变频技术在变压器风冷控制的应用

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摘要：设计一种变频式变压器风冷控制装置，通过调节变压器冷却风机的转速达到节能减排和延长风机使用寿命的目的。通过试验解决了变频器运行过程中的干扰问题。

关键词：变压器；风冷；变频

泵与风机类负载采用变频调速技术可以节能30%左右。发电厂与变电所中的变压器大多采用强迫油循环风冷却或自然油循环风冷却运行方式。常规运行模式为根据变压器顶层油温整组投切工频运行的循环油泵和风机，在昼夜温差和季节温差较大的地区或者用电负荷波动较大的地区势必由于过冷却造成能源的浪费。1985年日本日立公司最先提出了根据变压器负载以及环境温度变化的变压器风冷变频运行方案，并在理论上进行了节能分析和试验验证[1]。2007年吉林供电公司首次在某变电所进行变压器变频风冷的现场运行试验，试验结果表明安装变频式变压器风冷控制系统后,变压器风冷装置日平均的耗电量约为原运行方式下的35%。

1试验装置结构

试验装置以SIEMENS公司的S7-300系列PLC和ABB公司的ACS510系列变频器作为核心控制设备，系统结构如图1所示。自主研发的数字式多传感器变压器油面温度表用于测量变压器顶层油温。该温度表的特点是探头内采用2只数字温度传感器DS18B20和1支Pt100铂电阻温度传感器，三者互为备用。其中Pt100传感器直接通过四线制连接到PLC的热电阻输入模块上，作为后备测温元件使用。根据两只DS18B20测温偏差可以判断传感器和仪表的工作状态。PLC通过MB总线读取变压器油面温度，结合变压器负荷状态，计算当前变压器的损耗和需要冷却风机的运行功率。PLC通过MB总线向变频器发出频率调节命令，控制风机在预期转速下运行。为保证电机的安全性，变频器的最高运行频率设定为工频50Hz[2]。

2模糊控制算法的应用

2.1频率调节的模糊控制

试验装置采用工、变频双模的运行方式，其中工频运行模式是变频运行模式的备用。在变频运行模式下，PLC通过MODBUS现场总线从现地智能测温仪表获取的变压器顶层油温，综合温度偏差及偏差的变化率，采用模糊算法确定冷却器组最佳的运行频率，并通过MB现场总线将变频指令下达给变频器。顶层油温的主要测量设备采用自主研发的数字式多传感器智能测温仪表，PT100热电阻作为备用测温手段，以保证温度测量的准确性和可靠性。模糊变频原理框图如图2所示。2.2风机投切的模糊控制工频状态下冷却器组模糊投切的原理框图如图3所示。PLC综合变压器顶层油温的当前值和前十分钟的温度值，温度偏差及偏差变化率，负荷电流大小，预测变压器顶层油温的未来走向，确定当前需要投切冷却器组的组数，并发出相应的投切指令。

3试验中发现的问题及解决措施

某变电所变压器共有7组自然油循环风冷却器，每组冷却器配电机功率1.25kW风机1台，电机总功率8.75kW。在进行变频式风冷控制装置试验时，变频器额定功率18.5kW，额定电流38A。试验采用零频分组投入风机，手动升频方式进行。分别做增加风机组数和升频试验，发现随着风机投入组数的增加和频率的升高，数字温度表受到不同程度的干扰，直至无法正常测量和通信。试验现象见表1。试验过程中数字温度表中的Pt100传感器能够正常完成测温功能，说明干扰信号并没有叠加到Pt100的信号线上，通过示波器检测也证明了这一点。由于随着变频器所带风机组数的增加，负荷逐渐增大后干扰更加严重，直至表内单片机系统无法正常工作。检查温度表电缆与风机电缆并无完全平行捆扎在一起敷设，说明干扰的主要途径来自于仪表直流电源的可能性较大。用示波器观察温度表的12V直流电源，发现其上叠加了很多高频成分，频率范围在50Hz-10kHz之间。对于这种作用于非隔离电源工作的温度表上的传导干扰，通过在变频器输入和输出端加装滤波器后，干扰的情形得到抑制，改进试验结果也证明了这一点。

4结语

将模糊控制方法应用于变压器风冷系统控制中，主要目标是提高对变压器温度的控制精度，保证变压器在各类负载下发热与散热的实时平衡。采用模糊控制方法构成模糊变频风冷控制装置与常规控制装置相比较，节能效果将达到30%～50%。具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]赵贤兵，李芳芹.变频技术在泵与风机系统中应用的节能分析[J].能源工程,2004(5):52-54.

[2]森悦纪[日].可变速运行的变压器冷却装置[J].变压器,1985(1):31-35.

[3]贾振国.Fuzzy-PID变频技术在变压器冷却控制中的应用.[J].电气时代,2012(1):66-67.

[4]崔实,赵景林.VVVF变频器在变压器冷却系统应用的节能效果分析[J].节能,1998,(2):36-38.

[5]焦日升.变频式变压器风冷节能控制技术在大型变压器上的应用[C].吉林省电机工程学会2008年学术年会论文集节能,2007：223-231.

[6]黎贤钛.电力变压器冷却系统设计[M].杭州：浙江大学出版社，2009.

作者：杨忠亮 张胜宝 贾振国 李岩松 单位：深圳供电局有限公司 长春工程学院 深圳市远泰电力技术有限公司