用PLC對變壓器冷卻器控制系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】用PLC作為控制器構(gòu)建變壓器冷卻控制系統(tǒng)；系統(tǒng)以變壓器頂層油溫為被控量，設(shè)置有差值裕度的投、切溫度閥值的控制方法；按冷卻器的持續(xù)運行和累積運行時間自動均衡投切冷卻器的控制方法。

【關(guān)鍵詞】變壓器；冷卻器；風(fēng)冷控制系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)；可編程序控器

1、引言

在輸變電系統(tǒng)中，變壓器是實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的最基本、最重要的設(shè)備，對供電可靠性有著重大影響。變壓器在運行中有空載損耗和負(fù)載損耗。變壓器的溫升影響它的帶負(fù)荷能力，同時會加速變壓器繞組和鐵芯所采用絕緣材料的老化，影響它的壽命。變壓器油溫是變壓器運行中需要重點監(jiān)視跟蹤的參數(shù)之一[1]。長時間低油溫運行有利于延長變壓器壽命，提高輸送容量和過負(fù)荷能力，保證變壓器的運行性能和抗沖壓能力。而變壓器冷卻器控制裝置就是控制油溫保證變壓器連續(xù)正常的運行。變壓器運行因負(fù)荷隨時變化，從而造成了變壓器油溫變化；為了保證變壓器安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行，要隨時檢查變壓器的油溫，并由冷卻控制裝置控制冷卻器組運行來控制變壓器油溫的變化，使其油溫維持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)。但目前大型電力變壓器的冷卻控制仍然主要采用傳統(tǒng)的幾點式控制方式，造成冷卻器運行分布不均衡，影響冷卻器的壽命，同時不利于節(jié)能[2]。應(yīng)用PLC可靠性高，抗干擾能力強，功能強大，智能化等優(yōu)點實現(xiàn)對變壓器冷卻器的控制，對變壓器及電網(wǎng)安全有重要意義和實用價值。

2、變壓器冷卻裝置及冷卻控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與存在的問題

2.1現(xiàn)行變壓器冷卻裝置的的現(xiàn)狀與存在的問題

大型電力變壓器冷卻裝置的配置情況是：根據(jù)變壓器容量的大小，配置數(shù)組強油風(fēng)冷卻器，每組風(fēng)冷卻器由1臺油泵和3～4臺風(fēng)扇組成。運行中為滿足變壓器的各種運行工況，一般要求冷卻器1臺備用（運行冷卻器故障時可自動投入運行）、1臺輔助（變壓器負(fù)荷電流大于70%額定電流或變壓器頂層油溫高于某一定值時自動投入運行）、其余所有冷卻器全部投入運行。冷卻裝置配置有其不盡人意的地方，如SFP10-240000/330型主變壓器裝設(shè)有6臺冷卻容量250KW的風(fēng)冷卻器，在高溫季節(jié)，變壓器滿負(fù)荷運行，變壓器冷卻裝置全部投入，上層油溫仍高達(dá)70℃左右。在夜間尤其是在暴雨過后，因負(fù)荷和氣溫驟降，變壓器輔助冷卻器停運，油溫降至30℃以下，導(dǎo)致油溫的變化幅度超過了環(huán)境溫度的變化。對變壓器的安全運行和壽命將十分不利。

2.2變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與存在的問題

現(xiàn)行的繼電式控制系統(tǒng)因受所器件的約束，常因風(fēng)冷控制系統(tǒng)故障而帶病運行，嚴(yán)重地影響電網(wǎng)可靠運行。主要存在以下不足：（1）控制裝置的控制通過各種繼電器和其他器件實現(xiàn)，控制裝置的線路復(fù)雜、接點多，導(dǎo)致控制裝置可靠性低、故障率高，維護(hù)量大。（2）繼電器常出現(xiàn)線圈燒毀或接點燒死等故障，可靠性差。（3）變壓器負(fù)荷波動引起輔助冷卻器頻繁啟動，引起測量主變負(fù)荷的電流繼電器或測量變壓器油溫的溫度繼電器會頻繁動作，導(dǎo)致輔助冷卻器頻繁地啟停，會縮短冷卻器電氣設(shè)備的使用壽命，同時，冷卻器組的頻繁啟停還會加重變壓器油流帶電現(xiàn)象。（4）冷卻器組設(shè)定的運行、輔助、備用和停止4種固定狀態(tài)不能在線調(diào)整，不靈活。（5）冷卻器能分時分批投入，啟動電流過大，多個潛油泵同時突然啟動會加重變壓器油流帶電現(xiàn)象。（6）裝置的電機(jī)缺相和過載保護(hù)由熱繼電器完成，保護(hù)功能不可靠，運行中因電動機(jī)過載和缺相而使電動機(jī)燒毀的情況經(jīng)常發(fā)生。

