变压器风冷智能控制系统设计与试验

刘冉

摘 要：发展智能电网是具有历史性意义的一项工作，其中最基础的是变电站需要实现的智能化工作。变电站一共包括三站层，依次为站控站层、间隔站层和过程站层，过程站层中最重要的一种高压设备便是电力变压器。在运行过程中，电力变压器极易出现故障，且造成的影响巨大，严重威胁着电网运转的可靠程度。变压器冷却系统是变压器可正常运行的重要保障。目前，变压器冷却系统普遍采用常规继电器逻辑控制装置，其主要存在的问题为：线路连接复杂，维修困难；继电器故障率高，妨碍系统正常运行；运行数据采集不完整，无法进行设备运作中全部信息的良好监测；不可自动远程监控，智能化低、技术人员工作量大；不能及时调控变化温度，影响设备使用年限的同时产生大量能源浪费。针对现有设备以上缺点，本文旨在研制一种新型冷却系统，并在此基础上实现对变压器温度的模糊PID控制，在简化电路、提高系统工作可靠性和节约能源的同时，进一步实现对变压器温度的智能化控制。鉴于此，本文是对变压器风冷智能控制系统进行研究和分析，仅供参考。

关键词：模糊神经网络；PID；变频；风冷控制系统

1 引言

针对目前变压器风冷控制系统中存在的问题，设计了基于模糊神经网络PID技术的变频调节风冷控制系统。该系统以PLC及变频器为核心控制设备，采用模糊RBF神经网络，并选用2-7-7-3结构形式，优化PID的控制参数，以精确控制变频器的输出频率。通过仿真及试验，验证该系统比常规PID具有更好的动、静态特性和自适应性，可以快速跟踪变压器油温变化，使变压器的散热量与发热量实时平衡，以达到节能运行目的。

2 变压器冷却器

本文研究对象为强油风冷却器，主要部件包括变压器油泵，变压器用风扇，蝶阀，油流指示器，分控箱，温度计等。它安装螺旋翅片管作为散热装备，从而大幅加大了散热面积。此外，其离心式潜油泵能增大管内油运动速度；翅片管中强烈吹风，冷却效率较散热器大幅提高。冷却器靠上下联管与油箱联通，运行中使油箱顶端的高温油流进并经冷却器翅片管被风吹冷后，再从油箱下部以一定流速进入油箱中。

2.1 冷却器本体

冷却器本体分为板翅形与翅片管形二大类。强油风冷却器采用的翅片管形冷却器核心部件是管束、集油盒、支架等。管束由翅片管与管板组成，翅片管是为了提高冷却效率，一般采用增加管外传热面积，增强管中的热量交换能力或一起采用增加管外传热面积和增强管中热量交换。集油盒由钢板焊接而成，分顶出式和侧出式两种。为了冷却器的注油和放油，在冷却器的上集油盒应焊有注油塞，下集油盒上应焊置放油塞，若为多回程，则在每个回程中需焊有注油塞和放油塞，且数量和回程数相等。支架用来将冷却器安装在变压器上，一般是焊在冷却器底部或中部，为了便于生产，一般在冷却器的底部及中部均焊有支架。

2.2 冷却器主要附件

冷却器附件包含油泵、油流继电器、分控箱和蝶阀。

2.2.1 油泵

除散热器外，加装潜油泵，通过泵来实现油的被迫循环，可以加快油的流动速度，进一步加强了冷却成效。油泵结构主要包括泵体、叶轮、电机定转子、泵轴、泵座、轴承座、轴向力平衡措施、轴承密封件、接线盒等附件。其主要工作过程为：油泵是动力产生源，把油箱底部的油打入设备内部各个部件之间。在设备工作的进程里，绕组与铁心发出大量热量，充斥在附近得油得以加热，热油变轻则向上流动；逐渐升入箱体最上端，跑进冷却器。温差作用使其高温油把热发散至四周，油温下降，之后，将温度降低了得油通过油泵再次跑进油箱里面。可见，油泵在整个过程占据举足轻重的位置。油泵的工作原理，实际上是能量的传递与转换的过程，它将电机转动的机械能转为油流动的动能和势能，这个过程必然伴随了能量的损失，从而降低油泵效率。如果泵在启动前体内充斥着大量空气，叶轮运转会令空气发出很小的离心力，会使得叶轮吸入口中心形成的真空环境极小，变压器油不能进入叶轮中心，影响油流流动，故在泵体上部安装放气塞。

