專利名稱:變壓器經(jīng)濟運行智能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種變壓器經(jīng)濟運行智能控制系統(tǒng),本控制系統(tǒng)能根據(jù)變壓器的實際工作狀況自動調(diào)整其運行模式,使變壓器始終運行在最經(jīng)濟的狀況下,屬于供電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
眾所周知變壓器在運行中要產(chǎn)生功率損耗。為了降低變壓器損耗,提高變壓器的運行可靠性,GB/T13462《工礦企業(yè)電力變壓器經(jīng)濟運行導(dǎo)則》國家標(biāo)準規(guī)定了電力變壓器經(jīng)濟運行方式的選擇、計算和管理要求。電力變壓器經(jīng)濟運行是指在技術(shù)經(jīng)濟允許、保證安全生產(chǎn)的條件下,通過優(yōu)先運行方式、合理調(diào)整負載、改善運行條件,使變壓器在電能損耗低的狀態(tài)下運行。上述國家標(biāo)準規(guī)定A、單臺變壓器經(jīng)濟運行區(qū)β2 β <1;Β、單臺變壓器最佳經(jīng)濟運行區(qū)1. 33 β 2 Z ^ β < 0. 75。電力變壓器的有功功率損耗包含變壓器空載損耗Ptl和變壓器負載損耗Pk兩部分
空載損耗Ptl是只與變壓器鐵芯相關(guān)的常數(shù),它不隨變壓器負載的變化而變化。而負載損耗Pk則為變壓器繞組中的銅線圈電流損耗,根據(jù)P=I2R,故Pk與負載電流的平方成正比。 I0%> Ud%為變壓器一個固定參數(shù),它們由變壓器銘牌或變壓器技術(shù)參數(shù)說明書提供,故變壓器負載損耗主要受負荷變化影響的銅耗決定。注Pci為變壓器額定空載有功損耗即變壓器鐵耗; 工0%為變壓器空載電流;
Pk為變壓器額定負載有功損耗即變壓器銅損; Ud%為變壓器阻抗電壓。目前,國內(nèi)外在變壓器節(jié)能技術(shù)方面作了大量研究。其基本思路主要是利用計算方式和分析軟件正確選用變壓器容量和臺數(shù),推廣使用高效能、低損耗的變壓器,提高功率因數(shù)等。也有不少關(guān)于變壓器如何運行才能達到最佳經(jīng)濟運行的討論,但這些都主要從選擇變壓器容量及運行方式角度考慮,一旦變壓器投運,變壓器容量就固定了,屬于事先防控,不能解決現(xiàn)有設(shè)備的經(jīng)濟運行方式。對于兩臺或多臺變壓器還涉及到運行方式的優(yōu)選, 而大部分采用的方式則是靠測量負荷大小來決定變壓器的合理經(jīng)濟運行方式,然后靠人力進行倒換,使負荷較輕時由單臺變壓器運行,負荷高于臨界值時由兩臺或多臺變壓器并列運行,來達到降低變壓器損耗的目的。這樣做理論上可行,但就國內(nèi)IOKV配網(wǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀來說,實際操作起來很困難。這是因為雖然網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)日新月異,有不少利用網(wǎng)絡(luò)進行實時監(jiān)控的手段,但由于大部分配電變壓器安裝地點復(fù)雜、分散、數(shù)量多、距離比較遠, 造成組網(wǎng)、通訊困難,很難獲取實時運行數(shù)據(jù),工作人員到現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)又使得數(shù)據(jù)有局限性。對于一個城市的配網(wǎng)供電系統(tǒng)來說,要將網(wǎng)絡(luò)布到每個配電房是一項非常龐大的工程。由于季節(jié)變換用電設(shè)備的投運會導(dǎo)致用電負荷出現(xiàn)很大差別,就在一天M小時內(nèi)都會出現(xiàn)用電高峰、低谷期,所以靠測量一些離散點的數(shù)據(jù)用于分析和控制,實用性、準確性不大。 因為不能保證數(shù)據(jù)的持續(xù)性和準確性,故用這些數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論可靠性自然受到影響。