陳厚珍，何得瀾，彭云水

（福建水口發(fā)電集團(tuán)公司，福建 尤溪 365100）

0 引言

主變壓器是水電廠三大主設(shè)備之一，其主要功能是改變電壓等級(jí)、輸送交流電能，過(guò)高的溫度使變壓器工作能力和效率降低、絕緣老化、使用壽命降低。主變冷卻系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性將直接影響變壓器的安全及機(jī)組的出力。主變冷卻器的控制系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著自動(dòng)啟停主變冷卻器組使主變溫升保持在允許范圍，必要時(shí)保護(hù)出口跳閘，同時(shí)向上位機(jī)傳送主變冷卻器運(yùn)行信息的任務(wù)。其能否正常可靠的工作，決定了主變冷卻器系統(tǒng)的運(yùn)行品質(zhì)。街面水電廠機(jī)組采取單元接線，共有2臺(tái)主變，主變冷卻器采用強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻方式，每臺(tái)變壓器由4臺(tái)冷卻器成組運(yùn)行。原主冷卻器自動(dòng)控制回路主要由常規(guī)繼電器組成，運(yùn)行維護(hù)中主要存在如下問(wèn)題：冷卻器運(yùn)行方式由運(yùn)行人員手動(dòng)定期切換，回路元件數(shù)量多、接線復(fù)雜、通用性差，故障率高等，給檢修維護(hù)工作造成一定困難，已不能滿足公司運(yùn)行“少人值守”的需要。

因此，對(duì)主變冷卻器的控制回路提出了技術(shù)改進(jìn)方案，新回路主要采用可編程控制器（PLC）替代大部分繼電器，使控制線路具有簡(jiǎn)單可靠、適應(yīng)性強(qiáng)和功能豐富等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的控制核心為PLC，負(fù)責(zé)所有現(xiàn)場(chǎng)信息的采集處理、運(yùn)算、輸出（如圖1 所示）。所監(jiān)測(cè)的開(kāi)關(guān)量送入PLC開(kāi)入模塊，溫度、負(fù)荷電流模擬量信號(hào)送入PLC模擬量輸入模塊，裝置按預(yù)定程序完成對(duì)主變油溫的自動(dòng)測(cè)量和對(duì)冷卻器的自動(dòng)控制，冷卻器全停保護(hù)出口，運(yùn)行、故障信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口送至監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 主要控制功能

2.1 冷卻器組啟?？刂?/h3>

按變壓器廠家設(shè)計(jì)，主變滿負(fù)荷運(yùn)行只需自動(dòng)投入三套冷卻器組，一組備用。一旦主變投運(yùn)，便投入1 組冷卻器作為基本冷卻負(fù)荷；當(dāng)主變油溫在50℃～55℃區(qū)間運(yùn)行時(shí)，不再啟動(dòng)冷卻器；如果油溫上升至60℃時(shí)另啟動(dòng)一臺(tái)冷卻器；當(dāng)油溫繼續(xù)上升至65℃時(shí)，再啟動(dòng)一臺(tái)冷卻器。當(dāng)投運(yùn)三套冷卻器組后，油溫再繼續(xù)上升至75℃以上，此時(shí)投入第四臺(tái)冷卻器，并報(bào)警，將報(bào)警信號(hào)上送給計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。反之，運(yùn)行中當(dāng)油溫由65℃下降至55℃時(shí)，PLC 將逐一停運(yùn)冷卻器。主變溫升反映到傳感器有一定延時(shí)，當(dāng)主變負(fù)載較快增加時(shí)（發(fā)電機(jī)帶50%～100%負(fù)荷），PLC 此時(shí)以功率變送器信息為優(yōu)先，輔以油溫上升梯度值即可啟動(dòng)參與調(diào)節(jié)的一臺(tái)或二臺(tái)冷卻器。

2.2 冷卻器全停保護(hù)功能

冷卻器正常全部停止運(yùn)行應(yīng)滿足：機(jī)組油開(kāi)關(guān)跳、主變油溫下降至溫度開(kāi)關(guān)復(fù)歸接點(diǎn)動(dòng)作（50℃），PLC 同時(shí)判斷溫度開(kāi)關(guān)動(dòng)作順序（由高至低）和功率變送器所送的信息（功率為零）一致。否則冷卻器將保持運(yùn)行。冷卻器全部故障出口跳閘，停止主變運(yùn)行應(yīng)滿足：①冷卻器全部故障停運(yùn)，延時(shí)60 min；②同時(shí)主變油溫上升至溫度傳感器與溫度開(kāi)關(guān)關(guān)聯(lián)動(dòng)作（75℃），延時(shí)10 min 情況出現(xiàn)時(shí)，PLC 出口跳閘并送出跳閘信號(hào)。當(dāng)冷卻器全停時(shí)，PLC 分時(shí)多次送出報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)行人員注意。

