СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2011 года по МПК G05B13/02 H01F27/12 

Изобретение относится к способу управления для охлаждения технической установки с по меньшей мере одной электрической компонентой и с системой охлаждения с по меньшей мере одним охлаждающим элементом для охлаждения электрической компоненты, причем по меньшей мере один сенсорный датчик измеряет температуру и/или вязкость находящейся в системе охлаждения охлаждающей среды.

Охлаждение электрической компоненты, в частности, масляного трансформатора, является необходимым вследствие тепловой энергии, возникающей при работе электрической компоненты. Обычным образом в случае трансформатора с масляным охлаждением используют проходящую между обмотками систему контура охлаждения, в которой циркулирует охлаждающая среда, как, например, охлаждающее масло. За счет нагрева охлаждающего масла возникают тепловые слои внутри контуров охлаждения, так что это приводит к циркуляции охлаждающего масла внутри системы охлаждения. Одновременно система охлаждения часто соединена с теплообменником, который отдает тепло охлаждающего масла в качестве охлаждающей среды окружающему воздуху. Этот теплообмен поддерживается часто дополнительными радиаторами, повышая находящееся в контакте с блоком теплообменника количество воздуха. За счет координированного управления дополнительными масляными насосами внутри охлаждающей среды и мощности радиаторов можно предоставлять в распоряжение эффективное охлаждение масляного трансформатора.

Обычно управление этой системы охлаждения, состоящей из контура охлаждения для масла, блока теплообменника и радиаторов, происходит очень простым образом. При превышении определенной температурной ступени внутри системы охлаждения подключают масляные насосы и/или вентиляторы, причем вентиляторы и/или насосы максимально имеют только три ступени мощности. Подключение этих агрегатов происходит при превышении определенных жестко заданных значений. Недостатком при этом является однако, что эти охлаждающие агрегаты отключаются или подключаются только внутри больших температурных интервалов. Это приводит однако к значительным объемным изменениям уровня масла внутри системы охлаждения и подключенных к ней расширителей. При больших объемных колебаниях внутри расширителя это приводит к так называемому "дыханию" трансформатора, за счет чего вследствие контакта с окружающим воздухом в охлаждающую среду попадает дополнительная влага. Это приводит к ускоренному старению жидкой охлаждающей среды и ухудшает дополнительно электрическую прочность изоляции охлаждающего масла в качестве охлаждающей среды.

Обычно температуру внутри системы охлаждения или, соответственно, температуру, преобладающую в трансформаторе, измеряют или, соответственно, определяют косвенным путем. При этом, во-первых, следует учитывать скачок температуры между обмоткой и окружающей системой охлаждения, который зависит от тока внутри обмотки. Поэтому для определения температуры обмотки используют вторичный ток трансформатора. Вторичный ток трансформатора питает, в свою очередь, нагревательный резистор в стрелочном термометре и обуславливает за счет этого соответствующее нагрузке трансформатора показание температуры, которое в идеальном случае соответствует действительно измеренной температуре масла. С помощью этого косвенного метода измерений можно отображать среднюю или, соответственно, максимальную температуру обмотки. Настройки тока половинной амплитуды при этом однако произодят по заранее установленным характеристикам. Далее производят вычисление скачка температуры между обмоткой и окружающей охлаждающей средой на основе так называемого состояния номинального режима работы трансформатора. При других рабочих состояниях трансформатора, чем состояние номинального режама, не вызывающее сомнений определение температуры наиболее нагретой точки, не является возможным, так как, во-первых, лежащая в основе состояния номинального режима - и тем самым вычисления температуры наиболее нагретой точки - физическая вычислительная модель не является полностью применимой к другим рабочим состояниям трансформатора. Далее не опрашивают актуальные параметры состояния системы охлаждения, например, как много насосов и вентиляторов находятся в данное время в эксплуатации, и поэтому не учитывают мгновенную мощность охлаждения при определении действительной в настоящее время температуры обмотки.

В уровне техники известен документ US 2004/0218355 А1 от 04.11.2004, который может рассматриваться в качестве ближайшего аналога. С учетом указанного аналога и описанного предшествующего уровня техники, задачей настоящего изобретения является - избежать выше названных недостатков и предоставить в распоряжение технической установке во время эксплуатации в любое время оптимальную мощность охлаждения.

Согласно изобретению задача решается за счет признаков пункта 1 формулы изобретения. При этом предусмотрено, что основанные на правилах прикладные программы пользователя, и/или нейронная сеть служит посредством профиля управления для управления охлаждающего элемента и оптимирована относительно заданного рабочего состояния электрической компоненты.

