220kV及以上電壓等級變壓器冷卻系統高效節能控制研究

孫洪巖，田雨潔

摘 要：采用變頻技術，實現控制、調整變壓器冷卻系統輸出功率，盡可能與變壓器總損耗相等，同時結合變壓器上層油溫和外部環境氣溫的反饋，以變壓器頂層油溫及負荷等參數作為被控量，使變壓器冷卻控制水平得到顯著提高，避免變壓器冷卻器長期無效運行，從而達到節能降耗、減少設備檢修周期、改善生產運行環境，延長設備使用壽命之目的。

關鍵詞：變壓器冷卻系統；冷卻裝置；變壓器頂層油溫；負荷電流信號

0 引言

隨著電網智能化水平不斷提高，電網中的變壓器總容量己達到發電總容量的9-10倍，對變壓器繞組溫度實施降溫控制是極其必要的。

1 正文

大型變壓器冷卻系統改造升級是電網發展必然趨勢.利用變頻技術及可編程控制器實現對大型變壓器冷卻裝置自動控制，能使變壓器溫度在不同環境溫度、不同負載條件下，控制在一個相對穩定的范圍內，避免變壓器冷卻器長期無效運行，從而達到節能降耗、減少設備檢修周期、改善生產運行環境，延長設備使用壽命之目的。

2 項目研究內容的原理簡述

（1）電力變壓器冷卻器全自動PLC變頻控制的研究

采用變頻技術，實現控制、調整變壓器冷卻系統輸出功率，盡可能與變壓器總損耗相等，同時結合變壓器上層油溫和外部環境氣溫的反饋，以變壓器頂層油溫及負荷等參數作為被控量，使變壓器冷卻控制水平得到顯著提高，避免變壓器冷卻器長期無效運行，從而達到節能降耗、減少設備檢修周期、改善生產運行環境，延長設備使用壽命之目的。

（2）應用PLC實現變壓器冷卻系統Fuzzy控制的研究

采用變頻器對冷卻系統實施有效控制，通過PLC采集變壓器上層油溫和負荷電流信號，經過Fuzzy程序運算后，變頻器冷卻系統對風機進行自動調速，使變壓器的損耗發熱與冷卻器散熱始終達到最佳平衡狀態。

目前，大型變壓器應用的強迫油循環風冷電力變壓器的控制裝置，均采用傳統的繼電器單元控制模式。通過溫度控制器的機械觸點的開閉驅動交流接觸器，實現各組冷卻器的投入和退出。

常規PID 控制的理論基礎是利用變壓器實際頂層溫度與溫度偏差作為控制變壓器冷卻系統的依據，積分環節可以增加控制穩定性，微分環節可以增加控制靈敏度，確保最佳設定值。誤差量是設定值，難以反映負荷不斷變化，負荷變化超出設定值時，單純采用PID 控制技術很難適難以適應負荷變化。模糊控制器（Fuzzy）具有良好的控制精度和自適應性。

在常規PID 控制的基礎上聯入模糊控制器Fuzzy，使之構成Fuzzy與PID的復合控制，輸入的數據是變壓器最頂層的油溫和預設溫度的偏差、變壓器負荷電流I和油溫偏差變化率C，輸出量為冷卻器頻率F。利用PID 的積分控制消除穩態誤差，利用PID 的常規控制消除穩態誤差，利用PID 的比例控制有效提高動態響應速度等，經過Fuzzy的模糊運算與模糊判斷，最終確定動態變化，Fuzzy與PID復合控制改善了Fuzzy 控制的穩定性能，進一步提高變壓器冷卻系統運行的穩定性、安全性和節能效果，這在智能電網變壓器冷卻系統控制中達到了技術先進水平。

因此，在常規PID控制的基礎上引入Fuzzy模糊控制構成Fuzzy-PID復合控制，利用PID的比例控制提高動態響應速度和積分控制消除穩態誤差，從而改善Fuzzy控制的穩態性能，采用這種復合控制方法調節冷卻電機的轉速從而高精度的保證變壓器發熱與散熱的實時平衡，延長變壓器的使用壽命，同時大大降低了變電所的所用電。

3 結論

改造后的變壓器冷卻系統的優越性如下：①冷卻器控制實現了自動適應、跟隨、智能化控制、無級調速.②變壓器冷卻器平穩啟動，消除啟動時油流涌動和沖擊電流現象，確保了變壓器的正常運行.③延長冷卻系統壽命，降低了使用成本.④改善了變壓器油溫平衡的狀況，減少油流靜電事故的發生.⑤智能化的變壓器冷卻器控制系統可以節能20%～60%，并大大降低了噪聲。

參考文獻：

[1]雷炎生.對大型變壓器冷卻控制系統的優化與設計[J].經營管理者.2010（20）.

[2]谷翔貴.風冷卻器組管的清洗[J].變壓器.1994（06）.

[3]王振浩，李國慶，李強，王勝楠.新型電力變壓器冷卻控制系統的設計與實現[J].東北電力學院學報.2003（06）.

[4]皮志軍，皮志勇，羅軍.電力變壓器冷卻控制系統的改進與設計[J].湖北電力.2006（02）

[5]亢書蘭.全國變壓器冷卻系統技術研討會在蘇州召開[J].華中電力.1990（04）.

[6]肖勇.變壓器冷卻系統的故障處理[J].變壓器.2003（09）.

[7]張秀芝，劉志清.清江水布埡電站500kV主變風冷系統PLC控制[J].中國農村水利水電.2009（08）.

[8]劉躍雷，萬萍..500kV變壓器風冷故障分析和處理[J].中國電力教育.2008（S3）.

[9]李曉慧，宋國福，宋娟..基于PLC及變頻的大型變壓器風冷卻器系統[J].河南科技.2006（08）.

[10]崔實，趙景林.VVVF 變頻器在變壓器冷卻系統應用的節能效果[J].節能.1998（02）.