Способ управления системой охлаждения маслонаполненного силового трансформатора



Способ управления системой охлаждения маслонаполненного силового трансформатора
Способ управления системой охлаждения маслонаполненного силового трансформатора

Владельцы патента RU 2647359:

Публичное акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" (RU)
Акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы" (RU)

Изобретение относится к системам управления, автоматически выбирающим оптимальный режим работы. Способ управления системой охлаждения маслонаполненного трансформатора с частотно регулируемым приводом масляных и воздушных охладителей заключается в следующем. На основе термогидравлических моделей трансформатора формируют массив возможных режимов трансформатора и соответствующий ему массив режимов охлаждения. В процессе эксплуатации измеряют токи в обмотках трансформатора и параметры окружающей среды и выделяют подмассив режимов трансформатора, соответствующий измеренным токам, и для каждого выделенного режима трансформатора - подмассив режимов охлаждения, соответствующий измеренным параметрам окружающей среды. Для каждого выделенного режима охлаждения вычисляют суммарные затраты электроэнергии на охлаждение и на потери в трансформаторе и устанавливают минимизирующий указанные затраты режим охлаждения, удерживающий температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах. Технический результат изобретения заключается в уменьшении суммарных затрат электроэнергии на охлаждение трансформатора и на потери в нем. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к управлению системой охлаждения мощного маслонаполненного оборудования электрических станций и подстанций, и может быть применено для управления охлаждением маслонаполненного силового трансформатора.

Уровень техники

Мощные маслонаполненные трансформаторы оснащаются системами принудительного охлаждения, включающими несколько воздушных охладителей (вентиляторов) и один или несколько масляных охладителей (маслонасосов). Как правило, чем больше нагрузка трансформатора, тем больше затраты мощности на охлаждение. Температура обмоток трансформатора, их сопротивление и потери мощности в обмотках снижаются при более интенсивном (и, соответственно, энергозатратном) охлаждении. В результате для каждого конкретного режима нагрузки трансформатора существует оптимальный режим охлаждения, при котором суммарные затраты мощности на охлаждение трансформатора и на потери в его обмотках будут близки к минимальным.

Известно техническое решение, направленное на уменьшение указанных суммарных затрат мощности за счет надлежащего выбора числа включенных охладителей, согласно которому устройство управления охлаждением мощного трансформатора периодически рассчитывает тепловое состояние трансформатора и соответствующие ему суммарные затраты мощности при трех значениях числа включенных охладителей - текущем, на единицу большем и на единицу меньшем, и выбирает для следующего интервала времени то из этих трех значений числа включенных охладителей, при котором температура масла и обмотки не превышает заданных предельных значений, а суммарные затраты мощности меньше [RU 2377682].

При таком управлении, по меньшей мере, часть охладителей (вентиляторов и маслонасосов) работают в прерывистом режиме (режиме периодического включения и отключения электродвигателей), который характеризуется неполным использованием теплообменной поверхности трансформатора и высоким энергопотреблением.

От этого недостатка свободен выбранный в качестве прототипа способ управления системой охлаждения мощного трансформатора [RU 2432591]. Прототип управляет масляными и воздушными охладителями трансформатора с помощью частотно-регулируемого привода (ЧРП), измеряет текущие значения токов в обмотках трансформатора и параметры окружающей среды, по которым на основе термогидравлических моделей трансформатора и его системы охлаждения определяет режимы охлаждения, необходимый для удержания температуры наиболее нагретой точки в допустимых пределах.

Прототип регулирует производительность охладителей, изменяя скорость вращения их частотно-регулируемых приводов, что более экономично, чем изменение числа одновременно работающих охладителей.

Однако, несмотря на использование в прототипе регулируемых электроприводов, суммарные затраты электроэнергии на охлаждение силового трансформатора и потери в нем выше минимума, который может быть достигнут при оптимальной комбинации производительностей масляных и воздушных охладителей.

Сущность изобретения

Как показали проведенные авторами исследования, в ряде практических случаев допустимая температура наиболее нагретой точки обмотки силового трансформатора при его текущем электрическом состоянии может быть обеспечена не при одном, а при некотором множестве допустимых термогидравлических режимов трансформатора, причем при наличии двух типов охладителей (насосов, прокачивающих масло через бак трансформатора, и вентиляторов, охлаждающих прокачиваемое масло воздухом) одному элементу такого множества режимов соответствует, как правило, несколько допустимых вариантов загрузки масляных и воздушных охладителей (комбинаций их производительностей), характеризующихся неравными суммарными затратами электроэнергии на охлаждение силового трансформатора и на потери в нем.