不但現(xiàn)有技術(shù)對兩臺或多臺變壓器運行方式的優(yōu)選不能很好地解決,而且當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障后如何處理,或者如何及時發(fā)現(xiàn)故障,至今也沒有這樣的解決方案或設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足,本發(fā)明的目的是提供一種變壓器經(jīng)濟運行智能控制系統(tǒng),本控制系統(tǒng)能使變壓器始終處于最佳經(jīng)濟運行狀況下,并在變壓器出現(xiàn)故障后及時有效地予以隔離,使故障段負荷轉(zhuǎn)移至另一正常工作的變壓器上。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的變壓器經(jīng)濟運行智能控制系統(tǒng),其特征在于 它主要由電流互感器、電壓互感器、數(shù)據(jù)采集計算分析模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、CPU邏輯控制器、參數(shù)設(shè)置模塊、中間繼電器和變壓器信息采集器組成;電流互感器、電壓互感器、數(shù)據(jù)采集計算分析模塊和變壓器信息采集器的數(shù)量和變壓器對應(yīng),電流互感器和電壓互感器分別安裝在對應(yīng)的變壓器出線端,用于采集該變壓器的輸出電流和電壓,電流互感器和電壓互感器的輸出分別接對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集計算分析模塊,所有的數(shù)據(jù)采集計算分析模塊通過同一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊接CPU邏輯控制器;變壓器信息采集器與對應(yīng)的變壓器連接,用于采集該變壓器的工作狀態(tài)并將狀態(tài)信息送至CPU邏輯控制器由CPU邏輯控制器判斷該變壓器是否發(fā)生故障;CPU邏輯控制器的輸出通過中間繼電器連接變壓器運行系統(tǒng)的所有開關(guān)以根據(jù)接收到的指令控制這些開關(guān)的通斷,參數(shù)設(shè)置模塊與CPU邏輯控制器連接。本控制系統(tǒng)還包括顯示模塊,顯示模塊與CPU邏輯控制器連接。所述顯示模塊與參數(shù)設(shè)置模塊集成在一起形成圖形液晶顯示器。本發(fā)明直接對每臺變壓器運行數(shù)據(jù)進行采集、計算、分析并得出經(jīng)濟運行的方式, 然后下達指令直接控制電氣元件(斷路器)動作以達到改變變壓器運行方式的目的,從而達到降低變壓器損耗、節(jié)能降耗的目的。本控制系統(tǒng)直接裝于現(xiàn)場,安裝靈活、使用方便、工程量不大,對新建配網(wǎng)和老網(wǎng)改造都很適用。另外,當(dāng)本發(fā)明檢測到變壓器發(fā)生故障時,就按一定的邏輯順序進行操作,先將故障變壓器進行隔離(切斷變壓器高、低壓側(cè)的開關(guān)或斷路器),然后將故障段負載轉(zhuǎn)移到正常供電變壓器一側(cè),保證負荷正常供電。本發(fā)明將參數(shù)計算及控制結(jié)合起來,在變壓器運行條件符合轉(zhuǎn)換條件時就按照一定邏輯、閉鎖關(guān)系自動轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟、合理的運行方式。本控制系統(tǒng)可用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)具有兩臺或2N臺變壓器運行的系統(tǒng)。
圖1-單母線兩臺變壓器分段運行結(jié)構(gòu)運行方式一示意圖。圖2-單母線兩臺變壓器分段運行結(jié)構(gòu)運行方式二示意圖。
