紫坪鋪電站主變冷卻控制系統(tǒng)改造

莫瑤　王中元　張璇

摘 要：主變壓器是水電站最重要的設(shè)備之一，其運(yùn)行的穩(wěn)定性決定了發(fā)電機(jī)是否能夠正常發(fā)電。目前，大型變壓器大多采用風(fēng)冷、水冷等方式，紫坪鋪電站主變采用了強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻的冷卻方式。本文主要闡述了主變冷卻控制系統(tǒng)改造過(guò)程中，電站技術(shù)人員通過(guò)相應(yīng)的硬件配置和程序設(shè)計(jì)，解決了原控制系統(tǒng)中的設(shè)備隱患，實(shí)現(xiàn)了多種運(yùn)行控制方式，提高了主變冷卻系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，為主變壓器的安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：主變壓器；冷卻系統(tǒng)；控制系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.107

0 引言

變壓器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量以傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射的方式向外擴(kuò)散[1]。要保證變壓器在良好的工況運(yùn)行，就必須及時(shí)將熱量轉(zhuǎn)移，以維持變壓器工作在正常的溫度范圍內(nèi)。紫坪鋪電站有4臺(tái)主變壓器，變壓器容量為240MVA，低壓側(cè)電壓為13.8kV，高壓側(cè)電壓為500kV。每臺(tái)主變壓器配置4臺(tái)冷卻器，均采用了強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻的冷卻方式。

主變冷卻器由主變冷卻控制系統(tǒng)根據(jù)主變油面溫度控制啟停。原控制系統(tǒng)投運(yùn)已有10年，存在元器件老化、硬件回路存在缺陷、控制邏輯不完善等問(wèn)題，曾多次導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)故障，因此對(duì)主變冷卻器控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。電站技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出了主變冷卻控制系統(tǒng)改造的軟硬件方案，并在改造后取得良好的效果。

1 設(shè)計(jì)思路

針對(duì)以往主變冷卻控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題和硬件回路的一些不足之處，確定了控制系統(tǒng)的硬件選擇的基本原則，即使用PLC作為控制器，PLC的品牌和型號(hào)要相對(duì)穩(wěn)定，以防在后續(xù)的備品備件采購(gòu)中遇到困難；人機(jī)界面應(yīng)有數(shù)據(jù)記錄功能、掉電保存等功能，還要與輔機(jī)監(jiān)錄裝置軟件平臺(tái)有很好的兼容性；油面溫度傳感器作為最重要的傳感器，應(yīng)有冗余配置；數(shù)據(jù)傳輸方式抗干擾能力強(qiáng)等。

在軟件編程上的基本原則為通過(guò)軟件能及時(shí)有效的判斷出硬件故障并進(jìn)行相應(yīng)的切換；冷卻器啟停應(yīng)考慮行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；向上位機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)豐富，為智能化電站建設(shè)提供技術(shù)基礎(chǔ)等。

2 選擇主要硬件

2.1 選擇PLC

根據(jù)紫坪鋪水電站輔機(jī)技改后使用IEC61850協(xié)議通訊為主的設(shè)想和既有監(jiān)控系統(tǒng)MB+網(wǎng)絡(luò)通訊要求，最終選用了法國(guó)施耐德Premium系列PLC，處理器模塊選擇了TSX P57 2634M，并在處理器CPU模塊上配置MB+網(wǎng)絡(luò)接口。

2.2 選擇人機(jī)界面

要實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)記錄功能、掉電保存等功能，還要與輔機(jī)監(jiān)錄裝置軟件平臺(tái)有很好的兼容性，兩者就必須采用穩(wěn)定性高，兼容性好的統(tǒng)一軟件平臺(tái)。WinCC是一個(gè)能在生產(chǎn)和過(guò)程自動(dòng)化中解決可視化和控制任務(wù)的工業(yè)技術(shù)控制系統(tǒng)。所以此次改造在人機(jī)界面中安裝WinCC作為人機(jī)交互軟件。

2.3 選擇通訊方式

控制系統(tǒng)內(nèi)部采用以太網(wǎng)通訊，所有設(shè)備均分配了唯一的IP地址。與監(jiān)控系統(tǒng)的連接采用RS-485方式，使用MB+協(xié)議。主要傳輸一些輔機(jī)控制系統(tǒng)的重要信號(hào)，以便監(jiān)控系統(tǒng)流程能夠正常工作。主變冷卻控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)線連接至交換機(jī)，再統(tǒng)一將數(shù)據(jù)送至輔機(jī)監(jiān)錄裝置的服務(wù)器，最后通過(guò)中控室的輔機(jī)監(jiān)錄顯示屏顯示，如圖1。