Прототип не выбирает наиболее экономичный вариант загрузки охладителей из нескольких возможных режимов охлаждения, способных удерживать температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах.

Технический результат изобретения по отношению к прототипу, использующему частотно-регулируемый электропривод масляных и воздушных охладителей, - уменьшение суммарных затрат электроэнергии на охлаждение силового трансформатора и на потери в нем.

Предметом изобретения является способ управления системой охлаждения силового трансформатора с ЧРП масляных и воздушных охладителей, заключающийся в том, что на основе термогидравлических моделей трансформатора и его системы охлаждения формируют массив возможных режимов трансформатора и соответствующий ему массив режимов охлаждения, а в процессе эксплуатации измеряют токи в обмотках трансформатора и параметры окружающей среды и устанавливают режим охлаждения, удерживающий температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах, отличающийся тем, что в процессе эксплуатации выделяют подмассив режимов трансформатора, соответствующий измеренным токам, и для каждого выделенного режима трансформатора - подмассив режимов охлаждения, соответствующий измеренным параметрам окружающей среды, при этом для каждого выделенного режима охлаждения вычисляют суммарные затраты электроэнергии на охлаждение и на потери в трансформаторе и устанавливают минимизирующий указанные затраты режим охлаждения, удерживающий температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах.

Это позволяет получить указанный технический результат.

Кроме того, заявленное изобретение позволяет упростить устройство, реализующее способ, и повысить его надежность за счет управления охлаждением трансформатора без применения датчика температуры или вязкости масла, который является необходимым при осуществлении прототипа.

Развития изобретения, относящиеся к частным случаям его осуществления, состоят в том, что:

- измеряют содержание влаги и газа в масле и определяют допустимую температуру наиболее нагретой точки с учетом результатов указанных измерений;

- в качестве параметров охлаждающей среды измеряют температуру, влажность и давление окружающего воздуха;

- периодически измеряют температуру верхних слоев масла и корректируют текущий режим охлаждения по результатам указанного измерения;

- подмассив режимов работы трансформатора выделяют с учетом текущего положения регулятора напряжения под нагрузкой (РПН) охлаждаемого трансформатора.

Осуществление изобретения с учетом его развитий

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Предварительно формируют массив возможных режимов работы трансформатора и соответствующий ему массив требуемых режимов работы системы охлаждения. Для этого могут быть использованы, например, методы математического моделирования, описанные в статье «Методические подходы к cfd-моделированию тепловых режимов силовых масляных трансформаторов», опубликованной в журнале «Промышленная теплотехника», 2008 г., т. 30, №6, стр. 57-66. Полученные массивы данных загружают в память устройства управления, представленного на фигуре, которое может быть выполнено на базе программируемого логического контроллера (ПЛК).

Представленное на чертеже устройство для осуществления заявляемого способа содержит блок 1 цифровой обработки, снабженный входным интерфейсом 2 для подключения датчиков электрического состояния трансформатора, например одного или нескольких датчиков 3 тока нагрузки, входным интерфейсом 9 для подключения датчика 10 температуры Тос окружающей среды, входным интерфейсом 11 для подключения датчиков 12 и 13 давления и влажности окружающего воздуха соответственно и выходным интерфейсом 4 для выдачи сигналов управления частотно-регулируемыми приводами масляных и воздушных охладителей трансформатора.

В частных случаях блок 1 может быть снабжен дополнительно:

- интерфейсом 5 для ввода уставки Тннт доп по температуре Тннт наиболее нагретой точки обмотки охлаждаемого силового трансформатора;

- интерфейсом 6 для подключения датчиков 7 и 8 влаго- и газосодержания масла соответственно;

- интерфейсом 14 для подключения датчика 15 температуры Твсм верхних слоев масла.

Кроме того, входной интерфейс 2 блока 1 может быть выполнен с возможностью подключения датчика (индикатора) 16 положения РПН, которым может быть снабжен охлаждаемый силовой трансформатор.

Все интерфейсы блока 1, предназначенные для подключения аналоговых датчиков, снабжены аналого-цифровыми преобразователями, либо для этой цели в блоке 1 может быть использован один многоканальный преобразователь.