圖3-單母線兩臺變壓器分段運行結(jié)構(gòu)運行方式三示意圖。圖4-本發(fā)明系統(tǒng)方框圖。圖5-本發(fā)明控制流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明主要針對IOKV配網(wǎng)系統(tǒng)兩臺或多臺變壓器的最佳運行方式進行研究,首先在現(xiàn)場安裝本控制系統(tǒng),靠設(shè)備實時測量、監(jiān)控配網(wǎng)系統(tǒng)運行的參數(shù),然后數(shù)據(jù)經(jīng)CPU計算比較后下達指令給控制系統(tǒng),通過控制系統(tǒng)自動對變壓器的運行方式進行優(yōu)化組合,從而達到降低變壓器損耗的目的。其具體實現(xiàn)方案參見圖4,從圖上可以看出,本發(fā)明主要由電流互感器、電壓互感器、數(shù)據(jù)采集計算分析模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、CPU邏輯控制器、參數(shù)設(shè)置模塊、中間繼電器和變壓器信息采集器組成;電流互感器、電壓互感器、數(shù)據(jù)采集計算分析模塊和變壓器信息采集器的數(shù)量和變壓器對應(yīng),電流互感器和電壓互感器分別安裝在對應(yīng)的變壓器出線端, 用于采集該變壓器的輸出電流和電壓,電流互感器和電壓互感器的輸出分別接對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集計算分析模塊,所有的數(shù)據(jù)采集計算分析模塊通過同一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊接CPU邏輯控制器;變壓器信息采集器與對應(yīng)的變壓器連接,用于采集該變壓器的工作狀態(tài)并將狀態(tài)信息送至CPU邏輯控制器由CPU邏輯控制器判斷該變壓器是否發(fā)生故障。CPU邏輯控制器的輸出通過中間繼電器連接變壓器運行系統(tǒng)的所有斷路器以根據(jù)接收到的指令控制這些斷路器的通斷,參數(shù)設(shè)置模塊與CPU邏輯控制器連接。本控制系統(tǒng)還包括顯示模塊,顯示模塊與CPU邏輯控制器連接。所述顯示模塊與參數(shù)設(shè)置模塊集成在一起形成圖形液晶顯示器。各主要部件的功能介紹如下
電流互感器感應(yīng)低壓總路主回路電流輸送到數(shù)據(jù)采集計算分析系統(tǒng)。電壓互感器檢測變壓器的低壓側(cè)電壓,可作變壓器故障的判斷條件之一。數(shù)據(jù)采集計算分析模塊對采樣的低壓負荷電流、電壓進行計算三相平均電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)等所有電力參數(shù),并將計算結(jié)果通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送到CPU邏輯控制器。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)采集計算分析模塊輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CPU邏輯控制器能識別的數(shù)據(jù)格式并傳送到CPU邏輯控制器。CPU邏輯控制器通過輸入的計算結(jié)果,CPU邏輯控制器按編寫的邏輯控制程序進行運算、比較、判斷,然后按變壓器經(jīng)濟運行的方式發(fā)出控制指令,順序控制開關(guān)動作,改變變壓器運行方式,從而達到節(jié)能降耗的目的。圖形液晶顯示器(即觸摸屏):兼有參數(shù)設(shè)置和顯示功能,它與CPU邏輯控制器配合使用,通過程序設(shè)置顯示器上的菜單測量、狀態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)置、以及按鍵控制。中間繼電器擴大控制接點的容量,CPU邏輯控制器的輸出接點容量比較小,信號經(jīng)繼電器的線圈由繼電器的接點直接去控制開關(guān)動作。變壓器信息采集器檢測采集變壓器的工作狀態(tài),包括變壓器低壓側(cè)電流、低壓側(cè)電壓、變壓器油層溫度(通過在變壓器附近安裝溫度傳感器來檢測),送信息至CPU邏輯控制器用于判斷變壓器是否發(fā)生故障。電源模塊用于給各模塊供電,使裝置正常工作??諝忾_關(guān)(或熔斷器)給系統(tǒng)各功能模塊供電并起到保護作用。以下結(jié)合不同的變壓器運行方式對本發(fā)明具體控制過程作詳細說明。針對單母線兩臺變壓器分段運行結(jié)構(gòu),運行方式有以下四種
