變壓器檢修用綜合控制裝置的創(chuàng)新技術(shù)及應(yīng)用

馬 瑞，劉 剛，白 濤

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司石嘴山供電公司，寧夏 石嘴山 753000）

1 項(xiàng)目概述

該項(xiàng)目是國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司石嘴山供電公司通過(guò)開(kāi)展群眾性科技創(chuàng)新，研制的關(guān)于變壓器檢修使用的一種綜合控制裝置，針對(duì)變壓器檢修關(guān)鍵環(huán)節(jié)尋求技術(shù)突破，集中研究解決變壓器放油油位確認(rèn)不準(zhǔn)確、變壓器充氮保護(hù)措施實(shí)施不智能以及變壓器油枕膠囊充氣過(guò)程存在人員高墜安全風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題，通過(guò)采用智能控制技術(shù)，全面提升變壓器檢修工作安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2 變壓器檢修用綜合控制裝置介紹

該變壓器檢修用綜合控制裝置型號(hào)為：JY-CCDTM，該裝置采用1套PLC、1種超聲波液位傳感器、1種行程開(kāi)關(guān)、1種磁助式電接點(diǎn)壓力表、1種電磁閥、3套鋰電池組和4套無(wú)線傳輸模塊構(gòu)成，分為主控制裝置和3種檢測(cè)單元（放油、充氮和膠囊檢測(cè)）共4個(gè)部分。主控制裝置與3種檢測(cè)單元之間是無(wú)線連接方式，采用CPU檢測(cè)有線端口狀態(tài)變化，發(fā)射遠(yuǎn)距離大功率無(wú)線信號(hào)，觸發(fā)遠(yuǎn)程主機(jī)報(bào)警。在實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)檢修作業(yè)時(shí)，將主機(jī)箱置于地面，3種檢測(cè)單元按照要求布置于變壓器被檢測(cè)部件位置，通過(guò)自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)變壓器本體自動(dòng)定位放油、自動(dòng)充氮停氮和膠囊充脹檢測(cè)功能，通過(guò)狀態(tài)指示或報(bào)警信號(hào)啟動(dòng)相應(yīng)操作即可完成相應(yīng)檢修試驗(yàn)工作。

3 變壓器檢修用綜合控制裝置創(chuàng)新工作原理設(shè)計(jì)

3.1 主控箱

組成結(jié)構(gòu)：主機(jī)箱為IP56防護(hù)等級(jí)的便攜式可拖拽箱體，底部加裝萬(wàn)向輪，采用不銹鋼材料制作，箱體底部設(shè)有用于檢測(cè)單元收納的艙室，方便工作完成后的設(shè)備歸位，采用工業(yè)防水航空插頭，實(shí)現(xiàn)電源快速接入，內(nèi)部安裝PLC、中間繼電器、直動(dòng)式電磁閥、無(wú)線傳輸接收模塊、開(kāi)關(guān)電源、指示燈、閃光蜂鳴器、LED照明燈、檢修電源插座等元件。

工作原理：交流AC220V電源，通過(guò)工業(yè)航空插頭快速接入主控箱，供給PLC、開(kāi)關(guān)電源、LED照明燈、檢修電源插座。經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源變換為DC24V的電源，供給繼電器、電磁閥、無(wú)線傳輸接收模塊、指示燈、閃光蜂鳴器等器件。無(wú)線傳輸接收模塊通過(guò)接收無(wú)線傳輸發(fā)射模塊動(dòng)作信號(hào)，PLC通過(guò)采集無(wú)線傳輸接收模塊的測(cè)量值信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波和計(jì)算后驅(qū)動(dòng)繼電器、指示燈、蜂鳴器或電磁閥動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的自動(dòng)控制。

