／河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李紅英／

0 引言

干式變壓器以其具有防火阻燃、安裝環(huán)境簡潔、日常維護(hù)方便和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，逐漸在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。負(fù)載變化繞組超溫是干式變壓器故障的主要原因。為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和延長干式變壓器的使用壽命，應(yīng)該對干式變壓器的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。變壓器過載運(yùn)行會(huì)使溫度升高，加快變壓器絕緣的老化過程，降低變壓器的使用壽命。據(jù)研究統(tǒng)計(jì)，絕緣工作時(shí)的溫度每升高8℃，其壽命會(huì)減少一半。

1 系統(tǒng)分析

1.1 超溫原因

變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產(chǎn)生。變壓器鐵心發(fā)熱的主要原因是磁滯損耗、渦流損耗和繞組的傳導(dǎo)熱量。當(dāng)變壓器的初級(jí)繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動(dòng)，因?yàn)殍F心本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會(huì)感應(yīng)電勢，這個(gè)電勢在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，形成“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的鐵損耗增加，并且使變壓器的鐵心發(fā)熱，變壓器的溫升增加。繞制變壓器需要用銅導(dǎo)線，這些銅導(dǎo)線存在著直流電阻，電流流過時(shí)會(huì)消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，使繞組發(fā)熱。

1.2 控制要求

為能對變壓器的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能對多臺(tái)變壓器的繞組和鐵心溫度進(jìn)行測量，實(shí)時(shí)在HMI上顯示，并能對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，一旦溫度超出設(shè)定最高溫度時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，達(dá)到極限設(shè)定溫度時(shí)自動(dòng)切除負(fù)荷進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)溫度達(dá)到強(qiáng)制散熱設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制散熱。服務(wù)器能對變壓器的溫度進(jìn)行記錄，并能生成曲線圖，隨時(shí)能為技術(shù)人員提供查詢。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由溫度采集傳送單元、I/O模塊、PLC、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通訊等部分組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.1 溫度采集單元

采用熱電阻CU100對變壓器繞組和鐵心溫度進(jìn)行測量。熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)，其電阻也隨著發(fā)生變化的特征來測量溫度。測量范圍0～150℃，R0=100Ω。

2.2 人機(jī)界面（HMI）

人機(jī)界面用來顯示每臺(tái)變壓器的溫度，并可以方便地設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，如報(bào)警溫度值，切除負(fù)荷溫度值，啟/停風(fēng)扇溫度值等參數(shù)?？梢詫?shí)時(shí)查看每臺(tái)變壓器的繞組和鐵心的溫度，并可以顯示變壓器負(fù)荷和溫度關(guān)系曲線。必要時(shí)還可通過HMI上的按鈕，手動(dòng)啟/停風(fēng)機(jī)，消除報(bào)警及切除負(fù)荷等操作。在服務(wù)器上，記錄著各種報(bào)警信息及故障發(fā)生時(shí)的各相溫度值、時(shí)間等信息，可按時(shí)間條件進(jìn)行查詢，并根據(jù)需要進(jìn)行打印和負(fù)荷圖表輸出。該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集處理、風(fēng)機(jī)運(yùn)行和故障報(bào)警由PLC和HMI通過編制的相應(yīng)程序來完成。

2.3 遠(yuǎn)程I/O模塊

溫度信號(hào)的采集和風(fēng)扇的開啟通過遠(yuǎn)程I/O模塊來實(shí)現(xiàn)。溫度信號(hào)采集采用模擬量輸入模塊SM431模塊（訂貨號(hào)為6ES7 431-1KF10-0AB0）。該模塊能對電阻進(jìn)行測量，分辨率為13位，模擬量部分與CPU隔離，無需外部電源。對該模塊的模擬量的讀取可以在STEP7中用FC105功能塊讀出。該模塊通過Profibus網(wǎng)絡(luò)與PLC相連，把所采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送往PLC。