2.2.2 油流继电器

督察油泵有没有存在反转现象，阀门有没正确开启及油流是不是正常的检查仪器。具体工作原理为：油泵开启后管内有油流通过，且一旦油流到了固定值推动板被冲，挡板转动至油流方向，从而使与推动板同轴的磁铁也随之旋转，在磁力作用下，指示部分的磁铁作同步转动；当挡板被冲至85°处，指示部分磁铁也轉85°并令电器部分常闭接点开启，常开接点关闭，会有正常运行的信号给出，此时指针指示为活动。当油流量减少到一定量，推动板在弹簧作用下带动指示部分返回，使电气部分的常开接点开启，常闭接点关闭发生故障信号，指针在中间摆动或不再摆动。所以，将指示器接点引线接入控制箱回路便可对油泵进行监视。如果泵的流量超过了额定工作的75%，油流继电器指针会偏向流动；当油流量在油泵工作流量的60%～70%时，指针在中间摆动，此时油泵流量不足或蝶阀未全开；当油流量小于60%的油泵工作流量时，指针则偏向停止不动，此时油泵反接或蝶阀未开。

2.2.3 分控箱

安装了接触器，热继电器、控制开关、继电器等，主要控制变压器冷却系统运行状况，对变压器风扇、油泵、油流继电器以及冷却器进出口温升进行监视。其功能有：在变压器开始工作下，能自动选择需要数目的组数工作，如果变压器停止了工作，也可自动断开各组工作中的设备；当变压器顶层油温等于设定的温度，又可自动令辅助组工作起来；同样，若工作中的冷却器发生状况不可正常工作，它可自动令备用组开始工作。

2.2.4 蝶阀

蝶阀主要安装于变压器与冷却器连接处，当冷却器、油泵要检修或安装时，防止油箱内油流失，必须关除蝶阀。当冷却器及油泵工作期间，需打开蝶阀，确保油管畅通。蝶阀开启前，先拧开轴套上的螺钉，根据箭头方向打开阀片，蝶阀开启，再拧紧螺钉，此时轴头盖下的密封圈处于压缩状态，所产生的压紧力是蝶阀正常运行的重要保障。在蝶阀关闭的时候松开螺钉，按照箭头方向关闭，关闭后拧紧螺钉即可。为了保证蝶阀的正确开关，轴头盖有一个箭头方向，轴套上有“开”、“关”二字和箭头。

3 仿真结果及结论

采用Matlabsimulink模块对该系统进行仿真分析，并将其阶跃响应曲线与常规PID比较，可以看出采用模糊神经网络PID算法具有更好的动、静态特性、自适应性和鲁棒性。

基于模糊神经网络的变频式变压器风冷控制装置，具有温度控制精确，调节时间短，无冲击启停等特点，在季节性温差和昼夜温差较大地区应用，能够提高设备的利用率，与常规定频控制方式相比较，可以节能30%以上，具有较大的市场推广价值。

4 结束语

设计为实现冷却系统智能监测采用的可靠性技术、远程监控体系及通信实现、智能控制算法并说明在上述技术基础上系统拟实现的功能；根据实际控制需求编写I/O设定表并完成所需模块型号选定；进行系统电器元件的选型及电动机保护控制接线图、PLC输入输出连接图的设计，并根据接线原理图介绍了各元件功用实现的方式。

参考文献：

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