傳感器分為：油枕膠囊充脹檢測(cè)傳感器、本體油位探測(cè)傳感器和氮?dú)鈮毫y(cè)量傳感器。其中油枕膠囊充脹檢測(cè)傳感器和本體油位探測(cè)傳感器采用磁吸式安裝方法，實(shí)現(xiàn)安全固定和快速拆裝；油枕膠囊充脹檢測(cè)傳感器采用機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)，本體油位探測(cè)傳感器采用超聲波傳感器。氮?dú)鈮毫y(cè)量傳感器采用磁助式電接點(diǎn)壓力表，安裝固定于檢測(cè)單元盒內(nèi)并通過(guò)軟管與主機(jī)箱內(nèi)直動(dòng)式電磁閥連接，對(duì)于主控箱與檢測(cè)單元而言，氮?dú)夤苈返倪M(jìn)出采用快速接頭方式。

3.2 放油檢測(cè)單元

結(jié)構(gòu)組成：殼體材質(zhì)采用鋁合金制作，配備可折疊提手，殼體內(nèi)部安裝超聲波液位傳感器、無(wú)線傳輸發(fā)射模塊（頻率433 MHz）、DC24V聚合物鋰離子電池組。

工作原理：DC24V電池組供給超聲波液位傳感器、無(wú)線傳輸發(fā)射模塊工作電源，通過(guò)激勵(lì)超聲波傳感器發(fā)射超聲波，超聲信號(hào)隨箱壁發(fā)射到變壓器內(nèi)，由于變壓器內(nèi)變壓器油與氣體介質(zhì)存在巨大的聲阻抗差異，使得2種介質(zhì)對(duì)超聲波能量的吸收能力也存在巨大差異，因此，超聲波傳感器接收到的本體內(nèi)反射信號(hào)會(huì)有明顯的強(qiáng)弱差異，通過(guò)檢測(cè)接收到的超聲波信號(hào)強(qiáng)度，能準(zhǔn)確判定油位是否到達(dá)，通過(guò)無(wú)線傳輸發(fā)射模塊“發(fā)射數(shù)據(jù)”，由無(wú)線傳輸接收模塊“接收數(shù)據(jù)”，傳遞給PLC經(jīng)過(guò)濾波和計(jì)算處理后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器、指示燈、蜂鳴器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)變壓器本體油位放油指定位置的自動(dòng)檢測(cè)。如圖1所示。

圖1 放油油位自動(dòng)檢測(cè)原理圖

3.3 充氮檢測(cè)單元

結(jié)構(gòu)組成：殼體材質(zhì)采用鋁合金制作，配備可折疊提手，殼體內(nèi)部安裝磁助式電接點(diǎn)壓力表、無(wú)線傳輸發(fā)射模塊（頻率433 MHz）、DC24V聚合物鋰離子電池組、標(biāo)準(zhǔn)連接法蘭、4/6分接頭、4分三通接頭、4分活直接頭和軟管。

工作原理：DC24V電池組供給無(wú)線傳輸發(fā)射模塊工作電源，磁助式電接點(diǎn)壓力表在電接點(diǎn)壓力表裝置的電接觸信號(hào)針上，裝有可調(diào)節(jié)的永久磁鋼，可以增加接點(diǎn)吸力，加快接觸動(dòng)作，從而使觸點(diǎn)接觸可靠，消除電弧，能有效地避免儀表由于工作環(huán)境振動(dòng)或介質(zhì)壓力脈動(dòng)造成觸點(diǎn)的頻繁關(guān)斷，自動(dòng)充氮單元通過(guò)軟管與主機(jī)箱連接，利用壓力表監(jiān)測(cè)器壓力發(fā)出高低位信號(hào)（下限啟動(dòng)，上限停止），通過(guò)無(wú)線傳輸發(fā)射模塊“發(fā)射數(shù)據(jù)”，由無(wú)線傳輸接收模塊“接收數(shù)據(jù)”，傳遞給PLC經(jīng)過(guò)濾波和計(jì)算處理后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器、指示燈動(dòng)作，控制模塊自動(dòng)啟停電磁閥，利用裝置“低位充氮、高位停止”的功能使器身氮?dú)鈮毫Τ掷m(xù)維持在0.01～0.03 MPa范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)變壓器大修充氮保護(hù)自動(dòng)控制。如圖2所示。