2.3 自動(dòng)輪換控制

程序設(shè)計(jì)正常運(yùn)行時(shí)四組冷卻器自動(dòng)輪換，其運(yùn)行方式除了按主變油溫自動(dòng)調(diào)節(jié)外，還自動(dòng)執(zhí)行定時(shí)逐臺(tái)循環(huán)切換。當(dāng)冷卻器在運(yùn)行中出現(xiàn)故障，故障的冷卻器組自動(dòng)退出輪換，同時(shí)，上送報(bào)警信號(hào)。

3 設(shè)備選型

PLC 選用m340 模塊化plc，它是施耐德公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比很高的可編程控制器，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。cpu 模塊選用高性能、大內(nèi)存的bmx p34 2020，帶一個(gè)100 m 以太網(wǎng)、一個(gè)485 串行口；輸入、輸出模塊可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求靈活配置。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 編程步驟

PLC的硬件配置、控制程序采用施奈德的編程軟件包Unity Pro 完成，PC 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或USB 與M340 PLC 進(jìn)行程序傳送。首先進(jìn)行PLC 硬件組態(tài)，含底版、電源、CPU、輸入輸出模塊等。通過(guò)電源模塊屬性可查看電源使用情況，應(yīng)保留一定余量，否則需更換容量更大的電源模塊；創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)鏈路Ethernet1 并配置IP 地址等網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)，將CPU 模塊的Ethernet 口鏈接到網(wǎng)絡(luò)鏈路Ethernet1；定義相關(guān)變量等。

4.2 PLC程序設(shè)計(jì)

可編程控制器流程的合理設(shè)計(jì)是回路的正常工作和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。根據(jù)冷卻器工作特性和控制目標(biāo)，程序采用模塊化設(shè)計(jì)，具有較高可讀性、可維護(hù)性，其程序結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 程序結(jié)構(gòu)圖

初始化程序Init（）：在PLC 上電首次掃描時(shí)執(zhí)行完成通信參數(shù)初始化，溫度、負(fù)荷電流定值設(shè)置，冷卻器啟停標(biāo)志初始化等。

設(shè)置輪換標(biāo)志turns（）：根據(jù)啟動(dòng)時(shí)間、次數(shù)、是否故障等設(shè)置每組冷卻器啟動(dòng)和停止標(biāo)志。

啟停條件判斷judge（）：根據(jù)溫度、負(fù)荷確定是否需要啟停冷卻器。

啟停開(kāi)出處理exec（）：根據(jù)啟停需求和輪換標(biāo)志，真正開(kāi)出控制冷卻器球閥，和循環(huán)泵。

故障、全停處理alarm（）：①全停故障分時(shí)報(bào)警、保護(hù)出口處理；②開(kāi)入信號(hào)防抖處理，模入信號(hào)濾波處理；③對(duì)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化元件信號(hào)進(jìn)行自檢與互檢，如溫度開(kāi)入信號(hào)與模入信號(hào)互檢，球閥開(kāi)關(guān)狀態(tài)與示流器信號(hào)互檢等。

數(shù)據(jù)上送sent（）：完成運(yùn)行狀態(tài)、故障信號(hào)上送上位機(jī)信文組織。

4.3 上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

街面電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用水科院的H9000 系統(tǒng)。H9000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是水科院面向水利水電領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，將可編程控制器直接入以太網(wǎng)以獲得高速通訊能力和資源共享能力。上位機(jī)與施奈德PLC 網(wǎng)絡(luò)通信采用TCP/IP ModBus 規(guī)約，在組態(tài)環(huán)境下，設(shè)計(jì)人員對(duì)PLC 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)配置，運(yùn)行環(huán)境以圖形畫面形式的人機(jī)界面監(jiān)控主變冷卻器運(yùn)行信息、故障報(bào)警，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)歷史庫(kù)，生成報(bào)表，同時(shí)利用Web 功能使系統(tǒng)具有在線監(jiān)控功能，即在授權(quán)的情況下在任何一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器可遠(yuǎn)程監(jiān)控。限于篇幅，上位機(jī)程序不再詳述。

5 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，測(cè)控功能完善，完全能夠滿足電廠主變冷卻器自動(dòng)控制要求，以可編程控制器為核心提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。該系統(tǒng)在街面電站投運(yùn)后2年多的運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠，完善了以前沒(méi)能實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制功能，降低了設(shè)備的故障率，減少了運(yùn)行、維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度等，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。