A、I號變壓器單臺運行,通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)向所有負載供電,見圖1;
B、II號變壓器單臺運行,通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)向所有負載供電,見圖2;
C、I、II號變壓器分列運行(聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開),見圖3;
D、兩臺變壓器并列運行(聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合),由兩臺變壓器同時向所有負荷供電,本系統(tǒng)不考慮該運行方式。變壓器正常運行方式的轉(zhuǎn)換按以下邏輯順序進行
A、I段變壓器單臺共用(3QF、4QF、5QF閉合位置;1QF、2QF分斷位置,見圖1),負荷上升轉(zhuǎn)為I、II段變壓器分列運行(1QF、2QF、4QF、5QF閉合位置;3QF分斷位置,見圖3)時合 IQF——合2QF——分3QF ;
B、I、II段變壓器分列運行(1QF、2QF、4QF、5QF閉合位置;3QF分斷位置,見圖3),負荷下降轉(zhuǎn)為I段單臺共用(3QF、4QF、5QF閉合位置;1QF、2QF分斷位置,見圖1)時合3QF—— 分^F——分IQF ;
C、II段變壓器單臺共用(1QF、2QF、3QF閉合位置;4QF、5QF分斷位置,見圖2),負荷上升轉(zhuǎn)為Ι、Π段變壓器分列運行(1QF、2QF、4QF、5QF閉合位置;3QF分斷位置,見圖3)時合 5QF——合4QF——分3QF ;
D、I、II段變壓器分列運行(1QF、2QF、4QF、5QF閉合位置;3QF分斷位置,見圖3),負荷下降轉(zhuǎn)為II段單臺共用(1QF、2QF、3QF閉合位置;4QF、5QF分斷位置,見圖2)時合3QF—— 分4QF——分^F。變壓器故障后,用電負荷會受到影響。為了不影響用戶的正常用電,當(dāng)檢測到變壓器故障后,按照一定的邏輯順序進行操作,將故障變壓器隔離,同時將故障段負荷轉(zhuǎn)移至另外一臺變壓器進行供電,保證負荷正常供電。變壓器故障后的轉(zhuǎn)換按以下邏輯順序進行
A、I段變壓器單臺共用(3QF、4QF、5QF閉合位置;1QF、2QF分斷位置,見圖1),當(dāng)I段變壓器故障;轉(zhuǎn)為II段變壓器分列運行(1QF、2QF、3QF閉合位置;4QF、5QF分斷位置,見圖2) 時斷4QF——斷5QF——合IQF——合2QF ;
B、II段變壓器單臺共用(1QF、2QF、3QF閉合位置;4QF、5QF分斷位置,見圖2),當(dāng)II 段變壓器故障;轉(zhuǎn)為I段變壓器分列運行(4QF、5QF、3QF閉合位置;1QF、2QF分斷位置,見圖 1)時斷2QF——斷IQF——合5QF——合4QF ;
C、I、II段變壓器分列運行(1QF、2QF、4QF、5QF閉合位置;3QF分斷位置,見圖3),當(dāng)I 段變壓器故障,轉(zhuǎn)為II段變壓器分列運行(1QF、2QF、3QF閉合位置;4QF、5QF分斷位置,見圖2)時斷4QF——斷5QF——合3QF ;
D、I、II段變壓器分列運行(1QF、2QF、4QF、5QF閉合位置;3QF分斷位置,見圖3),當(dāng)II 段變壓器故障,轉(zhuǎn)為I段變壓器分列運行(4QF、5QF、3QF閉合位置;1QF、2QF分斷位置,見圖1)時斷2QF——斷IQF——合3QF。本發(fā)明動作流程介紹(見圖5) 一、設(shè)備初始化
: :設(shè)備通電開始運行。參數(shù)設(shè)置變壓器參數(shù)(容量、空載有功損耗、額定負載有功損耗、空載電流
