系统的结构框图；
图3为本发明实施例提供的一种油浸式换流变压器的冷却系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种油浸式换流变压器冷却系统控制方法及控制系统，充分考虑了谐波成分严重时换流变压器的热点温度分布差异较大的情况，对换流变压器的温升实现了可靠有效的控制，能够保证换流变压器的安全稳定运行，具有良好的现场检测效果与工程实用价值。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种油浸式换流变压器的冷却系统的控制方法的流程图。如图1所示，一种油浸式换流变压器的冷却系统的控制方法，所述冷却系统包括多组冷却器，每组所述冷却器包括循环油泵、与所述循环油泵连接的循环油泵电机、冷却风扇及与所述冷却风扇连接的冷却风扇电机，所述控制方法包括：
步骤101：获取换流变压器的顶层油温和所述换流变压器的当前负荷。
步骤102：根据所述顶层油温或所述当前负荷确定是否需要启动冷却器，获得第一判断结果。
步骤103：当所述第一判断结果表示需要启动冷却器时，获取所述换流变压器的谐波含量。
步骤104：根据所述谐波含量确定启动的冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速。
具体地，步骤102：根据所述顶层油温或所述当前负荷确定是否需要启动冷却器，获得第一判断结果，具体包括：
获取所述换流变压器的额定负荷和换流变压器的顶层油温阈值；
判断是否满足冷却器启动条件，获得第一判断结果，所述冷却器启动条件为：所述当前负荷大于或者等于0.7倍额定负荷，或者所述顶层油温大于或者等于所述顶层油温阈值。所述顶层油温阈值的范围是[50℃，60℃]，优选地，顶层油温阈值为55℃。
具体地，步骤104：根据所述谐波含量确定启动的冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速，具体包括：
获取谐波含量区间，所述谐波含量区间包括：第一谐波区间、第二谐波区间、第三谐波区间和第四谐波区间。本实施例中，所述第一谐波区间为(0,10％)，所述第二谐波区间为[10％,15％)，所述第三谐波区间为[15％,20％)，所述第四谐波区间为[20％,50％)；
确定所述谐波含量所在的谐波含量区间；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第一谐波区间时，启动一组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第二谐波区间时，启动两组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第三谐波区间时，启动三组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第四谐波区间时，启动四组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速。
进一步地，所述根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速，具体包括：
判断所述谐波含量是否小于谐波阈值，获得第二判断结果。可选的，谐波阈值的范围为20％～30％，本实施例中谐波阈值为20％；
当所述第二判断结果表示所述谐波含量大于或者等于谐波阈值时，则确定循环油泵电机的转速为循环油泵电机的最大转速，且冷却风扇电机的转速为冷却风扇电机的最大转速；
当所述第二判断结果表示所述谐波含量小于谐波阈值时，
根据公式：
根据公式：
根据公式：
根据公式：
图2为本发明实施例提供的一种油浸式换流变压器的冷却系统的控制系统的结构框图。如图2所示，一种油浸式换流变压器的冷却系统的控制系统，所述冷却系统包括多组冷却器，每组所述冷却器包括循环油泵、与所述循环油泵连接的循环油泵电机、冷却风扇及与所述冷却风扇连接的冷却风扇电机，所述控制系统包括：
油温及负荷获取模块201，用于获取换流变压器的顶层油温和所述换流变压器的当前负荷；
第一判断模块202，用于根据所述顶层油温或所述当前负荷确定是否需要启动冷却器，获得第一判断结果；
谐波含量获取模块203，用于当所述第一判断结果表示需要启动冷却器时，获取所述换流变压器的谐波含量；
电机转速确定模块204，用于根据所述谐波含量确定启动的冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速。
具体地，所述第一判断模块202包括：
额定负荷及油温阈值获取单元，用于获取所述换流变压器的额定负荷和换流变压器的顶层油温阈值；
第一判断单元，用于判断是否满足冷却器启动条件，获得第一判断结果，所述冷却器启动条件为：所述当前负荷大于或者等于0.7倍额定负荷，或者所述顶层油温大于或者等于所述顶层油温阈值。
具体地，所述电机转速确定模块204包括：
谐波区间获取单元，用于获取谐波含量区间，所述谐波含量区间包括：第一谐波区间、第二谐波区间、第三谐波区间和第四谐波区间；
谐波含量区间确定单元，用于确定所述谐波含量所在的谐波含量区间；
冷却器启动单元，用于
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第一谐波区间时，启动一组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第二谐波区间时，启动两组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第三谐波区间时，启动三组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速；
