什么是配電變壓器
變壓器運行中初次級線圈和磁芯都會產(chǎn)生熱量,變壓器油流經(jīng)這些部位靠熱傳導(dǎo)作用帶走熱量,再經(jīng)散熱器將熱量散發(fā)到環(huán)境空氣中?;蛘哒f,變壓器的運行表現(xiàn)為發(fā)熱和散熱兩個方面的對立統(tǒng)一體。顯然,變壓器產(chǎn)生的熱量多少與負載大小成正比,而散熱好壞與周圍環(huán)境直接相關(guān)。
配電變壓器是供電環(huán)節(jié)中最重要也是最普遍的一次設(shè)備。在我國現(xiàn)行配電網(wǎng)中,有35KV/66KV/110KV/154KV/220KV幾個電壓等級,以110KV/220KV為主。全國大約有中高壓變電站4萬個,這個數(shù)字還在逐年增長,其中大部分是兩臺變壓器并列運行。
負載的變化表現(xiàn)為基荷與周期性負荷的疊加。基荷主要為工業(yè)負荷,這部分負荷的變化比較緩慢,與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展有關(guān)。負荷的周期性,有(1)一日之內(nèi)變化的峰谷負荷;(2)一周之內(nèi)的工作日負荷與周末負荷;(3)一年之內(nèi)的春灌、夏季制冷、秋收和冬季取暖;(4)長假:五一、十一、春節(jié)。這幾個周期的相互疊加,就構(gòu)成了變壓器負載的基本變化規(guī)律,從而也就決定了變壓器發(fā)熱量的基本變化規(guī)律。
散熱效率取決于表面積和溫差。在同等表面積情況下,溫差的大小就決定了散熱效率的高低。變壓器負載增大時,發(fā)熱量增多,從而油溫升高,進而散熱管表面溫度升高。由于環(huán)境空氣一般比散熱管表面溫度低,形成溫差。由于熱傳導(dǎo)作用,圍繞散熱管一定厚度內(nèi)的空氣被逐漸加熱,這樣一來,熱量被轉(zhuǎn)移到環(huán)境空氣中。如果不及時將已被加熱的空氣移開,溫差就會逐漸減小,散熱效率又逐漸將下來。這個升溫和散熱相互作用的過程,最后會達到穩(wěn)態(tài),也就是散熱管表面溫度達到一個溫度平衡值,此時,單位時間內(nèi)的發(fā)熱量和散熱量相等。
如果這個溫度平衡值維持在較高水平,將使變壓器性能下降,甚至達到不可容忍的程度。為了維持較低溫度平衡值(45度到55度),必須采取強制風(fēng)冷措施,加速空氣對流。要維持更低的溫度水平,需要更大的送風(fēng)量,但這樣做給變壓器運行工況帶來的好處也就越來越微弱。因此,根據(jù)負荷的變化調(diào)整送風(fēng)量并維持合理的溫度平衡值,是變壓器經(jīng)濟運行的客觀需要。
為了安全的需要,變壓器冷風(fēng)機按最大化配置,也就是在滿負荷運行并且環(huán)境溫度達到最高值的情況下,變壓器的運行依然是安全的,也即在最大發(fā)熱量同時溫差最小的條件下,強制風(fēng)冷的送風(fēng)量,依然滿足散熱要求。
顯而易見,變壓器并不是總在滿負荷運行,一般負荷率在40%-70%之間。同時,變壓器也不會總在最壞散熱情況下運行,夏季溫度最高可到40C,但冬季只有10C以下,甚至達到零下10C。根據(jù)負荷情況和環(huán)境溫濕度的變化,開啟部分風(fēng)機,這樣的控制策略對變壓器安全運行是可行的。冷風(fēng)機的可利用小時數(shù)是有限的,隨著投運時間線性遞減。在保證變壓器散熱需要的前提下,適當(dāng)減少部分冷風(fēng)機的投運時間,可提高設(shè)備使用壽命。
在實際運行操作中,已經(jīng)設(shè)計了手動操作箱,有控制邏輯線路和手動按鈕。手動按鈕控制冷風(fēng)機供電回路繼電器吸合或放開,從而達到手動控制冷風(fēng)機投運或切除的目的。如果操作人員根據(jù)負載情況和氣候條件,及時投切冷風(fēng)機,可達到既保證變壓器可靠運行,又能延長冷風(fēng)機使用壽命,并起到節(jié)約電能的目的。
然而,“及時投切”實施起來有困難。操作人員為了保證變壓器可靠運行,習(xí)慣上采取冷風(fēng)機全部投入運行的簡化工作模式。這就造成了冷風(fēng)機過渡運行,容易引發(fā)冷風(fēng)機故障。根據(jù)每個季度的氣候條件和典型日負荷情況,制定冷風(fēng)機合理投切策略,智能控制器按照事先制定的控制策略,實施對應(yīng)冷風(fēng)機的投切,從而實現(xiàn)無人值守變壓器冷風(fēng)機智能投切。為了實現(xiàn)及時投切的目的,擬采用智能控制技術(shù)方案。
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