电力变压器冷却器智能控制系统的设计

作     者：郭琦 

作者单位：太原科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于少娟

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：电力变压器 油浸风冷 自适应控制 神经网络 硬件冗余 

摘      要：电力变压器作为整套电力系统中的核心设备,在电力电能的连接、传输、分配中起着关键作用。变压器的运行寿命与其内部温度密切相关,因此变压器冷却控制系统的性能表现对其正常运行至关重要。对变压器现有冷却器控制系统进行分析,存在控制策略单一、冷却器能耗和故障率较高、冷却容量过渡不够平滑等问题,难以满足现有智能变电运维体系的要求。针对这些问题,通过调查统计北方某省500k V的变压器冷却系统,选择其中运用最多的油浸风冷型(Oil Natural Air Forced,ONAF)变压器作为本文研究对象,首先设计了变压器冷却器的控制策略,进一步,设计了基于双CPU型PLC的控制系统硬件及软件系统。首先,建立了油浸风冷式变压器散热与温升的计算模型。针对油浸式自然风冷变压器,研究其内部热量的不同散出方式。分别对热传导、对流和辐射三种情况进行了分析与计算,并建立了变压器损耗与散热量的计算模型。进一步,对变压器的绕组、平均和顶层的温升进行了计算,探究了影响变压器温升的相关影响因素,得到了变压器的温升模型,为冷却器控制策略的改进和优化提供了依据。然后,对变压器冷却器控制策略进行了研究。结合变压器的运维经验和相关运维规程,针对现有冷却器控制系统能耗高的问题,设计了根据顶层油温区间来选择不同控制模式的策略;针对现有冷却器控制系统中冷却器投入不均衡的问题,提出了冷却风机智能轮换投切模式;针对现有三位式控制系统对变压器温控系统控制效果不佳的问题,结合模糊控制、PID控制和神经网络的控制方法,设计了具有自适应功能的冷却器控制器,实现了由顶层油温对冷却风机的投入数量进行控制的功能。最后,完成了变压器冷却器控制系统的软、硬件设计。基于上述控制策略,先进行了硬件设备的选型及设计。重点进行了PLC的硬件冗余组态和相关元器件的参数设计,并进行了现场安装布局设计。进一步,完成了控制系统的软件设计,主要包括控制系统主程序、冷却风机模糊控制程序和风机智能投切子程序的设计,具备监控功能的人机交互界面设计,以实现冷却风机模糊控制和智能投切。本文从变压器现场运维中遇到的多类型问题出发设计了主变压器冷却器的智能控制系统。该系统具有智能程度高,控制灵活方便、温度变化平滑等优点,对新投运设备的设计和旧设备的改造均能够提供借鉴。