1。%,短路阻抗Uk%)、投切延時時間(高壓延時投入Tl、高壓延時切除T2、低壓延時投入T3、低壓延時切除T4、聯(lián)絡(luò)延時投入T5、聯(lián)絡(luò)延時切除T6)、烘潮間隔時間、變壓器烘潮時間、平均電流時間、電流采樣時間、狀態(tài)切換確認、互感器最大電流、動作閥值帶寬、變壓器過電流倍數(shù)、左右段負荷不平衡度、短時過電流時間、手/自動烘潮。(I;狀態(tài)檢測初始狀態(tài)是單臺變壓器運行還是兩臺變壓器運行分列運行,即進入
相應(yīng)的運行狀態(tài)。二、流程圖
1.系統(tǒng)上電開機;
2.根據(jù)要求是否需要設(shè)置參數(shù),如需要設(shè)置參數(shù),則設(shè)置參數(shù);
3.若不需要設(shè)備參數(shù)則進入模擬采集過程,將采集得到的數(shù)據(jù)送入內(nèi)存單元,以備后
用;
4.調(diào)節(jié)量程范圍,把采集得到的模擬量信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的量程,與數(shù)據(jù)采集計算分析模塊的數(shù)值對應(yīng);
5.把得到的負荷數(shù)據(jù)進行分解,計算出各段負荷;
6.檢測變壓器是否發(fā)生故障,若末檢測到故障信息,則進入(7);若發(fā)生故障則進入
(9);
7.根據(jù)計算出的各段負荷數(shù)據(jù),對負荷進行分析判斷,設(shè)置相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志;8.根據(jù)狀態(tài)標(biāo)志與原狀態(tài)標(biāo)志進行比較,如果標(biāo)志相同,表示不需要進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換,則轉(zhuǎn)到(3 )步;若需要進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換,則進入(9 )步;
9.根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和即將轉(zhuǎn)入的新狀態(tài),對照上面正常運行方式的四條邏輯順序和故障后的四條邏輯順序,查表找到需要的邏輯表,進行相應(yīng)的延時(延時時間常數(shù)見參數(shù)設(shè)置), 輸出合閘或分閘信號到相應(yīng)的繼電器,驅(qū)動相應(yīng)的斷路器(1QF 5QF);
10.檢測由斷路器自身輔助觸點輸出信號到CPU,由CPU進行判斷合閘或分閘是否成功。成功則轉(zhuǎn)入(11);失敗則轉(zhuǎn)入(14);
11.判斷切換狀態(tài)過程是否完成,完成則轉(zhuǎn)入(2)步;沒有完成則進入下一步;
12.執(zhí)行下一個動作(合閘或分閘);
13.轉(zhuǎn)入執(zhí)行(9);
14.對CPU內(nèi)部寄存器置相應(yīng)的標(biāo)志,在中文圖形顯示器上輸出中文提示報警信息,并按原動作順序的逆序輸出相反的命令(如原動作為合閘,逆序則為分閘;如原動作為分閘, 逆序則為合閘)。15.判斷逆序輸出相反的命令是否已完成,完成則停機;若沒有完成則返回(14)16.所有動作均在圖形液晶顯示器上記錄并顯示,并有動作日期和時間。本控制系統(tǒng)能根據(jù)負荷的變化,自動調(diào)整兩臺或多臺變壓器的運行方式,使每臺變壓器都能在經(jīng)濟運行區(qū)運行。尤其是季節(jié)的變化引起負荷大幅度變化時,能根據(jù)測量計算值自動對變壓器運行方式進行轉(zhuǎn)換1號單臺共用——兩臺分列運行——II號單臺共用,單臺共用時斷開另一臺變壓器一次側(cè)電源,達到降低變壓器空載損耗和負載損耗的目的。首先考慮以一臺為主變,另一臺為備變,運行一段時間后互相轉(zhuǎn)換主備關(guān)系,保證每臺變壓器能均衡使用。本發(fā)明還具有其它特點和功能
1.事件記錄詳細,有動作日期和時間,事件記錄數(shù)可達1200條;
