Управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности

Предложены показатели технической и экономической эффективности охлаждения силового масляного трансформатора, принципы их использования для регулирования охлаждения, структуры регуляторов системы охлаждения на основе критериев эффективности и принципы программной реализации в виде распределенного пр...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2008
Автор:	Поляков, М.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2008
Назва видання:	Електротехніка і електромеханіка
Теми:	Електричні машини та апарати
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143044
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности / М.А. Поляков // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 3. — С. 45-47. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-143044
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1430442018-10-23T01:23:09Z Управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности Поляков, М.А. Електричні машини та апарати Предложены показатели технической и экономической эффективности охлаждения силового масляного трансформатора, принципы их использования для регулирования охлаждения, структуры регуляторов системы охлаждения на основе критериев эффективности и принципы программной реализации в виде распределенного приложения. Пропоновані показники технічної та економічної ефективності охолодження потужного масляного трансформатору, принципи їх використання для регулювання охолодження, структури регуляторів системи охолодження на основі критеріїв ефективності та принципи програмної реалізації у вигляді розподіленого додатку. Ratings of technical and economical efficiency for power transformer cooling are introduced. Principles of their application to regulating cooling and cooling system regulator structure on the basis of efficiency criteria are described, principles of their program implementation in the form of distributed supplement are given. 2008 Article Управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности / М.А. Поляков // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 3. — С. 45-47. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143044 621.314 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Поляков, М.А. Управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности Електротехніка і електромеханіка
description	Предложены показатели технической и экономической эффективности охлаждения силового масляного трансформатора, принципы их использования для регулирования охлаждения, структуры регуляторов системы охлаждения на основе критериев эффективности и принципы программной реализации в виде распределенного приложения.
format	Article
author	Поляков, М.А.
author_facet	Поляков, М.А.
author_sort	Поляков, М.А.
title	Управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности
title_short	Управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности
title_full	Управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности
title_fullStr	Управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности
title_full_unstemmed	Управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности
title_sort	управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143044
citation_txt	Управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности / М.А. Поляков // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 3. — С. 45-47. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT polâkovma upravlenieohlaždeniemsilovogomaslânogotransformatorapokriteriûéffektivnosti
first_indexed	2025-07-10T16:18:14Z
last_indexed	2025-07-10T16:18:14Z
_version_	1837277431473373184
fulltext	Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3 45 УДК 621.314 УПРАВЛЕНИЕ ОХЛАЖДЕНИЕМ СИЛОВОГО МАСЛЯНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПО КРИТЕРИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ Поляков М.А., к.т.н., доц. Запорожский национальный технический университет Украина, 69063, Запорожье, ул. Жуковского, 64, ЗНТУ, кафедра "Электрические аппараты" тел.(061) 228-16-10, E-mail: polyakov@zntu.edu.ua Пропоновані показники технічної та економічної ефективності охолодження потужного масляного трансформато- ру, принципи їх використання для регулювання охолодження, структури регуляторів системи охолодження на основі критеріїв ефективності та принципи програмної реалізації у вигляді розподіленого додатку Предложены показатели технической и экономической эффективности охлаждения силового масляного трансфор- матора, принципы их использования для регулирования охлаждения, структуры регуляторов системы охлаждения на основе критериев эффективности и принципы программной реализации в виде распределенного приложения ВВЕДЕНИЕ Силовые масляные трансформаторы с принуди- тельным охлаждением имеют системы охлаждения с одной или более