變壓器風冷智能控制系統設計與試驗

劉冉

摘 要：發展智能電網是具有歷史性意義的一項工作，其中最基礎的是變電站需要實現的智能化工作。變電站一共包括三站層，依次為站控站層、間隔站層和過程站層，過程站層中最重要的一種高壓設備便是電力變壓器。在運行過程中，電力變壓器極易出現故障，且造成的影響巨大，嚴重威脅著電網運轉的可靠程度。變壓器冷卻系統是變壓器可正常運行的重要保障。目前，變壓器冷卻系統普遍采用常規繼電器邏輯控制裝置，其主要存在的問題為：線路連接復雜，維修困難；繼電器故障率高，妨礙系統正常運行；運行數據采集不完整，無法進行設備運作中全部信息的良好監測；不可自動遠程監控，智能化低、技術人員工作量大；不能及時調控變化溫度，影響設備使用年限的同時產生大量能源浪費。針對現有設備以上缺點，本文旨在研制一種新型冷卻系統，并在此基礎上實現對變壓器溫度的模糊PID控制，在簡化電路、提高系統工作可靠性和節約能源的同時，進一步實現對變壓器溫度的智能化控制。鑒于此，本文是對變壓器風冷智能控制系統進行研究和分析，僅供參考。

關鍵詞：模糊神經網絡；PID；變頻；風冷控制系統

1 引言

針對目前變壓器風冷控制系統中存在的問題，設計了基于模糊神經網絡PID技術的變頻調節風冷控制系統。該系統以PLC及變頻器為核心控制設備，采用模糊RBF神經網絡，并選用2-7-7-3結構形式，優化PID的控制參數，以精確控制變頻器的輸出頻率。通過仿真及試驗，驗證該系統比常規PID具有更好的動、靜態特性和自適應性，可以快速跟蹤變壓器油溫變化，使變壓器的散熱量與發熱量實時平衡，以達到節能運行目的。

2 變壓器冷卻器

本文研究對象為強油風冷卻器，主要部件包括變壓器油泵，變壓器用風扇，蝶閥，油流指示器，分控箱，溫度計等。它安裝螺旋翅片管作為散熱裝備，從而大幅加大了散熱面積。此外，其離心式潛油泵能增大管內油運動速度；翅片管中強烈吹風，冷卻效率較散熱器大幅提高。冷卻器靠上下聯管與油箱聯通，運行中使油箱頂端的高溫油流進并經冷卻器翅片管被風吹冷后，再從油箱下部以一定流速進入油箱中。

2.1 冷卻器本體

冷卻器本體分為板翅形與翅片管形二大類。強油風冷卻器采用的翅片管形冷卻器核心部件是管束、集油盒、支架等。管束由翅片管與管板組成，翅片管是為了提高冷卻效率，一般采用增加管外傳熱面積，增強管中的熱量交換能力或一起采用增加管外傳熱面積和增強管中熱量交換。集油盒由鋼板焊接而成，分頂出式和側出式兩種。為了冷卻器的注油和放油，在冷卻器的上集油盒應焊有注油塞，下集油盒上應焊置放油塞，若為多回程，則在每個回程中需焊有注油塞和放油塞，且數量和回程數相等。支架用來將冷卻器安裝在變壓器上，一般是焊在冷卻器底部或中部，為了便于生產，一般在冷卻器的底部及中部均焊有支架。

2.2 冷卻器主要附件

冷卻器附件包含油泵、油流繼電器、分控箱和蝶閥。

2.2.1 油泵

除散熱器外，加裝潛油泵，通過泵來實現油的被迫循環，可以加快油的流動速度，進一步加強了冷卻成效。油泵結構主要包括泵體、葉輪、電機定轉子、泵軸、泵座、軸承座、軸向力平衡措施、軸承密封件、接線盒等附件。其主要工作過程為：油泵是動力產生源，把油箱底部的油打入設備內部各個部件之間。在設備工作的進程里，繞組與鐵心發出大量熱量，充斥在附近得油得以加熱，熱油變輕則向上流動；逐漸升入箱體最上端，跑進冷卻器。溫差作用使其高溫油把熱發散至四周，油溫下降，之后，將溫度降低了得油通過油泵再次跑進油箱里面。可見，油泵在整個過程占據舉足輕重的位置。油泵的工作原理，實際上是能量的傳遞與轉換的過程，它將電機轉動的機械能轉為油流動的動能和勢能，這個過程必然伴隨了能量的損失，從而降低油泵效率。如果泵在啟動前體內充斥著大量空氣，葉輪運轉會令空氣發出很小的離心力，會使得葉輪吸入口中心形成的真空環境極小，變壓器油不能進入葉輪中心，影響油流流動，故在泵體上部安裝放氣塞。