圖2 大修充氮保護(hù)自動(dòng)控制原理圖

3.4 膠囊檢測(cè)單元

結(jié)構(gòu)組成：殼體材質(zhì)采用鋁合金制作，配備可折疊提手，殼體內(nèi)部安裝機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)、無(wú)線傳輸發(fā)射模塊（頻率433 MHz）、DC24V聚合物鋰離子電池組和高強(qiáng)釹鐵硼永磁鐵。

工作原理：通過(guò)磁吸式膠囊充脹檢測(cè)行程開(kāi)關(guān)探測(cè)膠囊充氣狀態(tài)，當(dāng)油枕內(nèi)膠囊外空氣全部排出后，行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作輸出信號(hào)反饋到無(wú)線傳輸發(fā)射模塊，由無(wú)線傳輸接收模塊“接收數(shù)據(jù)”，傳遞給PLC經(jīng)過(guò)濾波和計(jì)算處理后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器、指示燈動(dòng)作，并自動(dòng)關(guān)閉氣泵電源并實(shí)現(xiàn)變壓器油枕膠囊充氣自動(dòng)控制。如圖3所示。

圖3 膠囊充氣狀態(tài)檢測(cè)原理圖

4 變壓器檢修用綜合控制裝置安裝、設(shè)置及應(yīng)用

通過(guò)上述的設(shè)計(jì)原理，變壓器檢修用綜合控制裝置在變壓器檢修中具有本體放油自動(dòng)控制；變壓器大修充氮保護(hù)自動(dòng)控制；變壓器油枕膠囊充氣自動(dòng)控制；聲光報(bào)警與自動(dòng)靜音；電源線、傳感器線和氮?dú)鈱?dǎo)管的快速連接與拆除；3種功能集成于一體，根據(jù)應(yīng)用需求靈活選擇；傳感器等配件的收納與存放功能。其工作電壓范圍AC170~264 V，工作頻率范圍47~63 Hz，額定工作電流≤16 A，合適環(huán)境溫度-25℃～70℃，環(huán)境濕度<90%RH（25℃時(shí)），海拔<3 000 m的自然環(huán)境中使用。安裝時(shí)，所使用的工具有：大小十字螺絲刀；扳手一套；吊裝工具；機(jī)柜支撐架。

4.1 裝置配線

安裝前，先對(duì)裝置接線進(jìn)行檢查，確保變壓器檢修用綜合控制裝置相與機(jī)殼之間、相與相之間不能發(fā)生短路現(xiàn)象；接線、線號(hào)、各器件安裝方向與電氣圖紙一致；所采用熱插拔工業(yè)端子接線；控制裝置側(cè)面設(shè)置自動(dòng)充氮進(jìn)氣口和出氣口標(biāo)識(shí)，對(duì)接軟管時(shí)請(qǐng)勿接反。

安裝時(shí)，先確認(rèn)裝置接線是否無(wú)誤，確認(rèn)無(wú)誤后，給裝置送入220 V單相交流電源；閉合QF1微型斷路器；閉合FU1、FU2、FU3、FU4、FU5熔斷器；檢查PWR開(kāi)關(guān)電源輸入輸出有無(wú)異常、PLC工作狀態(tài)有無(wú)異常、照明燈有無(wú)異常、電源插座有無(wú)異常、油位檢測(cè)單元蓄電池組輸出電壓是否異常，標(biāo)準(zhǔn)電壓輸DC24V；檢查膠囊檢測(cè)單元蓄電池組輸出電壓是否異，常標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出DC24V；檢查自動(dòng)充氮單元蓄電池組輸出電壓是否異常，標(biāo)準(zhǔn)電壓輸DC24V，（注意：各檢測(cè)單元根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置后，再投入使用）。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行

變壓器檢修用綜合控制裝置與油位檢測(cè)單元、膠囊檢測(cè)單元、自動(dòng)充氮單元連接現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)時(shí)，應(yīng)先啟動(dòng)變壓器檢修用綜合控制裝置，待裝置正常運(yùn)行，無(wú)故障報(bào)出后，再向油位檢測(cè)單元、膠囊檢測(cè)單元、自動(dòng)充氮單元提供電源DC24V。

4.3 油位檢測(cè)單元——超聲波液位傳感器設(shè)置

蓄電池組接線分為輸入和輸出2個(gè)端子，操作油位檢測(cè)單元時(shí)，將蓄電池輸出端與超聲波液位傳感器連接，供電正常后，超聲波液位傳感器點(diǎn)亮。

在對(duì)超聲波液位專感器進(jìn)行設(shè)置時(shí)，第一步：門(mén)限選擇，用磁性筆觸發(fā)超聲波液位傳感器界面的數(shù)字③，界面進(jìn)入到門(mén)限選擇界面，這時(shí)通常擇選“默認(rèn)門(mén)限”。第二步：進(jìn)行校準(zhǔn)液面選擇，用磁性筆觸發(fā)位置③，界面進(jìn)行到校準(zhǔn)液面選擇界面，此時(shí)需要根據(jù)目前探頭所在位置設(shè)置有液，可以通過(guò)觸點(diǎn)②切換“有液”或“無(wú)液”（通常低位選擇有液，高位選擇無(wú)液）。第三步：罐壁厚度選擇，用磁性筆觸發(fā)位置③，界面進(jìn)入罐壁厚度選擇界面，然后根據(jù)被測(cè)罐選擇合適的厚度，可以通過(guò)觸點(diǎn)②切換罐壁厚度<40 mm或≥40 mm。第四步：校準(zhǔn)方式選擇，用磁性筆觸發(fā)位置③，界面進(jìn)入校準(zhǔn)方式選擇界面，選擇自動(dòng)，儀表以6 d為1個(gè)周期進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，不需要人工進(jìn)行校準(zhǔn)，如果選擇手動(dòng)式校準(zhǔn)，則需要人工定期對(duì)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)，建議校準(zhǔn)周期為1個(gè)月1次。第五步：增益模式選擇，用磁性筆觸發(fā)位置③，界面進(jìn)入增益模式選擇，此處的小、中、大、強(qiáng)表示探頭信號(hào)強(qiáng)弱；通常不需要對(duì)此進(jìn)行選擇，默認(rèn)選擇小就可以。第六步：調(diào)試完成確認(rèn)，用磁性筆觸發(fā)位置③，進(jìn)入界面，然后繼續(xù)觸發(fā)位置③完成校準(zhǔn)。如果右上角數(shù)字為31，需要斷電檢查接線，重新正確接線后，再重新進(jìn)行調(diào)試，直到調(diào)試完成。如圖4所示。

圖4 油位檢測(cè)單元——超聲波液位傳感器設(shè)置

4.4 自動(dòng)充氮單元——磁助式電接點(diǎn)壓力表設(shè)置

蓄電池組接線分為輸入和輸出2個(gè)端子，操作自動(dòng)充氮單元時(shí)，將蓄電池輸出端與線發(fā)射模塊連接。

電氣線路如圖5所示方式進(jìn)行連接時(shí)，便能將被測(cè)的壓力保持在P1至P2（應(yīng)預(yù)先設(shè)定）的范圍內(nèi)，以達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