2.4 傳感器配置

傳感器的可靠性直接影響控制系統(tǒng)的可靠性。主變冷卻控制系統(tǒng)改造后，配置了主變油面溫度傳感器，冷卻器進(jìn)、出油溫度傳感器，進(jìn)油流量開(kāi)關(guān)，進(jìn)水流量開(kāi)關(guān)，油壓傳感器、水壓傳感器等傳感器。其中油面溫度傳感器作為控制冷卻器啟停的直接依據(jù)，在改造后增設(shè)為2路互為備用，以提高其工作的可靠性。考慮到PLC的AI模塊有可能發(fā)生故障，影響主變油面溫度的判斷，因此將這2路傳感器分別接入不同的AI模塊。

2.5 動(dòng)力電源冗余配置

主變冷卻控制系統(tǒng)原有2路400V動(dòng)力電源進(jìn)線，每一路為2臺(tái)冷卻器供電。在一路電源故障后，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電源的自動(dòng)切換，因此在改造后的控制系統(tǒng)中增設(shè)YDK動(dòng)力電源自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)。增設(shè)動(dòng)力電源自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)后，原有2路動(dòng)力電源接至開(kāi)關(guān)進(jìn)線，設(shè)置1路動(dòng)力電源作為主用，出現(xiàn)失電等情況后自動(dòng)切換至備用電源。自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)配有輔助節(jié)點(diǎn)，接入PLC后可以做出相應(yīng)的報(bào)警和狀態(tài)顯示。

3 主要程序設(shè)計(jì)

硬件是實(shí)現(xiàn)控制功能的基礎(chǔ)，確定硬件配置后，就應(yīng)通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的功能。針對(duì)原主變冷卻控制系統(tǒng)曾出現(xiàn)缺陷和一些不足，在改造后的系統(tǒng)中，已通過(guò)增加程序判斷的方式解決。

3.1 主變油面溫度故障判斷

主變油面溫度包括了油面溫度1和油面溫度2，這兩個(gè)傳感器互為備用。

油面溫度故障判斷包括了兩種情況，一種情況是模擬量模塊或者傳感器故障；另外一種情況引入了溫度梯度變化及溫度測(cè)值合理性判定，即油面溫度變化量≥5℃/s或超出合理范圍0-120℃后，報(bào)傳感器溫度超限。這兩種故障均置位故障，不能自動(dòng)恢復(fù)，需要人工按動(dòng)屏柜上的“復(fù)歸”按鈕才能復(fù)歸，以防止處于軟故障狀態(tài)的傳感器被誤恢復(fù)為主用。

3.2 逐臺(tái)停泵

為防止主變油面波動(dòng)過(guò)大，導(dǎo)致主變氣體繼電器誤動(dòng)，所以設(shè)置了主變冷區(qū)器自動(dòng)延時(shí)啟停邏輯，該程序可使冷卻器逐臺(tái)啟停，延時(shí)間隔為30秒。

4 WinCC組態(tài)注意事項(xiàng)

在開(kāi)發(fā)過(guò)程中WinCC的組態(tài)非常重要。WinCC變量分為外部和內(nèi)部變量，內(nèi)部變量與PLC無(wú)關(guān)，一般起數(shù)值傳遞和實(shí)現(xiàn)畫面動(dòng)態(tài)的作用[2]。外部變量是對(duì)應(yīng)于存在PLC或外部應(yīng)用的存儲(chǔ)器地址中數(shù)據(jù)的變量，這種變量可以通過(guò)PLC存儲(chǔ)器地址的一一對(duì)應(yīng)來(lái)訪問(wèn)，這樣可建立WinCC與過(guò)程通信所要監(jiān)視的對(duì)象。主變冷卻控制系統(tǒng)人機(jī)界面，如圖2。

5 結(jié)語(yǔ)

紫坪鋪電站主變冷卻控制系統(tǒng)改造后，已通過(guò)投運(yùn)前試驗(yàn)驗(yàn)證了全部功能的可用性。投運(yùn)后，現(xiàn)地人機(jī)界面和中控室均可觀察設(shè)備動(dòng)態(tài)參數(shù)、工作狀態(tài)及報(bào)警信號(hào)、在線傳感器的趨勢(shì)曲線等，同時(shí)可進(jìn)行遠(yuǎn)程編程及定值的修改。此次改造解決了原系統(tǒng)中的存在的缺陷與不足，提高了主變冷卻控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，為主變壓器的安全運(yùn)行提供了技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚春球.發(fā)電廠電氣部分[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2]WinCC組態(tài)手冊(cè)[S].2008（11）.

作者簡(jiǎn)介：莫瑤（1985-），男，吉林四平人，本科，工程師，從事自動(dòng)控制系統(tǒng)檢修維護(hù)。endprint