2.2.2 油流繼電器

督察油泵有沒有存在反轉現象，閥門有沒正確開啟及油流是不是正常的檢查儀器。具體工作原理為：油泵開啟后管內有油流通過，且一旦油流到了固定值推動板被沖，擋板轉動至油流方向，從而使與推動板同軸的磁鐵也隨之旋轉，在磁力作用下，指示部分的磁鐵作同步轉動；當擋板被沖至85°處，指示部分磁鐵也轉85°并令電器部分常閉接點開啟，常開接點關閉，會有正常運行的信號給出，此時指針指示為活動。當油流量減少到一定量，推動板在彈簧作用下帶動指示部分返回，使電氣部分的常開接點開啟，常閉接點關閉發生故障信號，指針在中間擺動或不再擺動。所以，將指示器接點引線接入控制箱回路便可對油泵進行監視。如果泵的流量超過了額定工作的75%，油流繼電器指針會偏向流動；當油流量在油泵工作流量的60%～70%時，指針在中間擺動，此時油泵流量不足或蝶閥未全開；當油流量小于60%的油泵工作流量時，指針則偏向停止不動，此時油泵反接或蝶閥未開。

2.2.3 分控箱

安裝了接觸器，熱繼電器、控制開關、繼電器等，主要控制變壓器冷卻系統運行狀況，對變壓器風扇、油泵、油流繼電器以及冷卻器進出口溫升進行監視。其功能有：在變壓器開始工作下，能自動選擇需要數目的組數工作，如果變壓器停止了工作，也可自動斷開各組工作中的設備；當變壓器頂層油溫等于設定的溫度，又可自動令輔助組工作起來；同樣，若工作中的冷卻器發生狀況不可正常工作，它可自動令備用組開始工作。

2.2.4 蝶閥

蝶閥主要安裝于變壓器與冷卻器連接處，當冷卻器、油泵要檢修或安裝時，防止油箱內油流失，必須關除蝶閥。當冷卻器及油泵工作期間，需打開蝶閥，確保油管暢通。蝶閥開啟前，先擰開軸套上的螺釘，根據箭頭方向打開閥片，蝶閥開啟，再擰緊螺釘，此時軸頭蓋下的密封圈處于壓縮狀態，所產生的壓緊力是蝶閥正常運行的重要保障。在蝶閥關閉的時候松開螺釘，按照箭頭方向關閉，關閉后擰緊螺釘即可。為了保證蝶閥的正確開關，軸頭蓋有一個箭頭方向，軸套上有“開”、“關”二字和箭頭。

3 仿真結果及結論

采用Matlabsimulink模塊對該系統進行仿真分析，并將其階躍響應曲線與常規PID比較，可以看出采用模糊神經網絡PID算法具有更好的動、靜態特性、自適應性和魯棒性。

基于模糊神經網絡的變頻式變壓器風冷控制裝置，具有溫度控制精確，調節時間短，無沖擊啟停等特點，在季節性溫差和晝夜溫差較大地區應用，能夠提高設備的利用率，與常規定頻控制方式相比較，可以節能30%以上，具有較大的市場推廣價值。

4 結束語

設計為實現冷卻系統智能監測采用的可靠性技術、遠程監控體系及通信實現、智能控制算法并說明在上述技術基礎上系統擬實現的功能；根據實際控制需求編寫I/O設定表并完成所需模塊型號選定；進行系統電器元件的選型及電動機保護控制接線圖、PLC輸入輸出連接圖的設計，并根據接線原理圖介紹了各元件功用實現的方式。

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