变压器温度控制算法研究

变压器温度控制算法研究

安春香

（1、国网新疆电力公司检修公司乌鲁木齐，830002）

摘要：750千伏变电站主变压器多采用滞回比较法来控制变压器冷却系统，通过有差值裕度的投、切温度阀值投、切冷却系统。这种方法虽然能很好的控制变压器的温度不超限，但变压器长期运行在温度较高的状态，影响其使用寿命。本文对此提出了引入温度变化趋势算子的模糊控制算法，可以有效降低变压器在高温下运行的时间，并将变压器的温度控制在一个较低的工作点上。

1、控制变压器温度的意义

变压器在运行过程中存在着各种损耗，其中铜耗和铁耗是变压器损耗的主要组成部分，这些损耗最终都将转换为热量，使变压器铁芯和绕组的温度升高。变压器在高温下运行不仅影响变压器的性能，还降低其使用寿命，甚至对变压器造成损害而发生事故。根据研究，变压器绕组温度每升高6℃，其使用年限将缩短一半。因此对变压器实施降温控制不仅可以防止变压器因温度过高发生事故，还可以有效的延长变压器的使用寿命，降低生产成本。

2、现采用温度控制的方法及分析

2.1现在采用的控制方法

现在运行的750千伏变电站主变压器冷却系统采用六组风机加速变压器周围空气的流动，在变压器高温时加快其散热速度，从而对其进行降温。这六组风机的在自动投切上通常的做法是：设定固定的温度上下限值，温度超过上限值时，投入冷却器；温度低于下限值时，将投入的冷却器切除。投切过程如下图所示。

图中横坐标T表示变压器温度，纵坐标表示是否投切冷却器，Tq为切除冷却器温度阀值，Tt为投入冷却器温度阀值。变压器温度上升，当温度超过Tt时，需要有冷却器投入工作；变压器顶层温度下降，当温度低于Tq时，需要切除部分冷却器；当变压器温度维持在Tq到Tt之间的温度值时，装置不做任何投、切动作。

2.2对现在采用方法的分析

这种控制算法可以很好地将温度控制在上限值Tt以下，使变压器不因温度过高而发生故障。可当变压器满负荷运行时，变压器的温度一直持续在Tq和Tt之间。因为温度控制过程的滞后性，还会出现温度超过Tt的峰值。变压器长期在较高温度下运行加速内部绝缘材料的老化和变压器油的分解，不利于变压器的稳定运行。

在下面提出引入温度变化趋势的模糊控制算法，不仅可以消除这种因滞后引起的峰值，还可以将变压器的温度控制在一个较低的工作点上，从而延长变压器的使用寿命。

3、提出改进的控制方法

3.1模糊控制算法

变压器温度的控制是一个滞后、时变、非线性的控制过程，无法建立其精确的数学模型。模糊控制的主要优点是不需要掌握受控对象精确的数学模型，而是按照一定的语言控制规则进行工作，而这些控制规则是建立在总结操作者对控制过程所进行的人工控制策略的基础上，或归纳设计者对所控对象控制过程认识的模糊信息的基础上。

3.2算法的实现

通过对变压器温度控制系统输入变量的模糊化处理，使其转化为语言变量，然后根据日常对温度的控制原则做出对应的输出，控制冷却系统的运行。

通过对当前温度和目标温度的比较可以得到温度偏差值T，对当前温度和历史数据的比较可以得到温度的变化率P，将这两个量作为模糊控制算法的输入变量。建立温度偏差值T和温度的变化率P的论域，经过模糊化处理将其转化为模糊集合论域。根据日常操作的控制逻辑，将其对应相应的输出，从而控制风机的投切。

变压器温度运行最高安全值为70℃，实际运行中的最低温度值为40℃，因此本文中变压器温度偏差的基本论域为[-15,15]。设定温度的变化率最大为1，则P的基本论域为[-1,1]。选取T的量化因子Kt=1/5，P的量化因子Kp=3。温度偏差T和温度的变化率P所取的模糊集合论域为{-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，语言变量值{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大},简记为（NB，NM，NS，O，PS，PM，PB），输出变量O对应冷却系统开启的风机的组数，则O的取值范围为[0,6]。根据温度高时和温度上升时增加冷却系统的运行功率，温度低和温度下降时减小冷却系统的功率。结合实际的情况制定出如下控制策略。输入和输出的对应逻辑如下表所示：

3.3小结

该算法通过对温度历史数据和当前测量数据的比较得出当前温度的变化趋势，结合当前的温度和温度的变化趋势制定对风机投切的控制策略。这种控制方法可以很好地预测变压器温度的变化，减少变压器在高温下运行的时间，并将变压器控制在一个较低的温度点。另外该算法可以在不改变现有的硬件设备下，通过对控制系统的软件升级来实现。