新型變壓器冷卻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李民萬，高啟祥，陳耀明，王惇，柯常軍

（1.福清核電有限公司，福建福清，350318；2.陜西金源自動(dòng)化科技有限公司，陜西西安，710304）

0 引言

電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電等環(huán)節(jié)組成，各個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，變壓器的冷卻作為其中重要一環(huán)，它能否安全可靠運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)正常工作有重要意義[1]。

目前，我國(guó)220kV 及以上的變壓器多為強(qiáng)制油循環(huán)風(fēng)冷卻。冷卻系統(tǒng)包括陣列的冷卻裝置和控制裝置。在變壓器投入使用后，冷卻監(jiān)控系統(tǒng)也開始工作，根據(jù)負(fù)載電流大小及溫度的變化，將不同數(shù)量的冷卻裝置投入到工作中[2～3]。

現(xiàn)在普遍存在有變壓器冷卻監(jiān)控系統(tǒng)電源監(jiān)測(cè)繼電器頻繁故障問題，電源監(jiān)視繼電器又名相序繼電器，是用于判斷三相動(dòng)力電源缺相、三相不平衡、反相功能的器件，判斷正常時(shí)應(yīng)投運(yùn)的電源。若自身出現(xiàn)問題，則會(huì)導(dǎo)致電源的誤判而退出，使得控制柜失電失控而造成風(fēng)冷全停的事故發(fā)生。其次還存在斷電繼續(xù)工作及備用電源自動(dòng)投入使用的需求[4]。

本文針對(duì)這類工程問題，設(shè)計(jì)了一種新型的變壓器冷卻監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

■1.1 系統(tǒng)基本功能

變壓器的冷卻監(jiān)控系統(tǒng)是以微控制器為主要控制部件，以觸控屏為人機(jī)接口，以AC 觸點(diǎn)為電源，以斷路器和電機(jī)啟動(dòng)保護(hù)為保護(hù)元件。該系統(tǒng)可以通過控制手柄設(shè)定操作參數(shù)，根據(jù)變壓器溫度、運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行負(fù)載信號(hào)調(diào)整對(duì)應(yīng)的冷卻監(jiān)控系統(tǒng)中的模塊，將運(yùn)行狀況信息以接點(diǎn)方式發(fā)送至使用端。

該裝置將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在內(nèi)部計(jì)算機(jī)中，顯示在觸控屏上，并設(shè)置自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)記錄等功能，監(jiān)控者可快速讀取故障時(shí)間、故障內(nèi)容，并能定時(shí)切換工作電源、冷卻機(jī)運(yùn)行方式。該系統(tǒng)具有控制自動(dòng)化、狀態(tài)信息化、顯示和操作人性化等特點(diǎn)。

■1.2 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

該冷卻監(jiān)控系統(tǒng)主要針對(duì)電站大型變壓器設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由放氣塞、溫度計(jì)座、繼電器、潛油泵等組成，其外形尺寸如圖1 所示，長(zhǎng)1000mm， 高1800mm， 寬750mm。

圖1 外形尺寸圖

控制柜內(nèi)安裝有PLC 模塊、模擬量擴(kuò)展模塊、通信擴(kuò)展模塊、觸控屏、繼電器、接線端子、開關(guān)電源、空氣開關(guān)及避雷器、溫度巡檢儀、各種按鈕、指示燈等器件，其實(shí)物如圖2 所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)物圖

2 系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)

■2.1 主電路設(shè)計(jì)

冷卻監(jiān)控系統(tǒng)接入兩個(gè)獨(dú)立電源，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選定一個(gè)電源為工作電源，另一個(gè)電源為備用電源，如“Ⅰ工作、Ⅱ備用”，這時(shí)母線接通Ⅰ電源，母線不接通Ⅱ電源。當(dāng)Ⅰ電源因某種原因電壓消失或斷相時(shí)，將Ⅰ電源與系統(tǒng)母線斷開，經(jīng)一定延時(shí)母線接通Ⅱ電源。

兩個(gè)電源各自以串聯(lián)方式接在冷卻設(shè)備電源與對(duì)應(yīng)冷卻監(jiān)控系統(tǒng)之間，兩個(gè)保護(hù)器的輔助觸點(diǎn)以并聯(lián)方式連接并接入到自動(dòng)開關(guān)中，如果任意一臺(tái)電源發(fā)生故障，使得備用電源啟動(dòng)繼續(xù)工作。四個(gè)冷卻監(jiān)控系統(tǒng)并聯(lián)在電路中可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)工作。加熱照明，空調(diào)等輔助用電器通過智能開關(guān)與冷卻監(jiān)控系統(tǒng)并聯(lián)，使用單獨(dú)的供電線路，主電路的電路圖如圖3 所示。

圖3 主電路設(shè)計(jì)圖

該裝置共有4 組冷卻監(jiān)控系統(tǒng)，每組包含3 個(gè)風(fēng)扇及1個(gè)潛油泵。冷卻監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)控制裝置既可以可實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的冷卻作用，又可以根據(jù)PLC 指令實(shí)現(xiàn)冷卻監(jiān)控系統(tǒng)組的投切狀況的改變，防止在過載、缺相等情況下?lián)p壞變壓器。

冷卻監(jiān)控系統(tǒng)的投切采用固態(tài)繼電器代替交流接觸器。和以往的交流接觸器和斷路器的開斷功能相似，但暫態(tài)繼電器內(nèi)部無機(jī)械部件，結(jié)構(gòu)上采用了灌注全密封方式，由固體器件完成觸點(diǎn)功能，其能在高沖擊，振動(dòng)的環(huán)境下工作，固體繼電器還有耐腐蝕、長(zhǎng)壽命及高可靠等優(yōu)點(diǎn)[5]。