Профиль управления задается оператором и является оптимированным относительно задаваемого рабочего состояния электрической компоненты. Так, например, профиль управления можно проектировать в таком виде, что возникает возможно малая шумовая нагрузка и тем самым можно почти отказаться от использования вентиляторов при отклонении между заданной и действительной температурой. Профиль управления может также быть ориентированным на длительное время эксплуатации электрической компоненты, за счет того, что не должна превышаться определенная температура внутри электрической компоненты.

В предпочтительной форме выполнения способа предусмотрено, что вычисление распределения температуры внутри электрической компоненты происходит на основе измеренной температуры и/или вязкости и/или расхода охлаждающей среды и/или положенных в основу при разработке электрической компоненты рабочих параметров.

С помощью соответствующего изобретению способа обеспечено, что управление охлаждающими элементами оптимировано на каждый отдельный трансформатор и специально согласовано с учетом стоящих в распоряжении охлаждающих элементов, имеющейся в распоряжении мощности охлаждения, актуального рабочего состояния, а также на соответствующую продолжительность службы трансформатора. Выбираемый пользователем профиль управления служит в качестве основы управления для системы охлаждения и тем самым для оптимальной работы трансформатора с учетом выбранного профиля управления, как, например, управление трансформатора, принимая во внимание максимальную продолжительность службы трансформатора.

Кроме того, данные и конструкторские параметры учитывают при планировании и разработке трансформатора при составлении соответствующих профилей управления, а также при вычислении температуры наиболее нагретой точки. Далее в специфические профили управления трансформаторов можно вводить установленные уже на испытательном стенде трансформаторов отклонения между вычислением и реальной работой.

Так получаются также диагностические возможности о состоянии системы охлаждения и прошлом, настоящем и - на основании нагрузочных моделей - также будущем рабочем состоянии трансформатора. За счет подготовки этих параметров состояния системы охлаждения в банке данных может быть построена также история параметров состояния. Кроме того, на основе действительного рабочего состояния можно оптимально вычислять и назначать интервалы технического обслуживания. Отличие относительно уже имеющихся на рынке систем мониторинга лежит прежде всего в том, что оптимизация системы охлаждения сфокусирована на каждый специфический трансформатор. Существенной основой управляющего программного обеспечения является программа SIMATIC.

Предпочтительным образом для вычисления распределения температуры измеряют температуру окружающей среды и ток, текущий через электрическую компоненту, и вводят в вычисление распределения температуры, причем при превышении заданных пороговых значений на основе выбранного профиля управления регулируют охлаждающий элемент с соответственно высокой мощностью охлаждения.

Согласно изобретению охлаждающий элемент посредством выбранного профиля управления регулируют таким образом, что обеспечено остающееся постоянным распределение температуры внутри электрической компоненты. Альтернативно охлаждающий элемент посредством выбранного профиля управления регулируют таким образом, что заранее заданное максимальное распределение температуры внутри электрической компоненты не превышается.

В предпочтительной форме выполнения соответствующего изобретению способа по меньшей мере два охлаждающих элемента являются регулируемыми по отдельности и в зависимости от частоты вращения. Далее электрической компонентой является трансформатор, а охлаждающим элементом вентилятор с выбираемой частотой вращения.

Изобретение отличается также тем, что измеренная на сенсорном датчике температура и/или вязкость, вычисленное распределение температуры и регулируемые величины для охлаждающего элемента передают на пункт управления, причем пункт управления независимо от вычисленного распределения температуры и выведенных из него регулируемых величин для охлаждающего элемента при необходимости самостоятельно регулирует охлаждающий элемент.

Предпочтительным образом предусмотрено, что профиль управления может быть в любое время изменен и на основе измененного профиля управления может быть вычислено оптимальное рабочее состояние электрической компоненты. Так, например, оператор может непосредственно на электрической компоненте изменить профиль управления и тем самым желательное рабочее состояние электрической компоненты. С изменением профиля управления соответствующий изобретению способ определяет оптимальную мощность охлаждения для достижения заданной температуры на основе действительной температуры.

Задача решается также за счет признаков пункта 12 формулы изобретения. Согласно изобретению предусмотрено, что имеется блок оценки для вычисления распределения температуры внутри электрической компоненты, причем блок оценки является соединяемым с сенсорным датчиком для измерения температуры и/или вязкости находящейся в системе охлаждения охлаждающей среды и блок оценки на основе вычисленного распределения температуры регулирует электрическую компоненту.

