劉冉

摘 要：發(fā)展智能電網(wǎng)是具有歷史性意義的一項工作，其中最基礎(chǔ)的是變電站需要實現(xiàn)的智能化工作。變電站一共包括三站層，依次為站控站層、間隔站層和過程站層，過程站層中最重要的一種高壓設(shè)備便是電力變壓器。在運(yùn)行過程中，電力變壓器極易出現(xiàn)故障，且造成的影響巨大，嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠程度。變壓器冷卻系統(tǒng)是變壓器可正常運(yùn)行的重要保障。目前，變壓器冷卻系統(tǒng)普遍采用常規(guī)繼電器邏輯控制裝置，其主要存在的問題為：線路連接復(fù)雜，維修困難；繼電器故障率高，妨礙系統(tǒng)正常運(yùn)行；運(yùn)行數(shù)據(jù)采集不完整，無法進(jìn)行設(shè)備運(yùn)作中全部信息的良好監(jiān)測；不可自動遠(yuǎn)程監(jiān)控，智能化低、技術(shù)人員工作量大；不能及時調(diào)控變化溫度，影響設(shè)備使用年限的同時產(chǎn)生大量能源浪費(fèi)。針對現(xiàn)有設(shè)備以上缺點，本文旨在研制一種新型冷卻系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對變壓器溫度的模糊PID控制，在簡化電路、提高系統(tǒng)工作可靠性和節(jié)約能源的同時，進(jìn)一步實現(xiàn)對變壓器溫度的智能化控制。鑒于此，本文是對變壓器風(fēng)冷智能控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和分析，僅供參考。

關(guān)鍵詞：模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；PID；變頻；風(fēng)冷控制系統(tǒng)

1 引言

針對目前變壓器風(fēng)冷控制系統(tǒng)中存在的問題，設(shè)計了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID技術(shù)的變頻調(diào)節(jié)風(fēng)冷控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以PLC及變頻器為核心控制設(shè)備，采用模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并選用2-7-7-3結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)化PID的控制參數(shù)，以精確控制變頻器的輸出頻率。通過仿真及試驗，驗證該系統(tǒng)比常規(guī)PID具有更好的動、靜態(tài)特性和自適應(yīng)性，可以快速跟蹤變壓器油溫變化，使變壓器的散熱量與發(fā)熱量實時平衡，以達(dá)到節(jié)能運(yùn)行目的。

2 變壓器冷卻器

本文研究對象為強(qiáng)油風(fēng)冷卻器，主要部件包括變壓器油泵，變壓器用風(fēng)扇，蝶閥，油流指示器，分控箱，溫度計等。它安裝螺旋翅片管作為散熱裝備，從而大幅加大了散熱面積。此外，其離心式潛油泵能增大管內(nèi)油運(yùn)動速度；翅片管中強(qiáng)烈吹風(fēng)，冷卻效率較散熱器大幅提高。冷卻器靠上下聯(lián)管與油箱聯(lián)通，運(yùn)行中使油箱頂端的高溫油流進(jìn)并經(jīng)冷卻器翅片管被風(fēng)吹冷后，再從油箱下部以一定流速進(jìn)入油箱中。

2.1 冷卻器本體

冷卻器本體分為板翅形與翅片管形二大類。強(qiáng)油風(fēng)冷卻器采用的翅片管形冷卻器核心部件是管束、集油盒、支架等。管束由翅片管與管板組成，翅片管是為了提高冷卻效率，一般采用增加管外傳熱面積，增強(qiáng)管中的熱量交換能力或一起采用增加管外傳熱面積和增強(qiáng)管中熱量交換。集油盒由鋼板焊接而成，分頂出式和側(cè)出式兩種。為了冷卻器的注油和放油，在冷卻器的上集油盒應(yīng)焊有注油塞，下集油盒上應(yīng)焊置放油塞，若為多回程，則在每個回程中需焊有注油塞和放油塞，且數(shù)量和回程數(shù)相等。支架用來將冷卻器安裝在變壓器上，一般是焊在冷卻器底部或中部，為了便于生產(chǎn)，一般在冷卻器的底部及中部均焊有支架。

2.2 冷卻器主要附件

冷卻器附件包含油泵、油流繼電器、分控箱和蝶閥。

2.2.1 油泵

除散熱器外，加裝潛油泵，通過泵來實現(xiàn)油的被迫循環(huán)，可以加快油的流動速度，進(jìn)一步加強(qiáng)了冷卻成效。油泵結(jié)構(gòu)主要包括泵體、葉輪、電機(jī)定轉(zhuǎn)子、泵軸、泵座、軸承座、軸向力平衡措施、軸承密封件、接線盒等附件。其主要工作過程為：油泵是動力產(chǎn)生源，把油箱底部的油打入設(shè)備內(nèi)部各個部件之間。在設(shè)備工作的進(jìn)程里，繞組與鐵心發(fā)出大量熱量，充斥在附近得油得以加熱，熱油變輕則向上流動；逐漸升入箱體最上端，跑進(jìn)冷卻器。溫差作用使其高溫油把熱發(fā)散至四周，油溫下降，之后，將溫度降低了得油通過油泵再次跑進(jìn)油箱里面?？梢姡捅迷谡麄€過程占據(jù)舉足輕重的位置。油泵的工作原理，實際上是能量的傳遞與轉(zhuǎn)換的過程，它將電機(jī)轉(zhuǎn)動的機(jī)械能轉(zhuǎn)為油流動的動能和勢能，這個過程必然伴隨了能量的損失，從而降低油泵效率。如果泵在啟動前體內(nèi)充斥著大量空氣，葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)會令空氣發(fā)出很小的離心力，會使得葉輪吸入口中心形成的真空環(huán)境極小，變壓器油不能進(jìn)入葉輪中心，影響油流流動，故在泵體上部安裝放氣塞。