冷卻監(jiān)控系統(tǒng)電源包含220V 電源與110V 電源保護(hù)組電源，其分配如圖4 所示，配電盤向保護(hù)組提供220V 電源。它們被分配為空調(diào)電源、端子箱電源、電動(dòng)機(jī)構(gòu)及濾油器電源等如圖4(a)所示。

圖4 電源分配電路設(shè)計(jì)圖

冷卻監(jiān)控系統(tǒng)電源分配如圖4(b)、4(c)所示，控制組電源包括面板指示燈控制電源及信號(hào)回路控制電源。其中面板指示燈電源負(fù)責(zé)各類正常運(yùn)行指示燈和故障指示燈用電，信號(hào)回路電源用于各傳感器傳遞信號(hào)用電[6]。

■2.2 冷卻監(jiān)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

冷卻監(jiān)控系統(tǒng)分為四組冷卻裝置，其電氣原理圖如圖5 所示，采用電氣控制箱進(jìn)行PLC 控制。對(duì)于冷卻監(jiān)控系統(tǒng)，在冷卻裝置前，通過觸控屏啟動(dòng)電源，通過并聯(lián)分配給Q1、Q2、Q3，電源指示燈亮，冷卻裝置開始工作。

圖5 冷卻監(jiān)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖

冷卻監(jiān)控系統(tǒng)擁有自動(dòng)、手動(dòng)、備用模式來控制冷卻監(jiān)控系統(tǒng)的正常使用，當(dāng)旋鈕旋轉(zhuǎn)135°時(shí)觸點(diǎn)3、4 和5、6 接觸冷卻監(jiān)控系統(tǒng)正常工作；當(dāng)旋鈕旋轉(zhuǎn)-90°時(shí)1、2 和15、16 觸點(diǎn)接觸進(jìn)行手動(dòng)操作。

當(dāng)旋鈕旋轉(zhuǎn)45°時(shí)3、4 和11、12 觸點(diǎn)接觸進(jìn)行備用操作；當(dāng)旋鈕旋轉(zhuǎn)至0°時(shí)停止。其余電機(jī)組與第一組電氣接線相同。

■2.3 備用電源自投電路設(shè)計(jì)

備用電源自投指在具備兩回線及以上的多回供電線路中，當(dāng)一路電源由于故障引起跳閘后，另外一路電源即可投入使用。

主電源故障備用電源自投入，當(dāng)主電源故障恢復(fù)后，只有按相應(yīng)復(fù)位按鈕才可投入主電源。

系統(tǒng)中兩路電源雖然互為備用，但卻可獨(dú)立供電。既可手動(dòng)設(shè)置，也可定時(shí)自動(dòng)切換來完成供電電源的選擇。對(duì)電路進(jìn)行電氣和PLC 雙邏輯互鎖設(shè)定，確保有且只有一路電源有效供電[6～7]。

為避免因斷開線路引起的誤操作，分別將兩個(gè)繼電器的常閉接口串聯(lián)，并將閉鎖接口串接在合閘回路和分閘回路上，使兩組斷路器不能同時(shí)合閘，避免當(dāng)一條線路斷開時(shí)，另一條線路反向輸送，從而有效地保障了供電的可靠性。其電路設(shè)計(jì)如圖6 所示。

圖6 雙電源備自投電路設(shè)計(jì)圖

■2.4 延時(shí)啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)

采用延時(shí)啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)，當(dāng)plc 控制器使直流電源失電后，繼電器失磁觸發(fā)延時(shí)模塊，執(zhí)行延時(shí)動(dòng)作流程[8]。

經(jīng)過規(guī)定延時(shí)后，依次啟動(dòng)各臺(tái)冷卻監(jiān)控系統(tǒng)。其工作原理如圖7 所示，斷電延時(shí)的即按下停止按鈕或電源斷路后電機(jī)不立即停轉(zhuǎn)而是等待一段時(shí)間后，它與基本控制電源區(qū)別是停止按鈕自鎖驅(qū)動(dòng)KT2，原來停止按鈕的位置用KT2 的常閉觸點(diǎn)代替停止時(shí)接觸器KM3 依然吸合，等過了延時(shí)時(shí)間KT2 線圈得電常閉觸點(diǎn)斷開則全部斷電停止，保證plc 控制器或直流電源失效后仍使冷卻監(jiān)控系統(tǒng)正常工作，確保變壓器安全服役。

圖7 延遲啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖

3 結(jié)語

采用基于PLC 的變壓器風(fēng)冷控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了新型電氣控制系統(tǒng)，采用雙電源備自投、延遲啟動(dòng)以及三相電路設(shè)計(jì)，使變壓器冷卻監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、靈活性和運(yùn)行狀況的可監(jiān)視性得到了加強(qiáng)。降低了變壓器冷卻系統(tǒng)的故障率。其便捷化、智能化的特點(diǎn)大大減少了監(jiān)控人員工作量，實(shí)現(xiàn)了變壓器冷卻系統(tǒng)全部實(shí)時(shí)信息的自動(dòng)采集和準(zhǔn)確記錄。

該冷卻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行可靠、收集數(shù)據(jù)快速、數(shù)據(jù)傳輸精確，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控和記錄數(shù)據(jù)。并進(jìn)行簡(jiǎn)單問題的分析和診斷，自動(dòng)進(jìn)行預(yù)設(shè)流程。