Блок 1 выполнен на основе ПЛК, запрограммированного для осуществления способа в процессе эксплуатации трансформатора.

Перед началом работы в память ПЛК загружается рабочая программа, обеспечивающая осуществление способа, и вышеупомянутые массивы, сформированные на основе термогидравлических моделей данного конкретного конструктива охлаждаемого трансформатора и данного конкретного конструктива его системы охлаждения.

Уставка Тннт доп может быть учтена в загружаемой рабочей программе или вводиться через интерфейс 5. При наличии датчиков 7 и 8 влаго- и газосодержания масла, подключенных к интерфейсу 6, уставка Тннт доп по температуре Тннт может определятся блоком 1 с учетом показаний этих датчиков.

В процессе эксплуатации трансформатора устройство, осуществляющее способ, работает следующим образом.

Для каждого конкретного текущего электрического состояния, фиксируемого датчиками 3 и 16, подключенными к интерфейсу 2, блок 1 выбирает (т.е. извлекает из загруженного в его память массива возможных режимов работы трансформатора) подмассив допустимых режимов работы трансформатора и связанный с ним подмассив требуемых режимов охлаждения, соответствующий параметрам окружающей среды, измеренным датчиками 10, 12 и 13. Подмассив допустимых режимов работы трансформатора характеризует один или несколько режимов трансформатора, обеспечивающих температуру Тннт, не превышающую уставку Тннт доп. Эта уставка учтена в загружаемой рабочей программе, введена через интерфейс 5 или рассчитана блоком 1 с учетом показаний датчиков 7 и 8.

Подмассив выбранных режимов охлаждения представляет собой возможные сочетания производительностей воздушных и масляных охладителей, обеспечивающие выбранные режимы работы трансформатора.

Для каждого из выбранных режимов охлаждения блок 1 определяет мощность Рпот.тр активных потерь в трансформаторе (с учетом температурной зависимости сопротивлений его обмоток) и электрическую мощность Рохл, затрачиваемую на охлаждение трансформатора.

Затем блок 1 подсчитывает суммы указанных мощностей (характеризующие суммарные затраты электроэнергии), находит режим, соответствующий минимальной сумме, и формирует через выходной интерфейс 4 соответствующие сигналы управления ЧРП охладителей.

Алгоритм обработки данных в блоке 1, позволяющий осуществить заявленный способ, иллюстрируется связанными между собой элементами цифровой обработки, представленными на фигуре пунктирными линиями.

Элемент 17 обозначает загруженный в ПЛК массив возможных режимов трансформатора, имеющего данный конструктив. Если предусматривается использование нескольких уставок Тннт доп, то массив 17 включает данные о допустимых режимах для каждой из уставок Тннт доп, задаваемых по интерфейсу 5 или вычисляемых по показаниям датчиков 7 и 8.

Из массива 17 блок 1 выбирает подмассив, соответствующий показаниям датчиков 3 и 16 и уставке Тннт доп. Каждый элемент выбранного подмассива характеризуется следующим набором параметров: расход Qм масла, разность ΔНм давлений масла на входе и выходе в бак трансформатора, температура Тм.вх масла на входе в бак трансформатора, температура Твсм⋅расч верхних слоев масла, а также величина потерь Рпот.тр в трансформаторе.

Параметры [Qм, ΔНм, Тм.вх,]i выбранного подмассива режимов работы трансформатора далее используются для того, чтобы из исходного массива 18 требуемых режимов охлаждения выбрать подмассив, обеспечивающий именно эти параметры охлаждающего масла для данного конструктива системы охлаждения при измеряемых датчиками 10, 12 и 13 параметрах окружающей среды (воздуха). При этом каждый элемент выбранного подмассива характеризуется парой значений nм, nвозд скоростей вращения масляных и воздушных охладителей и соответствующей электрической мощностью Рохл, затрачиваемой на охлаждение.

Далее блок 1 вычисляет суммарные затраты мощности [РΣ]i=[Рпот.тр]i+охл]i. Последовательно сравнивая между собой [РΣ]i, элемент 19 находит номер iмин для минимальной суммарной мощности РΣмин и передает его на элемент 20. Элемент 20 фиксирует соответствующую iмин пару скоростей вращения охладителей [nм, nвозд]iмин. По этим значениям скоростей могут быть сформированы и выданы через интерфейс 4 соответствующие управляющие сигналы для ЧРП охладителей.