圖5 電氣線路連接圖

其工作原理為：（1）當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的壓力（以下簡(jiǎn)稱壓力）在0至P1的區(qū)域內(nèi)時(shí)，儀表指示指針上的動(dòng)觸頭與P1設(shè)定點(diǎn)上的定觸點(diǎn)因處于接觸（即動(dòng)合，下同）狀態(tài)，使繼電器J1通電后其觸點(diǎn)動(dòng)合。此時(shí)，接觸器J3因通電使其觸點(diǎn)亦動(dòng)合，電機(jī)即開(kāi)始工作；（2）當(dāng)壓力由P1向P2遞增時(shí)，由于繼電器J1上的觸點(diǎn)動(dòng)合處于自保持狀態(tài)，故電機(jī)仍繼續(xù)工作；（3）當(dāng)壓力達(dá)到P2的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，指示針上的觸頭即與其相接觸，使繼電器J2通電，其觸點(diǎn)則斷開(kāi)（即動(dòng)斷，下同），而繼電器J1則因斷電使其觸點(diǎn)復(fù)于原狀，電機(jī)亦隨即停止工作；（4）當(dāng)壓力由P2向P1下降時(shí)，由于繼電器J1上的觸點(diǎn)仍處于斷開(kāi)狀態(tài)（此時(shí)儀表中的觸點(diǎn)亦處于斷開(kāi)狀態(tài)），故電機(jī)仍停止工作；（5）待壓力降至P1設(shè)定點(diǎn)之瞬間，由于指針上的觸頭又與其相動(dòng)合，致使繼電器J1和接觸器J3上的觸點(diǎn)又分別回復(fù)至起始狀態(tài)（1），這樣，電機(jī)又將重新開(kāi)始工作。

4.5 膠囊檢測(cè)單元——直壓柱塞橫裝滾輪式開(kāi)關(guān)設(shè)置

蓄電池組接線分為輸入和輸出2個(gè)端子，操作膠囊檢測(cè)單元時(shí)，將蓄電池輸出端與無(wú)線發(fā)射模塊連接，膠囊檢測(cè)單元內(nèi)行程開(kāi)關(guān)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整操作力。對(duì)可調(diào)滾子轉(zhuǎn)動(dòng)桿，其動(dòng)作行程設(shè)置為≤20°，全行程≥75°，操作力≤（2~8）N。

5 日常維護(hù)

變壓器檢修用綜合控制裝置塊現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)免維護(hù)。設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)只能由專業(yè)的人員進(jìn)行，并只限于設(shè)備及其部件的清潔和檢查。每半年或更頻繁些，應(yīng)清潔和檢查設(shè)備：斷開(kāi)設(shè)備前級(jí)的進(jìn)線斷路器；用低壓力的壓縮空氣機(jī)小心地清潔設(shè)備內(nèi)灰塵；檢查控制連線有無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象，檢查電氣和機(jī)械連接牢固性，檢查所有導(dǎo)線有無(wú)損傷現(xiàn)象；檢查完畢后，接通電源。

油位檢測(cè)單元、膠囊檢測(cè)單元、自動(dòng)充氮單元內(nèi)含DC24V蓄電池組，應(yīng)進(jìn)行充電維護(hù)，每間隔2~3個(gè)月進(jìn)行充放電檢測(cè)，檢查電池充放電是否正常；檢查完畢后，可接通電源。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司石嘴山供電公司創(chuàng)新的該項(xiàng)目成果是一種利用傳感器測(cè)量和PLC裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的變壓器綜合檢修裝置，此裝置可以在變壓器放油檢修工作過(guò)程中，精準(zhǔn)定位放油油位，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示，提升檢修效率；在變壓器大修工作間隙采用智能控制方式確保充氮保護(hù)實(shí)施可靠性，將器身內(nèi)部氮?dú)鈮毫S持在規(guī)定范圍，有效防止器身受潮；在變壓器油枕膠囊檢修、補(bǔ)油操作后，利用膠囊充氣探測(cè)及氣泵智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)膠囊充氣自動(dòng)化，徹底摒棄人員持續(xù)登高判斷膠囊充氣狀態(tài)的方式，成功避免人員高墜安全隱患，并極大提升工作效率，減少電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維人財(cái)物投入，對(duì)建設(shè)現(xiàn)代化智能一流電網(wǎng)產(chǎn)生積極作用。