3、變壓器冷卻裝置的硬件及軟件設(shè)計

3.1冷卻控制裝置的硬件設(shè)計

變壓器冷卻器控制裝置系統(tǒng)一般為戶外式，環(huán)境惡劣。在風(fēng)控核心采用PLC，執(zhí)行核心采用多功能固態(tài)開關(guān)SPS。遠(yuǎn)方的管理層計算機(jī)通過RS485和RS232接口對實現(xiàn)風(fēng)冷系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)傳遞、監(jiān)控。SPS功率開關(guān)采用弱電監(jiān)控、無機(jī)械觸點，避免了空氣開關(guān)、交流接觸器、熱繼電器常發(fā)生的觸頭粘連、燒損、接觸不良等缺點，且集過載、過壓、斷相、欠壓、故障自診斷等功能于一身，是對負(fù)載進(jìn)行監(jiān)測和控制的理想產(chǎn)品。其中硬件框圖如3-1所示：

3.2冷卻控制裝置的軟件設(shè)計

程序流程介紹如下，首先初始化，PLC由停止到運行的第一個運行周期進(jìn)行初始化操作一次，初始化操作由可編程序控制器通訊設(shè)置；清零程序中用到的計數(shù)器、定時器、故障標(biāo)志位、持續(xù)運行時間和累積運行時間存儲區(qū)，置位或復(fù)位程序中用到輔助標(biāo)志位等。

投切除計時處理。PLC程序用定時器結(jié)合計數(shù)器計時的方式，冷卻器投入時就對投入冷卻器開始計時；冷卻器切除時，需要將此次運行的的持續(xù)時間累加到累積運行時間存儲區(qū)。

投切判斷。PLC按設(shè)有差值裕度的投、切溫度閥值的進(jìn)行投切判斷；冷卻器持續(xù)運行時間計時到設(shè)定值，進(jìn)行一次切操作；凝露溫度監(jiān)控器凝露負(fù)載接通并且持續(xù)超過設(shè)定時間，進(jìn)行投操作，并且禁止切操作，將無故障冷卻器全部投入。

投切處理。投操作從停止運行的冷卻器中選取累積運行時間最短的并置位投冷卻器輸出；切操作從運行的冷卻器中選取持續(xù)運行時間最長的冷卻器復(fù)位投冷卻器輸出；在進(jìn)行投切處理后要延時投切一段時間使冷卻器動作后變壓器油溫維持穩(wěn)定，避免重復(fù)投切，延時投切同時還避免了大沖擊電流的產(chǎn)生。

停止處理。將投冷卻器輸出位復(fù)位，同時復(fù)位允許投切標(biāo)志位和計數(shù)器（輔助計時）。

故障判斷。PLC根據(jù)輸入的油流繼電器、空氣開關(guān)和接觸器狀態(tài)，結(jié)合投切決策進(jìn)行故障定位和判斷，并將判斷的結(jié)果分別置位可編程序控制器發(fā)送緩沖區(qū)相應(yīng)的存儲位。

冷卻器全停處理。冷卻器全停時允許帶額定負(fù)載運行20分鐘，在20分鐘后頂層油溫尚未達(dá)到75℃，允許帶額定負(fù)載持續(xù)運行，但這種狀態(tài)下運行時間超過1小時后，置位變壓器系統(tǒng)開關(guān)跳閘輸出，使變壓器停運。

通訊處理，PLC定期的將冷卻器有關(guān)的變壓器運行信息、冷卻器工作狀態(tài)信息、故障信息通過串口發(fā)送到上位計算機(jī)，上位計算機(jī)取得這些信息，監(jiān)視冷卻器運行。

4、結(jié)論

在變壓器冷卻控制裝置的設(shè)計開發(fā)中，針對傳統(tǒng)繼電式控制裝置控制方法的不足，本文提出了結(jié)合冷卻器組的持續(xù)運行和累積運行時間，給出了冷卻裝置的PLC控制，這種控制方法避免了冷卻器組的長時間停運或工作，使冷卻器能夠均衡工作，能解決冷卻器不均衡工作所帶來的問題；裝置可以判斷電源和電動機(jī)發(fā)生的故障并進(jìn)行故障定位，同時將電源和冷卻器的運行工況等信息通過PLC的串口將這些信息上傳到上位計算機(jī)，上位計算機(jī)可以顯示變壓器冷卻及控制裝置的工況，實現(xiàn)遠(yuǎn)方的監(jiān)視；此外還可以實現(xiàn)冷卻器全停與變壓器保護(hù)相結(jié)合功能以及信息顯示和就地控制等功能。

參考文獻(xiàn)

[1]陳偉迎，賴相鍵.大規(guī)模變壓器冷卻器的改造與維護(hù)建議[J].廣東電力，2008，21（1）：54-60.

[2]王中，張保會，顧平安.變壓器強油循環(huán)冷卻系統(tǒng)通風(fēng)控制回路的改造與完善[D].西安：西安交通大學(xué)，2001.