В тех случаях, когда применяется корректировка текущего режима охлаждения по температуре Твсм расч, измеряемой датчиком 15, подключенным к интерфейсу 14, значение iмин поступает также на элемент 21. Элемент 21 фиксирует то значение температуры верхних слоев масла из ряда значений [Твсм]i, выбираемых из массива 17, которое соответствует iмин. Это значение на фигуре обозначено как Твсм расч.

Как видно из изложенного, заявляемый способ может быть осуществлен с достижением указанного технического результата на базе ПЛК, снабженного необходимыми интерфейсами.

Сравнительные расчеты, проведенные для конкретных конструктивов трансформатора и системы охлаждения, показали, что использование изобретения вместо прототипа для управления охлаждением одного трансформатора АОДЦТН 417000/750/500/10 с помощью системы охлаждения ДЦ 180 (обозначения по ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые. Общие технические условия») позволит снизить суммарные затраты электроэнергии на охлаждение силового трансформатора и на потери в нем на 10-12%, что даст годовую экономию электроэнергии в размере 25,0-30,0 тыс. кВт×час.

1. Способ управления системой охлаждения силового трансформатора с частотно-регулируемым приводом масляных и воздушных охладителей, заключающийся в том, что на основе термогидравлических моделей формируют массив возможных режимов трансформатора и соответствующий ему массив режимов охлаждения, а в процессе эксплуатации измеряют токи в обмотках трансформатора и параметры окружающей среды и устанавливают режим охлаждения, удерживающий температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах, отличающийся тем, что в процессе эксплуатации выделяют подмассив режимов трансформатора, соответствующий измеренным токам, и для каждого выделенного режима трансформатора - подмассив режимов охлаждения, соответствующий измеренным параметрам окружающей среды, при этом для каждого выделенного режима охлаждения вычисляют суммарные затраты электроэнергии на охлаждение и на потери в трансформаторе и устанавливают минимизирующий указанные затраты режим охлаждения, удерживающий температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют содержание влаги и газа в масле и определяют допустимую температуру наиболее нагретой точки с учетом результатов указанных измерений.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве параметров окружающей среды измеряют температуру, влажность и давление воздуха.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что периодически измеряют температуру верхних слоев масла и корректируют текущий режим охлаждения по результатам указанного измерения.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подмассив режимов охлаждения выделяют с учетом текущего положения регулятора напряжения под нагрузкой охлаждаемого трансформатора.



 

Похожие патенты:
В настоящем изобретении предлагается состав, пригодный для применения в электрическом оборудовании, содержащем диэлектрическую жидкость. Предлагаемый диэлектрический состав включает масляный компонент, причем масляный компонент содержит масло крамбе и/или рапсовое масло с высоким содержанием эруковой кислоты, а также этерифицированное масло крамбе и/или этерифицированное рапсовое масло с высоким содержанием эруковой кислоты, при этом масляный компонент имеет содержание эруковой кислоты по меньшей мере 45% по весу.

Способ защиты маслонаполненного трансформатора от взрыва, заключающийся в том, что вводят элегаз в масло, заполняющее бак трансформатора, и перекачивают полученную смесь масла и элегаза из верхней части бака трансформатора в нижнюю через наружный трубопровод со скоростью, равной или превышающей скорость свободного всплытия пузырьков элегаза, растворенных в масле. .

Изобретение относится к электротехнике, к системе масляного охлаждения, в частности, для трансформаторов, питающих тяговые электродвигатели и для масла в условиях высокой вязкости.

Изобретение относится к электротехнике, к силовым трехфазным трансформаторам, предназначенным для использования в передвижных трансформаторных подстанциях. .

Изобретение относится к электротехнике, к мощным реакторам для передачи энергии, в частности к маслонаполненным. .

Изобретение относится к способу для управления охлаждением технической установки с, по меньшей мере, одной электрической компонентой, как, например, трансформатором, и с системой охлаждения с, по меньшей мере, одним охлаждающим элементом для охлаждения электрической компоненты, причем, по меньшей мере, один сенсорный датчик измеряет температуру и/или вязкость находящейся в системе охлаждения охлаждающей среды.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу обработки трансформаторного масла, применяемого в силовых трансформаторах, от отложений сульфида меди на материалах и поверхностях, контактирующих с электроизоляционным маслом внутри электрического устройства.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроизоляционной жидкой композиции на основе растительного масла или смеси растительных масел (рапсовое, подсолнечное, кукурузное), которое может быть использовано в качестве охлаждающей жидкости, силового электротехнического оборудования.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для охлаждения трансформаторов. .