ступенями, которые содержат регу- лятор охлаждения, насосы, электродвигатели, венти- ляторы и коммутационные аппараты [1]. Как правило, суммарное время, когда система ох- лаждения находится в режимах OFAN и OFAF, соизме- римо со сроком службы трансформатора. Поэтому, па- раметры системы охлаждения, в значительной степени, определяют эксплуатационные расходы на трансформа- тор. Сокращение этих расходов является актуальной задачей в условиях рыночной экономики, удорожания энергоресурсов и комплектующих систем охлаждения. Один из путей решения задачи сокращения эксплуата- ционных расходов на трансформатор – повышение эф- фективности регулирования охлаждения. Как известно [2], оценка эффективности предпо- лагает соизмерение величины экономического или технического эффекта с затратами на его достижение. Применительно к регулированию охлаждения силово- го масляного трансформатора, оценка эффективности не определена в доступной автору литературе и нуж- дается в уточнении и детализации. Целью настоящей работы является определение показателей эффективности охлаждения силового масляного трансформатора и использования их для регулирования охлаждения. Экономический эффект от работы системы ох- лаждения базируется на техническом эффекте – эко- номии ресурса изоляции трансформатора. Расход ре- сурса изоляции зависит от скорости ее термического износа. Скорость износа изоляции определяется тем- пературой обмотки трансформатора, о которой мы судим, как правило, по данным измерения температу- ры верхних слоев масла. Принудительное охлаждение приводит к снижению температуры обмоток. В ре- зультате чего уменьшается скорость износа изоляции и возникает экономия ресурса изоляции. Вместе с тем, в режимах охлаждения OFAN и OFAF, сама сис- тема охлаждения потребляет значительное количест- во электроэнергии, расходуется ресурс ее элементов и, следовательно, возникают затраты, которые необ- ходимо соизмерять с эффектом экономии ресурса изоляции трансформатора. Результаты оценки эффективности охлаждения целесообразно использовать в процессе проектирова- ния систем охлаждения для обоснования проектных решений, определения допустимой нагрузки транс- форматора и для непосредственного управления сис- темой охлаждения. В последнем случае система ох- лаждения должна содержать соответствующий регу- лятор. Известные регуляторы систем охлаждения яв- ляются релейными или нечеткими [3]. В них исполь- зуется обратная связь по техническому параметру объекта управления – температуре верхних слоев масла. В настоящей работе рассмотрены принципы построения регулятора системы охлаждения с обрат- ной связью по эффективности охлаждения. Технической основой для выполнения в реаль- ном времени расчетов эффективности охлаждения и использования полученных значений для регулирова- ния охлаждения являются системы мониторинга и управления силовых трансформаторов, которые со- держат вычислительные устройства в виде промыш- ленных компьютеров и контроллеров [4]. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ Оценку эффективности охлаждения будем вести применительно к дискретному регулятору. То есть, полагаем, что решение об изменении режима охлаж- дения принимается периодически с периодом Δt, а измерения температуры масла, окружающей среды и тока нагрузки трансформатора производятся практи- чески непрерывно. Важным этапом оценки эффективности является выбор интервала времени для оценки эффекта. В ре- гуляторах на основе текущих значений возмущающих факторов это может быть предыдущий или текущий период регулирования. В регуляторах на основе про- гноза изменения дестабилизирующих факторов, это может быть горизонт прогноза, который соизмерим с тепловой постоянной системы охлаждения. При оценке эффективности за период регулиро- вания в устройстве управления системой охлаждения должно быть смоделировано изменение скорости рас- хода изоляции во всех режимах и выполнено сравне- ние с результатами работы системы охлаждения в режиме ONAN. Моделирование скорости расхода ресурса изоляции на горизонт прогноза предполагает моделирование не только термодинамических про- цессов в трансформаторе, но и моделирование регу- лятора. Для этих целей могут быть использованы мо- дели, предложенные в работе [3]. Предположим, что система охлаждения имеет одну ступень и работает в режимах ONAN и OFAF, именуемые в дальнейшем, соответственно, "on" и "off". Расход ресурса изоляции в режимах "on" ( onT ) и "off" ( offT ) определим по формулам: 46 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3 ( )∫ 2 1 t dttV=T t onon ; (1) ( )∫ 2 1 t dttV=T t offoff , (2) где 1t , 2t – время для граничных точек текущего ин- тервала регулирования охлаждения, причем 12 t>t и t=tt Δ− 12 ; ( )tVon , ( )tVoff – зависимости от времени относительных скоростей расхода ресурса изоляции трансформатора обусловленные термическим старе- нием в режимах "on" и "off", соответственно. При этом в каждый момент времени скорости ( )tVon , ( )tVoff вычисляются по формуле [5]: 6/Θ2 1Θ )=V ii( − , (3) где iΘ – текущая температура наиболее нагретой точки изоляции трансформатора, которая рассчитыва- ется по методике [5] на основе измерения температу- ры верхних слоев масла; 1Θi – температура наиболее нагретой точки изоляции трансформатора, при кото- рой скорость расхода ресурса изоляции трансформа- тора равна единице (по ГОСТ 14209-97 C98Θ ° i1 = ). Экономию ресурса изоляции в результате при- менения охлаждения определим как onoff TT=T − . (4) Полученный технический эффект можно соизме- рять: • со временем ont нахождения системы охлаждения в режиме "on" – техническая эффективность охлажде- ния в смысле его производительности ont tT=R / ; (5) • с затратами энергии A на охлаждение - техническая эффективность охлаждения в смысле экономичности энергопотребления ( ) MR=MtT=AT=R tonM /// , (6) где M – электрическая мощность, потребляемая сис- темой охлаждения от сети; • со стоимостью ресурсов всех видов, израсходован- ных системой охлаждения – технико-экономическая эффективность охлаждения эрC/T=Rc , (7) где эрC – стоимость эксплуатации системы охлажде- ния в режиме "on" за период регулирования. При этом стоимость эрC определим по формуле: ( ) ркрсоээр CCCC N++Mt= Δ , (8) где эC – стоимость киловатт-часа электроэнергии; рсоC – стоимость расхода ресурса элементов систе- мы охлаждения за единицу времени ее работы; N – количество переключений элементов системы охлаж- дения за период регулирования; ркC – стоимость расхода коммутационного ресурса элементов системы охлаждения за одну коммутацию (включе- ние/выключение). Экономическую эффективность охлаждения tЭ за период регулирования определим как: • разность величин стоимостей эффекта и затрат эррир CCЭ −T= , (9) где риC – стоимость расхода ресурса изоляции трансформатора в единицу времени; • отношение величин стоимостей эффекта и затрат эррио С/CЭ T= . (10) Если предположить, что в формуле (10) затраты эрC не зависят от количества переключений, то мож- но определить экономическую эффективность через техническую эффективность tR и отношение стои- мостей сэкономленных и потребленных ресурсов ( )( )рсоэриэррио СC/CС/CЭ +MR=T= t . (11) Формулы (1)–(11) могут быть использованы для определения эффективности гЭ охлаждения на гори- зонт прогноза изменения дестабилизирующих факто- ров. При этом следует учитывать, что за этот период времени система охлаждения может иметь более од- ного включения. Если система охлаждения имеет более одной сту- пени и(или) каждая ступень работает в режимах ONAN, ONAF и OFAF, то по формулам (1)-(11) вычис- ляется эффективность охлаждения в каждом режиме. РЕГУЛЯТОР ОХЛАЖДЕНИЯ Структура регулятора системы охлаждения, ис- пользующего приведенные выше определения теку- щей эффективности охлаждения, изображена на рис. С точки зрения теории автоматического управ- ления структура регулятора определяется заданием на регулирование, переменными процесса управления, возмущающими воздействиями, управляемыми пере- менными и типом регулятора. Возмущающими воздействиями для данной сис- темы управления являются ток I нагрузки трансфор- матора и температура aΘ окружающей среды. В качестве наблюдаемой переменной объекта управления выбрана текущая температура oΘ верх- них слоев масла, как показано на рис., или текущая температура обмотки трансформатора, при наличии соответствующего датчика. Термодинамическая модель трансформатора рас- считывает температуру ikΘ наиболее нагретой точки изоляции в интервале tΔ регулирования в каждом из возможных режимов охлаждения. Модель трансфор- матора построена на основе уравнения теплового ба- ланса трансформатора [1]. Параметрами модели яв- ляются: номI – номинальный ток нагрузки; xxP – мощность потерь холостого хода; Z – активное со- противление обмотки; C – теплоемкость трансфор- матора; kτ – тепловая постоянная трансформатора для каждого режима охлаждения. Блок расчета текущей эффективности охлажде- ния по формулам (1)-(4) вычисляет величину эконо- мии ресурса изоляции в результате применения охла- ждения и по формулам (5)–(10) – значение текущей эффективности охлаждения во всех возможных ре- жимах. При этом в расчетах используются значения электрических мощностей исполнительных элементов системы охлаждения. Вычисленные значения текущей эффективности в нечетком контроллере сравниваются с нормативной оценкой эффективности. Нечеткий контроллер пред- Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3 47 ставляет собой нелинейный регулятор, который реа- лизует алгоритм нечеткого вывода Мамдани [3] на основе базы правил регулирования охлаждения и оп- ределений лингвистических переменных входных и выходных величин. На выходе контроллера формиру- ется вектор управления исполнительными механиз- мами системы охлаждения. aΘ I oΘ p ikΘ tS ркрсоэри C,C,C,C Рис. Структура регулятора охлаждения на основе оценки текущей эффективности охлаждения Каждый разряд этого K -разрядного вектора ха- рактеризует состояние("0" – выключен, "1" – вклю- чен) одного исполнительного механизма (насос, вен- тилятор) системы охлаждения. Количество разрядов вектора Pa=K , где P – количество ступеней охла- ждения; a – количество элементов управления в сту- пени охлаждения. В простейшем случае, когда систе- ма охлаждения имеет одну ступень и работает в ре- жимах OFAN и OFAF разрядность вектора управле- ния исполнительными механизмами равна единице. Управление охлаждением на основе критериев эффективности, можно сочетать с управлением по изменениям величин возмущающих факторов и пере- менной управления, если эти величины подать на вход нечеткого контроллера и ввести дополнительные правила в базу правил продукций нечеткого вывода. Перспективным видом регуляторов охлаждения являются регуляторы на основе прогноза эффектив- ности охлаждения [6]. Как показал анализ данных мониторинга силовых трансформаторов, изменения токов нагрузки трансформатора носят циклический характер и могут быть предсказаны с определенной степенью достоверности. С этой целью в состав регу- лятора охлаждения вводится блока прогноза. Прин- ципы реализации этого блока будут изложены в от- дельной работе. В каждом цикле регулирования такой регулятор моделирует процесс охлаждения на горизонт прогноза и выполняет расчет эффективности охлаждения. По- лученная оценка эффективности поступает на вход нечеткого контроллера, который выбирает режим ох- лаждения. Программная реализация алгоритмов предло- женных регуляторов в среде промышленного кон- троллера системы управления охлаждением транс- форматора затруднена из-за ограниченного объема памяти программ и невысокого быстродействия кон- троллера. Поэтому предлагается распределить функ- ции регулятора между вычислительными устройства- ми промышленного компьютера и контроллера Контроллерная часть регулятора выполняет функции сопряжения с объектом управления – прием и первичную обработку данных от датчиков и управ- ление исполнительными механизмами системы охла- ждения. Основная часть регулятора построена в виде приложения в среде пакета программ MAT- LAB/Simulink и содержит блоки прогноза, нечеткого контроллера, расчета текущей и прогнозируемой эф- фективности охлаждения и термодинамической моде- ли трансформатора. Это приложение обменивается данными с контроллерной частью регулятора с ис- пользованием DDE – функций Simulink. Работоспособность предложенных регуляторов проверена путем имитационного моделирования про- цессов охлаждения в среде MATLAB/Simulink. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, предложенные аналитические выражения технической и экономической эффектив- ности охлаждения силового масляного трансформато- ра позволяют оценить различные аспекты эффектив- ности, учитываемые при построении регуляторов сис- темы охлаждения. Эффективность, как цель и критерий управления охлаждением, позволяет уменьшить время нахожде- ния системы охлаждения в режимах OFAN и OFAF в интервалах времени, когда экономия ресурса изоля- ции будет незначительной по сравнению с эксплуата- ционными расходами на систему охлаждения. Наиболее перспективным является нечеткий ре- гулятор охлаждения на основе показателей эффектив- ности с прогнозами изменения таких дестабилизи- рующих факторов как ток нагрузки и температура окружающей среды. Предложенные регуляторы охлаждения предпо- лагается использовать в составе интеллектуальной системы управления, содержащей промышленный контроллер и АРМ оператора на базе персонального компьютера. ЛИТЕРАТУРА [1] Алексеенко Г.В., Ашрятов А.К., Фрид Е.С. Испытания высоковольтных и мощных трансформаторов и авто- трансформаторов часть II, М.–Л., Госэнергоиздат, 1962, 832 с. [2] Кузьмин И.В. Оценка эффективности и оптимизация автоматических систем контроля и управления. М.: "Сов. Радио", 1971. [3] Поляков М.А. Нечеткий регулятор охлаждения силового масляного трансформатора на основе прогноза измене- ния возмущающих факторов. // Електротехніка і елект- ромеханіка, 2007, №3, С. 47-50. [4] Pink T, Stewart P. Power Transformer Control System Devel- opments providing improved reliability and increased over- load capacity//Proceeding of TechCon®2004 North America (San Antonio, Texas, January 28,29, 2004), pp 73-88. [5] ГОСТ 14209-97. Руководство по нагрузке силовых мас- ляных трансформаторов. [6] Поляков М.А. Нечеткий регулятор охлаждения силового масляного трансформатора на основе прогноза эффек- тивности охлаждения // – Сб. трудов конф. "Автомати- зация: проблемы, идеи, решения" (Севастополь, 5-12 сентября 2007), СевНТУ, 2007.- C. 45. Поступила 18.10.2007

Управление охлаждением силового масляного трансформатора по критерию эффективности

Репозитарії

Схожі ресурси