Дальнейшие предпочтительные выполнения вышеназванного изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения. Настоящее изобретение поясняется более подробно с помощью чертежей. При этом показывают:

Фиг.1 - диаграмму последовательности операций соответствующего изобретению способа;

Фиг.2 - эквивалентную схему соответствующего изобретению устройства.

Фиг.1 показывает диаграмму последовательности операций соответствующего изобретению способа. На основе измеренной на сенсорном датчике температуры посредством определенной в Международном стандарте Международной электротехнической комиссии МЭК 60354 температурной величины, определяют актуальную температуру наиболее нагретой точки обмотки (НТТ). Кроме того, посредством сенсорного датчика температуры 4 измеряют температуру окружающей среды, измеряют состояние масла (сенсорный датчик для содержания газа в масле 5.1; сенсорный датчик содержания влаги в масле 5.2) и уровень масла внутри бака с помощью поплавка 6. Определенная таким образом температура наиболее нагретой точки обмотки (НТТ) служит для примененного в настоящее время к специфическому трансформатору 2 профиля управления для определения действительной температуры технической установки 1. Для этого для теперешнего рабочего состояния, теперешней продолжительности службы трансформатора 2 и заданных пользователем оптимальных рабочих состояний выбирают оптимальный профиль управления. Если оптимальный профиль управления в настоящее время не должен быть основой для необходимого управления процессом, его считывают из банка данных. На основе оптимального профиля управления сравнивают актуальную температуру наиболее нагретой точки обмотки (НТТ) с оптимальной температурой, вычисленной на основе профиля управления. Для случая, когда температура наиболее нагретой точки обмотки (НТТ) соответствует заданной температуре на основе профиля управления, система посредством управления 7 контролирует развитие температуры наиболее нагретой точки и не включает никакие вентиляторы 8.1, 8.2, 8.3 и/или насосы 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 контура охлаждения в системе охлаждения 10. Если имеется отклонение температуры наиболее нагретой точки обмотки (НТТ) относительно заданной температуры, оценка разности заданной температуры относительно актуальной температуры наиболее нагретой точки обмотки (НТТ) служит для управления подключенных вентиляторов 8.1, 8.2, 8.3 и/или насосов 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 контура охлаждения. Вышеупомянутую разницу температур используют в качестве основы для того, что для мощности охлаждения системой охлаждения 10 дополнительно должна быть создана мощность, чтобы согласовать температуру наиболее нагретой точки обмотки (НТТ) с заданной температурой. На основе профиля управления и количества и производительности вентиляторов 8.1, 8.2, 8.3 и/или насосов 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 управление 7 управляет вентилятором или вентиляторами 8.1, 8.2, 8.3 и/или насосами 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 с соответствующей частотой вращения или, соответственно, с соответствующей мощностью. Форсированное применение насосов в системе охлаждения 10 приводит к усиленной перекачке охлаждающей среды в системе охлаждения 10 и тем самым к отводу тепла к окружающей среде. Эта форма охлаждения имеет очень малый уровень шума. Использование вентиляторов 8.1, 8.2, 8.3 приводит к улучшенному теплообмену охлаждающей среды через теплообменный блок с окружающим воздухом и в противоположность к насосам контура охлаждения 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 является более интенсивным относительно уровня шума.

Фиг.2 показывает схему соответствующего изобретению устройства. На трансформаторе 2 находятся самые различные сенсорные датчики 3, 4, 5.1, 5.2, 6, которые дают заключение о температуре наиболее нагретой точки обмотки (НТТ), температуре окружающей среды, растворенных в трансформаторе газах, содержании влаги в масле, а также об уровне масла. Эти сенсорные датчики 3, 4, 5.1, 5.2, 6 передают измеренные ими данные на центральный блок управления 7. Этот центральный блок вычисляет на основе имеющихся данных измерений актуальное состояние трансформатора 2. Это определенное таким образом актуальное состояние трансформатора 2 сравнивают с оптимальным для теперешнего состояния трансформатора профилем управления. Если измеренные значения отклоняются от оптимальных значений согласно профилю управления, то вентиляторами 8.1, 8.2, 8.3 и/или насосами 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 системы охлаждения 10 управляют согласно лежащему в основе профилю управления. Профиль управления обеспечивает, что вентиляторы 8.1, 8.2, 8.3 и/или насосы 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 относительно их количества и мощности оптимально согласованы с необходимой мощностью охлаждения для приравнивания действительной температуры к заданной температуре.

