變電站電力變壓器冷風(fēng)機觸摸屏智能控制器
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變電站電力變壓器冷風(fēng)機觸摸屏智能控制器
配電變壓器是供電環(huán)節(jié)中最重要也是最普遍的一次設(shè)備。在我國現(xiàn)行配電網(wǎng)中，有35KV/66KV/110KV/154KV/220KV幾個電壓等級，以110KV/220KV為主。全國大約有中高壓變電站4萬個，這個數(shù)字還在逐年增長，其中大部分是兩臺變壓器并列運行。
由于變壓器在運行中線圈會發(fā)熱，需要采取冷卻措施。小容量變壓器可采取干式變壓器，自然風(fēng)冷或強制風(fēng)冷。大容量變壓器一般以油為冷卻媒體，必須強制風(fēng)冷。
變壓器運行中初次級線圈和磁芯都會產(chǎn)生熱量，變壓器油流經(jīng)這些部位靠熱傳導(dǎo)作用帶走熱量，再經(jīng)散熱器將熱量散發(fā)到環(huán)境空氣中。或者說，變壓器的運行表現(xiàn)為發(fā)熱和散熱兩個方面的對立統(tǒng)一體。顯然，變壓器產(chǎn)生的熱量多少與負(fù)載大小成正比，而散熱好壞與周圍環(huán)境直接相關(guān)。
負(fù)載的變化表現(xiàn)為基荷與周期性負(fù)荷的疊加。基荷主要為工業(yè)負(fù)荷，這部分負(fù)荷的變化比較緩慢，與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展有關(guān)。負(fù)荷的周期性，有（1）一日之內(nèi)變化的峰谷負(fù)荷；（2）一周之內(nèi)的工作日負(fù)荷與周末負(fù)荷；（3）一年之內(nèi)的春灌、夏季制冷、秋收和冬季取暖；（4）長假：五一、十一、春節(jié)。這幾個周期的相互疊加，就構(gòu)成了變壓器負(fù)載的基本變化規(guī)律，從而也就決定了變壓器發(fā)熱量的基本變化規(guī)律。
散熱效率取決于表面積和溫差。在同等表面積情況下，溫差的大小就決定了散熱效率的高低。變壓器負(fù)載增大時，發(fā)熱量增多，從而油溫升高，進(jìn)而散熱管表面溫度升高。由于環(huán)境空氣一般比散熱管表面溫度低，形成溫差。由于熱傳導(dǎo)作用，圍繞散熱管一定厚度內(nèi)的空氣被逐漸加熱，這樣一來，熱量被轉(zhuǎn)移到環(huán)境空氣中。如果不及時將已被加熱的空氣移開，溫差就會逐漸減小，散熱效率又逐漸將下來。這個升溫和散熱相互作用的過程，最后會達(dá)到穩(wěn)態(tài)，也就是散熱管表面溫度達(dá)到一個溫度平衡值，此時，單位時間內(nèi)的發(fā)熱量和散熱量相等。
如果這個溫度平衡值維持在較高水平，將使變壓器性能下降，甚至達(dá)到不可容忍的程度。為了維持較低溫度平衡值（45度到55度），必須采取強制風(fēng)冷措施，加速空氣對流。要維持更低的溫度水平，需要更大的送風(fēng)量，但這樣做給變壓器運行工況帶來的好處也就越來越微弱。因此，根據(jù)負(fù)荷的變化調(diào)整送風(fēng)量并維持合理的溫度平衡值，是變壓器經(jīng)濟運行的客觀需要。
為了安全的需要，變壓器冷風(fēng)機按最大化配置，也就是在滿負(fù)荷運行并且環(huán)境溫度達(dá)到最高值的情況下，變壓器的運行依然是安全的，也即在最大發(fā)熱量同時溫差最小的條件下，強制風(fēng)冷的送風(fēng)量，依然滿足散熱要求。
顯而易見，變壓器并不是總在滿負(fù)荷運行，一般負(fù)荷率在40%-70%之間。同時，變壓器也不會總在最壞散熱情況下運行，夏季溫度最高可到40C,但冬季只有10C以下,甚至達(dá)到零下10C。根據(jù)負(fù)荷情況和環(huán)境溫濕度的變化，開啟部分風(fēng)機，這樣的控制策略對變壓器安全運行是可行的。
冷風(fēng)機的可利用小時數(shù)是有限的，隨著投運時間線性遞減。在保證變壓器散熱需要的前提下，適當(dāng)減少部分冷風(fēng)機的投運時間,可提高設(shè)備使用壽命。
在實際運行操作中，已經(jīng)設(shè)計了手動操作箱，有控制邏輯線路和手動按鈕。手動按鈕控制冷風(fēng)機供電回路繼電器吸合或放開，從而達(dá)到手動控制冷風(fēng)機投運或切除的目的。如果操作人員根據(jù)負(fù)載情況和氣候條件，及時投切冷風(fēng)機，可達(dá)到既保證變壓器可靠運行，又能延長冷風(fēng)機使用壽命，并起到節(jié)約電能的目的。
然而，“及時投切”實施起來有困難。操作人員為了保證變壓器可靠運行，習(xí)慣上采取冷風(fēng)機全部投入運行的簡化工作模式。這就造成了冷風(fēng)機過渡運行，容易引發(fā)冷風(fēng)機故障。
為了實現(xiàn)及時投切的目的，采用智能控制技術(shù)方案。根據(jù)每個季度的氣候條件和典型日負(fù)荷情況，制定冷風(fēng)機合理投切策略，智能控制器按照事先制定的控制策略，實施對應(yīng)冷風(fēng)機的投切，從而實現(xiàn)無人值守變壓器冷風(fēng)機智能投切。
觸摸屏智能控制器通過R485總線外掛輸入輸出模塊，擴展性好，方便進(jìn)一步與變電站自動化系統(tǒng)結(jié)合
可將控制器安裝在操作箱中，也可安裝在值班室。如果安裝在值班室，需要把R485總線（四根信號線）從操作箱引入到值班室，不超過1000米即可。
（１） 及時投切
智能控制器按照事先制定好的控制策略，通過閉合或者分?jǐn)鄬?yīng)回路的冷風(fēng)機控制繼電器，實現(xiàn)及時投切。
（２） 無人值守
智能控制器自動實施冷風(fēng)機就地控制，無需人工干預(yù)。
（３） 策略控制
某個變壓器的負(fù)荷變化趨勢，操作人員可根據(jù)實際運行經(jīng)驗，通過冷風(fēng)機輪轉(zhuǎn)表格來刻畫。在保證變壓器可靠運行的前提下，依據(jù)季節(jié)氣候變化規(guī)律和負(fù)荷變化規(guī)律，制定控制策略。
（４） 故障告警
一旦發(fā)現(xiàn)某個回路閉合或開斷故障，可以聲音報警，提示值班人員檢修。
（５） 運行記錄
冷風(fēng)機投切及運行狀態(tài)記錄(SOE),便于事后分析，用于控制策略的完善。
（６） 可遠(yuǎn)程監(jiān)控
有條件時可以布置通訊電纜，通過控制器通訊口，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
本控制系統(tǒng)由華北電力大學(xué)、荷澤電力公司、北京凱控科技有限公司聯(lián)合研發(fā)，經(jīng)現(xiàn)場實際運行，證明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠24小時不間斷運轉(zhuǎn)，效果良好。
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