当所述谐波含量所在的谐波含量区间为第四谐波区间时，启动四组冷却器，并根据所述谐波含量确定启动的所述冷却器的循环油泵电机的转速和冷却风扇电机的转速。
图3为本发明实施例提供的一种油浸式换流变压器的冷却系统的结构框图。如图3所示，一种油浸式换流变压器的冷却系统，所述冷却系统包括：温度传感器300、变频功率传感器301、a/d转换模块302、控制器303、变频调速器304、冷却风扇电机305、冷却风扇306、循环油泵电机307和循环油泵308。本实施例中，控制器303为plc控制器。
所述温度传感器300和所述变频功率传感器301均与换流变压器连接，所述a/d转换模块302分别与所述变频功率传感器301和所述温度传感器300连接，所述控制器303分别与所述a/d转换模块302和所述变频调速器304连接，所述变频调速器304分别与所述冷却风扇电机305和所述循环油泵电机307连接，所述冷却风扇306与所述冷却风扇电机305连接，所述循环油泵308与所述循环油泵电机307连接，所述控制器303用于根据所述的控制方法控制所述冷却风扇电机305带动所述冷却风扇306转动，并控制所述循环油泵电机307带动所述循环油泵308运动。
可见，所述冷却系统包括三大部分：第一部分由冷却器本体、油流管道及阀门等构成的油路系统，第二部分是由风机叶片、电动机及导风筒等构成的气流系统，第三部分是由交流接触器、继电器、温度传感器、接线端子及电线等连接而成的电路系统。电路系统控制油路系统和气流系统，以实现对换流变压器运行温度合理有效的控制，以保证换流变压器的温度均匀。具体地，温度传感器300用于采集所述换流变压器的顶层油温及换流变压器的工作环境温度，所述变频功率传感器301用于采集换流变压器中的各次谐波含量，所述a/d转换模块302将传感器的模拟量信号转变成数字量信号传到控制器303，所述控制器303通过控制变频调速器304来控制换流变压器冷却系统的冷却风扇电机305运动带动所述冷却风扇306转动，并控制循环油泵电机307运动带动所述循环油泵308运动。
本实施例中，获取换流变压器的各次谐波含量大小采用的是变频功率传感器301，变频功率传感器301通过对换流变压器中的电流信号进行交流采样，然后将采样值通过电缆或光纤等传输系统与数字量输入二次仪表相连，a/d转换模块302通过对电流的采样值进行运算，可以获取基波电流和谐波电流等参数，变频功率传感器301可用于带宽范围内的任意电参量的测量。当油浸式换流变压器的容量超过180000kva或者电压为220kv以上时，采用强油循环风冷却方式对变压器进行降温。变频功率传感器301采用sp系列变频功率传感器的宽频带特性，尤其是高电压下的宽频带特性，可用于变频器输出等富含高次谐波的场合的谐波分析或电能质量分析。所述a/d转换模块302通过一定的电路将变频功率传感器采集的模拟量信号转变成数字量信号传送到控制器303，以便于采用程序运算后控制变频调速器。
所述控制器303是冷却系统的控制中心，通过传感器采集的信号对换流变压器的冷却风扇和循环油泵的出力进行合理控制。所述变频调速器304通过改变交流电的频率从而实现对异步电动机转速的控制。所述换流变压器的循环油泵采用中速泵，4极电动机，转速接近1500r/min。所述换流变压器的冷却风扇加装导风筒、网罩以及相关支护装置，选用高风速、高全压头的风扇配套。
本实施例中，所述换流变压器冷却系统包括5组冷却器，每组有1台循环油泵和3台冷却风扇。当实时检测的谐波含量在(0,10％)区间内时，启用1组冷却器，包含1台油泵和3台风扇。当实时检测的谐波含量在[10％,15％)区间内时，启用2组冷却器，包含2台油泵和6台风扇。当实时检测的谐波含量在[15％,20％)区间内时，启用3组冷却器，包含3台油泵和9台风扇。当实时检测的谐波含量在[20％,50％)区间内时，启用4组冷却器，包含4台油泵和12台风扇。为满足换流变压器的各种运行情况，另外增设1台备用冷却器，当运行冷却器故障时可自动投入运行。每台换流变压器共计15台风扇，采用分组分层控制，冷却器自动投切遵循“先投先退、循环备用”原则。
例如某500kv换流变压器中存在各次不等谐波分量，经测得基波分量与各次谐波分量(次)的比值大致为1:0.172:0.105:0.039:0.021:0.012:0.0098，其中，当谐波分量大于23次及以上时，谐波分量所占基波比值小于0.01，因此可以将23次及以上谐波忽略不计，总的谐波分量的比值大致为27.5％。
换流变压器谐波含量所在区间为所述第四谐波区间，谐波含量严重导致换流变压器损耗高，发热严重，因此冷却系统启用4组冷却器，包含4台循环油泵和12台冷却风扇，以保证换流变压器温度均匀，避免局部过热问题。
同时，plc控制器根据变频功率传感器301得到的换流变压器的谐波含量大小给变频调速器304发出指令，对换流变压器冷却风扇和循环油泵出力大小进行变频调速控制。本实施例中，冷却风扇的异步电动机为转速为1450r/min的4极电动机，用于叶轮直径不大于400mm的风机；所述换流变压器的循环油泵采用中速泵，4极电动机，转速接近1500r/min。
本发明根据换流变压器运行时的谐波含量大小来确定换流变压器冷却风扇和循环油泵的启用组数以及出力大小，充分考虑了谐波成分严重时换流变压器的热点温度分布差异较大的情况，对换流变压器的温升实现了可靠有效的控制，能够保证换流变压器的安全稳定运行，具有良好的现场检测效果与工程实用价值。
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