2.4 監(jiān)控單元

利用高性能臺(tái)達(dá)DVP-PLC對各溫度檢測單元進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描和運(yùn)算，結(jié)合HMI輸入的參數(shù)，對變壓器風(fēng)扇進(jìn)行控制，如果超出設(shè)定的限定值在HMI上發(fā)出聲光報(bào)警，達(dá)到極限值時(shí)切除負(fù)荷。DVP-PLC自動(dòng)化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，具有模塊擴(kuò)展和配置功能使其能夠按照每個(gè)不同的需求靈活組合。通過PROFIBUS-DP接口，最多時(shí)可以連接到125個(gè)總線節(jié)點(diǎn)，使用光纖時(shí)，最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離可以達(dá)到23km。集成的HMI服務(wù)，用戶只需為HMI服務(wù)定義源和目的地址，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的傳送信息。有很強(qiáng)的通信功能，CPU模塊集成有MPI和DP通信接口，有PROFIBUS-DP和工業(yè)以太網(wǎng)的通信模塊，以及點(diǎn)對電通信模塊。通過PROFIBUS-DP或AS-i現(xiàn)場總線，可以周期性的自動(dòng)交換I/O模塊的數(shù)據(jù)（過程映像數(shù)據(jù)交換）。在自動(dòng)化系統(tǒng)之間，PLC與計(jì)算機(jī)和HMI站之間，均可以交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信可以周期性的自動(dòng)進(jìn)行或基于事件驅(qū)動(dòng)由用戶程序塊調(diào)用。

2.5 網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)

現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的各個(gè)控制級(jí)和分散在現(xiàn)場的傳感器、執(zhí)行器有機(jī)聯(lián)系起來，為實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。唐鋼酸洗線系統(tǒng)根據(jù)控制級(jí)別要求和網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)在不同控制層應(yīng)用了工業(yè)以太網(wǎng)，PROFIBUS-DP和AS-I總線。工業(yè)以太網(wǎng)采用光纖電纜作為傳輸介質(zhì)，光纜不受電磁干擾影響，通訊迅捷可靠，實(shí)現(xiàn)工程師站、HMI、HMI服務(wù)器、快速數(shù)據(jù)分析儀FDA和S7-400PLC系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊，達(dá)到生產(chǎn)管理和工程控制的目的。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)用以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)和分布式I/O站（SIMATIC ET200S），SIEMENS驅(qū)動(dòng)器及MCC DP/AS-I LINK之間的數(shù)據(jù)通訊。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快，抗干擾度高，有力的保證了現(xiàn)場狀態(tài)信號(hào)與控制數(shù)據(jù)的傳輸。

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 應(yīng)用軟件

HMI操作系統(tǒng)為W indows2000 Server Sp 5，應(yīng)用軟件為Wonderware InTouch Ver.8 Sp 4，InTouch是在Windows2000或WindowsXP操作系統(tǒng)下，在PC機(jī)上運(yùn)行的面向?qū)ο蟮?、?shù)據(jù)開放和功能開放的32位應(yīng)用程序系統(tǒng)。InTouch提供在工業(yè)上用于圖形顯示、信息處理、歸檔和報(bào)表的基本功能模塊，還提供用戶文檔、過程控制軟件包和開放開發(fā)工具等可選軟件包。其強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)程序接口、快速圖形更新和安全歸檔功能具有很高的可能性，結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式保證無論是組態(tài)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)和運(yùn)行過程的數(shù)據(jù)都可準(zhǔn)確無誤的讀取。

3.2 功能塊流程圖

在主程序中調(diào)用變壓器溫度監(jiān)測功能塊，功能流程圖如圖2所示。

圖2 流程圖

4 結(jié)束語

多臺(tái)變壓器實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)是在唐鋼冷軋薄板廠現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加對變壓器進(jìn)行溫度監(jiān)控，來減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。產(chǎn)生的溫度、電流曲線圖表，有利于分析變壓器的工作、健康狀況及負(fù)荷的分配情況，根據(jù)記錄的這些數(shù)據(jù)來制定檢修計(jì)劃和合理的分配負(fù)荷。唐鋼冷軋薄板廠有六臺(tái)干式變壓器，為了監(jiān)控變壓器的溫度，需要工作人員每天三次記錄每相的溫度，并采用紅外線電子測溫儀去測量每一臺(tái)變壓器的鐵心溫度，以便分析掌握變壓器的工作狀況。本文在唐鋼冷軋薄板廠現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的一套變壓器溫度聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備的可靠性。