Изобретение относится к способу для управления охлаждением технической установки с, по меньшей мере, одной электрической компонентой, как, например, трансформатором, и с системой охлаждения с, по меньшей мере, одним охлаждающим элементом для охлаждения электрической компоненты, причем, по меньшей мере, один сенсорный датчик измеряет температуру и/или вязкость находящейся в системе охлаждения охлаждающей среды. Технический результат - обеспечение оптимальной мощности охлаждения технической установки. Результат достигается за счет того, что при управлении электрической компонентой посредством выбираемых профилей управления, которые учитывают специфические данные электрической компоненты, можно предоставлять в распоряжение оптимальное управление системы охлаждения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ управления для охлаждения, по меньшей мере, одной электрической компоненты технической установки (1), при этом электрическая компонента (2) связана с системой охлаждения (10), включающей в себя, по меньшей мере, один охлаждающий элемент (8.1) для охлаждения электрической компоненты (2), в котором предусмотрено:
- измерение температуры электрической компоненты (2), и при необходимости вязкости находящейся в контуре охлаждения системы охлаждения (10) охлаждающей среды,
- при необходимости, вычисление распределения температуры внутри электрической компоненты (2) на основе измеренной температуры,
- регулировка, по меньшей мере, одного охлаждающего элемента (8.1) в зависимости от измеренной температуры или вычисленного распределения температуры внутри электрической компоненты (2), отличающийся тем, что
- задают рабочее состояние электрической компоненты (2),
- задают профиль управления, содержащий заданную температуру или распределение температуры электрической компоненты (2), и оптимизированный относительно заданного рабочего состояния электрической компоненты,
- осуществляют управление, по меньшей мере, одним охлаждающим элементом (8.1) используя заданный профиль управления и основанные на правилах прикладные программы пользователя и/или нейронную сеть, чтобы согласовать измеренную температуру с заданной температурой или обеспечить заданное распределение температуры внутри электрической компоненты, при этом
- при изменении профиля управления на основе измененного профиля управления вычисляют новое оптимальное рабочее состояние электрической компоненты (2) и соответственно регулируют мощность охлаждения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для вычисления распределения температуры измеряют температуру окружающей среды и ток, текущий через электрическую компоненту (2), и вводят в вычисление распределения температуры, причем при превышении заранее заданных пороговых значений на основе выбранного профиля управления регулируют охлаждающий элемент (8.1) с соответственно более высокой мощностью охлаждения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждающий элемент (8.1) регулируют посредством выбранного профиля управления так, что обеспечено остающееся постоянным распределение температуры внутри электрической компоненты (2).

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что охлаждающий элемент (8.1) регулируют посредством выбранного профиля управления так, что обеспечено остающееся постоянным распределение температуры внутри электрической компоненты (2).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждающий элемент (8.1) регулируют посредством выбранного профиля управления так, что заранее заданное максимальное распределение температуры внутри электрической компоненты (2) не превышается.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что охлаждающий элемент (8.1) регулируют посредством выбранного профиля управления так, что заранее заданное максимальное распределение температуры внутри электрической компоненты (2) не превышается.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два охлаждающих элемента (8.1, 9.1) являются управляемыми по отдельности и в зависимости от частоты вращения.

8. Способ по п.2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два охлаждающих элемента (8.1, 9.1) являются управляемыми по отдельности и в зависимости от частоты вращения.

9. Способ по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два охлаждающих элемента (8.1, 9.1) являются управляемыми по отдельности и в зависимости от частоты вращения.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрическая компонента (2) является трансформатором.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждающий элемент (8.1) является вентилятором с выбираемой частотой вращения.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждающий элемент (9.1) является насосом с выбираемой частотой вращения внутри контура охлаждения системы охлаждения (10).

13. Устройство управления для охлаждения, по меньшей мере, одной электрической компоненты (2) технической установки (1), содержащее, по меньшей мере, один сенсорный датчик (3) для измерения температуры электрической компоненты (2), а также блок оценки (11), служащий для вычисления распределения температуры внутри электрической компоненты (2) и соединяемый с упомянутым, по меньшей мере, одним сенсорным датчиком (3), при этом блок оценки (11) посредством управляющего блока (12) регулирует охлаждающий элемент (8.1) в соответствии со способом по любому из пп.1-12.