220kV及以上电压等级变压器冷却系统高效节能控制研究

2024.06.26

孙洪岩，田雨洁

摘要：采用变频技术，实现控制、调整变压器冷却系统输出功率，尽可能与变压器总损耗相等，同时结合变压器上层油温和外部环境气温的反馈，以变压器顶层油温及负荷等参数作为被控量，使变压器冷却控制水平得到显著提高，避免变压器冷却器长期无效运行，从而达到节能降耗、减少设备检修周期、改善生产运行环境，延长设备使用寿命之目的。

关键词：变压器冷却系统；冷却装置；变压器顶层油温；负荷电流信号

0 引言

随着电网智能化水平不断提高，电网中的变压器总容量己达到发电总容量的9-10倍，对变压器绕组温度实施降温控制是极其必要的。

1 正文

大型变压器冷却系统改造升级是电网发展必然趋势.利用变频技术及可编程控制器实现对大型变压器冷却装置自动控制，能使变压器温度在不同环境温度、不同负载条件下，控制在一个相对稳定的范围内，避免变压器冷却器长期无效运行，从而达到节能降耗、减少设备检修周期、改善生产运行环境，延长设备使用寿命之目的。

2 项目研究内容的原理简述

（1）电力变压器冷却器全自动PLC变频控制的研究

采用变频技术，实现控制、调整变压器冷却系统输出功率，尽可能与变压器总损耗相等，同时结合变压器上层油温和外部环境气温的反馈，以变压器顶层油温及负荷等参数作为被控量，使变压器冷却控制水平得到显著提高，避免变压器冷却器长期无效运行，从而达到节能降耗、减少设备检修周期、改善生产运行环境，延长设备使用寿命之目的。

（2）应用PLC实现变压器冷却系统Fuzzy控制的研究

采用变频器对冷却系统实施有效控制，通过PLC采集变压器上层油温和负荷电流信号，经过Fuzzy程序运算后，变频器冷却系统对风机进行自动调速，使变压器的损耗发热与冷却器散热始终达到最佳平衡状态。

目前，大型变压器应用的强迫油循环风冷电力变压器的控制装置，均采用传统的继电器单元控制模式。通过温度控制器的机械触点的开闭驱动交流接触器，实现各组冷却器的投入和退出。

常规PID 控制的理论基础是利用变压器实际顶层温度与温度偏差作为控制变压器冷却系统的依据，积分环节可以增加控制稳定性，微分环节可以增加控制灵敏度，确保最佳设定值。误差量是设定值，难以反映负荷不断变化，负荷变化超出设定值时，单纯采用PID 控制技术很难适难以适应负荷变化。模糊控制器（Fuzzy）具有良好的控制精度和自适应性。

在常规PID 控制的基础上联入模糊控制器Fuzzy，使之构成Fuzzy与PID的复合控制，输入的数据是变压器最顶层的油温和预设温度的偏差、变压器负荷电流I和油温偏差变化率C，输出量为冷却器频率F。利用PID 的积分控制消除稳态误差，利用PID 的常规控制消除稳态误差，利用PID 的比例控制有效提高动态响应速度等，经过Fuzzy的模糊运算与模糊判断，最终确定动态变化，Fuzzy与PID复合控制改善了Fuzzy 控制的稳定性能，进一步提高变压器冷却系统运行的稳定性、安全性和节能效果，这在智能电网变压器冷却系统控制中达到了技术先进水平。

因此，在常规PID控制的基础上引入Fuzzy模糊控制构成Fuzzy-PID复合控制，利用PID的比例控制提高动态响应速度和积分控制消除稳态误差，从而改善Fuzzy控制的稳态性能，采用这种复合控制方法调节冷却电机的转速从而高精度的保证变压器发热与散热的实时平衡，延长变压器的使用寿命，同时大大降低了变电所的所用电。

3 结论

改造后的变压器冷却系统的优越性如下：①冷却器控制实现了自动适应、跟随、智能化控制、无级调速.②变压器冷却器平稳启动，消除启动时油流涌动和冲击电流现象，确保了变压器的正常运行.③延长冷却系统寿命，降低了使用成本.④改善了变压器油温平衡的状况，减少油流静电事故的发生.⑤智能化的变压器冷却器控制系统可以节能20%～60%，并大大降低了噪声。

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