2.2.2 油流繼電器

督察油泵有沒有存在反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，閥門有沒正確開啟及油流是不是正常的檢查儀器。具體工作原理為：油泵開啟后管內(nèi)有油流通過，且一旦油流到了固定值推動板被沖，擋板轉(zhuǎn)動至油流方向，從而使與推動板同軸的磁鐵也隨之旋轉(zhuǎn)，在磁力作用下，指示部分的磁鐵作同步轉(zhuǎn)動；當(dāng)擋板被沖至85°處，指示部分磁鐵也轉(zhuǎn)85°并令電器部分常閉接點開啟，常開接點關(guān)閉，會有正常運(yùn)行的信號給出，此時指針指示為活動。當(dāng)油流量減少到一定量，推動板在彈簧作用下帶動指示部分返回，使電氣部分的常開接點開啟，常閉接點關(guān)閉發(fā)生故障信號，指針在中間擺動或不再擺動。所以，將指示器接點引線接入控制箱回路便可對油泵進(jìn)行監(jiān)視。如果泵的流量超過了額定工作的75%，油流繼電器指針會偏向流動；當(dāng)油流量在油泵工作流量的60%～70%時，指針在中間擺動，此時油泵流量不足或蝶閥未全開；當(dāng)油流量小于60%的油泵工作流量時，指針則偏向停止不動，此時油泵反接或蝶閥未開。

2.2.3 分控箱

安裝了接觸器，熱繼電器、控制開關(guān)、繼電器等，主要控制變壓器冷卻系統(tǒng)運(yùn)行狀況，對變壓器風(fēng)扇、油泵、油流繼電器以及冷卻器進(jìn)出口溫升進(jìn)行監(jiān)視。其功能有：在變壓器開始工作下，能自動選擇需要數(shù)目的組數(shù)工作，如果變壓器停止了工作，也可自動斷開各組工作中的設(shè)備；當(dāng)變壓器頂層油溫等于設(shè)定的溫度，又可自動令輔助組工作起來；同樣，若工作中的冷卻器發(fā)生狀況不可正常工作，它可自動令備用組開始工作。

2.2.4 蝶閥

蝶閥主要安裝于變壓器與冷卻器連接處，當(dāng)冷卻器、油泵要檢修或安裝時，防止油箱內(nèi)油流失，必須關(guān)除蝶閥。當(dāng)冷卻器及油泵工作期間，需打開蝶閥，確保油管暢通。蝶閥開啟前，先擰開軸套上的螺釘，根據(jù)箭頭方向打開閥片，蝶閥開啟，再擰緊螺釘，此時軸頭蓋下的密封圈處于壓縮狀態(tài)，所產(chǎn)生的壓緊力是蝶閥正常運(yùn)行的重要保障。在蝶閥關(guān)閉的時候松開螺釘，按照箭頭方向關(guān)閉，關(guān)閉后擰緊螺釘即可。為了保證蝶閥的正確開關(guān)，軸頭蓋有一個箭頭方向，軸套上有“開”、“關(guān)”二字和箭頭。

3 仿真結(jié)果及結(jié)論

采用Matlabsimulink模塊對該系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，并將其階躍響應(yīng)曲線與常規(guī)PID比較，可以看出采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID算法具有更好的動、靜態(tài)特性、自適應(yīng)性和魯棒性。

基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變頻式變壓器風(fēng)冷控制裝置，具有溫度控制精確，調(diào)節(jié)時間短，無沖擊啟停等特點，在季節(jié)性溫差和晝夜溫差較大地區(qū)應(yīng)用，能夠提高設(shè)備的利用率，與常規(guī)定頻控制方式相比較，可以節(jié)能30%以上，具有較大的市場推廣價值。

4 結(jié)束語

設(shè)計為實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)智能監(jiān)測采用的可靠性技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控體系及通信實現(xiàn)、智能控制算法并說明在上述技術(shù)基礎(chǔ)上系統(tǒng)擬實現(xiàn)的功能；根據(jù)實際控制需求編寫I/O設(shè)定表并完成所需模塊型號選定；進(jìn)行系統(tǒng)電器元件的選型及電動機(jī)保護(hù)控制接線圖、PLC輸入輸出連接圖的設(shè)計，并根據(jù)接線原理圖介紹了各元件功用實現(xiàn)的方式。

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