2.根據(jù)負荷自動管理三臺變壓器的投運和停運;
3.自動計算平均負荷下的最小損耗,并自動切換其狀態(tài);
4.有變壓器停運、運行時間統(tǒng)計記錄;
5.權(quán)限管理,設(shè)置不同密碼得到不同權(quán)限,保證設(shè)備安全運行;
6.確認操作,所有操作均設(shè)置確認,防止誤操作;
7.參數(shù)設(shè)置后,全自動計算切換條件,無需人工干預(yù)。
權(quán)利要求
1.變壓器經(jīng)濟運行智能控制系統(tǒng),其特征在于它主要由電流互感器、電壓互感器、數(shù)據(jù)采集計算分析模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、CPU邏輯控制器、參數(shù)設(shè)置模塊、中間繼電器和變壓器信息采集器組成;電流互感器、電壓互感器、數(shù)據(jù)采集計算分析模塊和變壓器信息采集器的數(shù)量和變壓器對應(yīng),電流互感器和電壓互感器分別安裝在對應(yīng)的變壓器出線端,用于采集該變壓器的輸出電流和電壓,電流互感器和電壓互感器的輸出分別接對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集計算分析模塊,所有的數(shù)據(jù)采集計算分析模塊通過同一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊接CPU邏輯控制器;變壓器信息采集器與對應(yīng)的變壓器連接,用于采集該變壓器的工作狀態(tài)并將狀態(tài)信息送至CPU 邏輯控制器由CPU邏輯控制器判斷該變壓器是否發(fā)生故障;CPU邏輯控制器的輸出通過中間繼電器連接變壓器運行系統(tǒng)的所有開關(guān)以根據(jù)接收到的指令控制這些開關(guān)的通斷,參數(shù)設(shè)置模塊與CPU邏輯控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器經(jīng)濟運行智能控制系統(tǒng),其特征在于本控制系統(tǒng)還包括顯示模塊,顯示模塊與CPU邏輯控制器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器經(jīng)濟運行智能控制系統(tǒng),其特征在于所述顯示模塊與參數(shù)設(shè)置模塊集成在一起形成圖形液晶顯示器。
全文摘要
本發(fā)明涉及變壓器經(jīng)濟運行智能控制系統(tǒng),用于采集變壓器輸出電流和電壓的電流、電壓互感器分別接數(shù)據(jù)采集計算分析模塊,數(shù)據(jù)采集計算分析模塊通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊接CPU邏輯控制器;變壓器信息采集器用于采集變壓器工作狀態(tài)并將狀態(tài)信息送至CPU邏輯控制器由CPU邏輯控制器判斷變壓器是否發(fā)生故障;CPU邏輯控制器的輸出通過中間繼電器連接變壓器運行系統(tǒng)的所有開關(guān)以根據(jù)接收到的指令控制這些開關(guān)的通斷。本發(fā)明在變壓器運行條件符合轉(zhuǎn)換條件時就按照一定邏輯、閉鎖關(guān)系自動轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟、合理的運行方式,從而達到降低變壓器損耗的目的。本控制系統(tǒng)直接裝于現(xiàn)場,安裝靈活、使用方便、工程量不大,對新建配網(wǎng)和老網(wǎng)改造都很適用。
文檔編號H02P13/00GK102315813SQ20101052160
公開日2012年1月11日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者劉志宏, 劉蕾, 周道娟, 張發(fā)斌, 張曉勇, 徐焜耀, 徐鑫, 徐韜, 李志勇, 李曉林, 林蔭宇, 胡忠, 詹宏 申請人:重慶市電力公司, 重慶市電力公司城區(qū)供電局, 重慶櫻花電氣開關(guān)有限公司