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электростанциях. .

Изобретение относится к регулированию температуры энергетической установки транспортного средства. Автоматическая микропроцессорная система регулирования температуры энергетической установки транспортного средства включает в себя охлаждающее устройство, насос охлаждающей жидкости, вентилятор, плавно управляемый электропривод вентилятора, микропроцессорный контроллер, датчик температуры энергетической, датчик мощности энергетической установки, датчик температуры наружного охлаждающего воздуха, датчик частоты вращения вала энергетической установки, датчик частоты вращения вала вентилятора, сравнивающие устройства, устройство коррекции коэффициента передачи регулятора температуры.

Изобретение относится к регулированию температуры энергетической установки транспортного средства. Автоматическая микропроцессорная система регулирования температуры энергетической установки транспортного средства включает в себя охлаждающее устройство, насос охлаждающей жидкости, вентилятор, плавно управляемый электропривод вентилятора, микропроцессорный контроллер, датчик температуры энергетической, датчик мощности энергетической установки, датчик температуры наружного охлаждающего воздуха, датчик частоты вращения вала энергетической установки, датчик частоты вращения вала вентилятора, сравнивающие устройства, устройство коррекции коэффициента передачи регулятора температуры.

Изобретение относится к автоматическим регулирующим устройствам стабилизации температуры силовых элементов электронного оборудования. Устройство управления термостабилизацией силового электронного оборудования для тяжелых условий эксплуатации содержит систему управления, соединенную с вытяжным вентилятором, кроме того, применяется вытяжной вентилятор с регулированием скорости.

Изобретение относится к системам управления или регулирования неэлектрических величин, в частности к устройствам для климатической защиты размещаемой в них аппаратуры, например телевизионной, охранной, контрольно-измерительной.

Группа изобретений относится к устройствам и способу для управления температурой. Техническим результатом является упрощение конструкции устройства.

Использование: для отвода тепла от электронных компонентов. Сущность изобретения заключается в том, что светотранзистор с двумя излучающими переходами выполнен в виде биполярного транзистора с р-n-р или n-p-n-структурой, где оба перехода сформированы в виде светоизлучающих, а сам транзистор включается по схеме с общей базой, причем оба источника питания для базы - эмиттера и базы - коллектора подключаются таким образом, что оба р-n-перехода могут быть одновременно открыты или закрыты, причем в транзисторе возникает дополнительное усиление за счет повышения проводимости полупроводниковых материалов при поглощении фотонов, излучаемых р-n-переходами.

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, в частности к устройствам для охлаждения компьютерных процессоров. Техническим результатом является повышение эффективности системы охлаждения.

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например, к устройствам для охлаждения электронных компонентов. Техническим результатом является повышение эффективности системы охлаждения.

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компонентов электронной аппаратуры. Технический результат - повышение энергоэффективности системы охлаждения.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться для нормализации температуры процессоров современных компьютеров. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения компьютерного процессора.

Автоматический нейросетевой настройщик параметров ПИ-регулятора для управления нагревательными объектами содержит уставку по температуре, ПИ-регулятор, объект управления, два блока задержки сигналов, нейросетевой настройщик, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к системам управления, автоматически выбирающим оптимальный режим работы. Способ управления системой охлаждения маслонаполненного трансформатора с частотно регулируемым приводом масляных и воздушных охладителей заключается в следующем. На основе термогидравлических моделей трансформатора формируют массив возможных режимов трансформатора и соответствующий ему массив режимов охлаждения. В процессе эксплуатации измеряют токи в обмотках трансформатора и параметры окружающей среды и выделяют подмассив режимов трансформатора, соответствующий измеренным токам, и для каждого выделенного режима трансформатора - подмассив режимов охлаждения, соответствующий измеренным параметрам окружающей среды. Для каждого выделенного режима охлаждения вычисляют суммарные затраты электроэнергии на охлаждение и на потери в трансформаторе и устанавливают минимизирующий указанные затраты режим охлаждения, удерживающий температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах. Технический результат изобретения заключается в уменьшении суммарных затрат электроэнергии на охлаждение трансформатора и на потери в нем. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх