張爭(zhēng)剛

摘 要：變壓器冷卻系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性很大程度上取決于其冷卻控制系統(tǒng)，本文使用PLC為控制器，實(shí)現(xiàn)變壓器冷卻系統(tǒng)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)變壓器降溫散熱；變壓器冷卻控制系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、硬件簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。適合在變壓器冷卻控制系統(tǒng)中應(yīng)用。自動(dòng)化程度高、硬件簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。能夠滿足變壓器冷卻系統(tǒng)控制要求。

關(guān)鍵詞：PLC 自動(dòng)控制 變壓器 冷卻系統(tǒng)

PLC-based Transformer Cooling Control System Design

Zhang Zhenggang

Abstract：The reliability of the operation of the transformer cooling system largely depends on its cooling control system. This paper uses PLC as the controller to realize the automatic control of the transformer cooling system and realize the transformer cooling and heat dissipation. The transformer cooling control system has the advantages of high degree of automation， simple hardware and high reliability， and is suitable for use in transformer cooling control systems， and with the advantages of high degree of automation， simple hardware and high reliability， it can meet transformer cooling system control requirements.

Key words：PLC， automatic control， transformer， cooling system

1 引言

電力變壓器是電能輸送系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備，在供電系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，而變壓器冷卻系統(tǒng)是變壓器可靠運(yùn)行的前提，變壓器冷卻控制系統(tǒng)直接影響變壓器的冷卻效果。常規(guī)冷卻控制系統(tǒng)機(jī)械觸點(diǎn)多、運(yùn)行可靠性差，冷卻設(shè)備投/切不靈活，冷卻設(shè)備利用率低，現(xiàn)采PLC進(jìn)行變壓器冷卻系統(tǒng)自動(dòng)控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足變壓器冷卻系統(tǒng)控制要求。

2 控制要求

這里針對(duì)單臺(tái)變壓器具有兩組冷卻器的變壓器冷卻系統(tǒng)為對(duì)象進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主冷卻器組，由1#油泵和1#、2#風(fēng)機(jī)組成，輔冷卻器組（備用），由2#油泵和3#、4#風(fēng)機(jī)組成，通過(guò)對(duì)1#、2#油泵和1#、2#、3#、4#風(fēng)機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)變壓器冷卻控制。系統(tǒng)有手動(dòng)、自動(dòng)兩種工作模式。自動(dòng)模式下，根據(jù)變壓器頂部油溫度對(duì)油泵、風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，使變壓器油溫在合理范圍內(nèi)；手動(dòng)模式下，可按需要進(jìn)行油泵、風(fēng)機(jī)的控制；系統(tǒng)能夠顯示冷卻設(shè)備工作狀態(tài)（運(yùn)行、故障）；應(yīng)有故障檢測(cè)、報(bào)警、保護(hù)功能，在故障發(fā)生時(shí)提醒工作人員進(jìn)行干預(yù)，保證油泵、風(fēng)機(jī)安全。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)控制原理框圖如圖1所示。由兩路溫度傳感器檢測(cè)變壓器頂部油溫，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后將油溫信息送入PLC，即PLC獲取變壓器頂部油溫信息，將變壓器油溫度（檢測(cè)值）與變壓器安全運(yùn)行時(shí)的溫度（設(shè)定值）進(jìn)行比較，若當(dāng)前油溫高于安全運(yùn)行油溫，PLC控制固態(tài)繼電器接通相應(yīng)的油泵、風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱，使變壓器油溫會(huì)下降到安全運(yùn)行溫度，保障變壓器的安全運(yùn)行。

3.2 主電路設(shè)計(jì)

按變壓器冷卻系統(tǒng)要求，這里的變壓器冷卻系統(tǒng)有兩組冷卻器，一般情況下，任何一組冷卻器單獨(dú)工作都能滿足變壓器冷卻要求，僅在特殊情況下兩組冷卻器同時(shí)工作。這里主電路與其他變壓器冷卻系統(tǒng)主電路相似，為提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，采用固態(tài)繼電代替交流接觸器，固態(tài)繼電器為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，通斷時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電弧，使用壽命更長(zhǎng)；另外為了更方便投入/切除各個(gè)油泵及風(fēng)機(jī)，每一個(gè)油泵和風(fēng)機(jī)由對(duì)應(yīng)的一個(gè)固態(tài)繼電器進(jìn)行單獨(dú)控制；每一個(gè)油泵和風(fēng)機(jī)都接有電機(jī)保護(hù)器，如發(fā)生過(guò)電流、過(guò)電壓、缺相、過(guò)載情況，由保護(hù)裝置將故障信息發(fā)送給PLC，由PLC控制斷開(kāi)相應(yīng)故障冷卻設(shè)備，并報(bào)警。

3.3 控制線路設(shè)計(jì)

根據(jù)變壓器冷卻系統(tǒng)控制要求，進(jìn)行PLC輸入、輸出地址分配，分配表如表1所示。

根據(jù)系統(tǒng)I/O分配表，需要18路數(shù)字量輸入，需要21路輸出，所以這里選擇三菱FX2N-48MR型PLC作為主控制器，其硬件資源包括24位數(shù)字量輸入、24位數(shù)字量輸出，同時(shí)可擴(kuò)展連接2路模擬量輸入，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。

根據(jù)系統(tǒng)I/O 分配表進(jìn)行系統(tǒng)I/O接線圖設(shè)計(jì)，如圖2所示。溫度信息采集A/D轉(zhuǎn)換接線電路如圖3所示。

3.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)有自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作模式，在系統(tǒng)調(diào)試或其他特殊情況下，需要人為操作控制時(shí)，可切換為手動(dòng)工作模式，人為手動(dòng)操作各個(gè)冷卻設(shè)備控制開(kāi)關(guān)，來(lái)控制對(duì)應(yīng)冷卻油泵、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行/停止。一般情況下，系統(tǒng)處于自動(dòng)工作模式，不需要人為干預(yù)，自動(dòng)完成變壓器頂層油溫采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后與正常工作油溫上限值、下限值進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，若檢測(cè)變壓器油溫高于上限值時(shí)，啟動(dòng)1臺(tái)油泵和2臺(tái)風(fēng)機(jī)對(duì)變壓器油（繞組、鐵芯）進(jìn)行冷卻，隨著冷卻的進(jìn)行變壓器油（繞組、鐵芯）溫度下降，為避免冷卻設(shè)備頻繁啟動(dòng)、停止，當(dāng)變壓器油溫降到正常油溫上限時(shí)，冷卻設(shè)備繼續(xù)工作，變壓器油溫將繼續(xù)降低，直到變壓器油溫降到工作油溫下限值，冷卻設(shè)備停止工作，但在變壓器工作過(guò)程中，變壓器發(fā)熱元件鐵芯、繞組持續(xù)發(fā)熱，變壓器油溫會(huì)慢慢升高，直到油溫再次上升到正常工作油溫上限值，冷卻油泵和風(fēng)機(jī)啟動(dòng)工作，如此循環(huán)，保證變壓器油溫始終在上限值和下限值之間波動(dòng)（即溫度的區(qū)間控制），而變壓器油溫上限值、下限值之間都是變壓器安全運(yùn)行范圍，保證了變壓器的安全運(yùn)行，達(dá)到控制目標(biāo)。軟件流程圖如圖4所示。

為保障系統(tǒng)供電可靠性，使用雙電源供電，一組主電源，一組備用電源，由兩路電源監(jiān)測(cè)繼電器采集電源信號(hào)，當(dāng)一路電源停電或故障時(shí)，電源監(jiān)測(cè)繼電器將停電信號(hào)發(fā)送給PLC，由PLC斷開(kāi)故障電源，接入另外一組電源進(jìn)行供電。系統(tǒng)以變壓器油溫度為關(guān)鍵參量進(jìn)行變壓器冷卻系統(tǒng)控制，所以采集的油溫信息必須是可靠的，為避免變壓器油溫度傳感器及轉(zhuǎn)換電路工作故障，系統(tǒng)采用兩組（A組、B組）溫度傳感器分別采集變壓器頂部同一位置變壓器油溫信息（理論上同一位置的油溫應(yīng)該是相同的），兩組傳感器采集的溫度信息，分別經(jīng)兩路A/D轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入PLC，由程序比較兩路傳感器采集的溫度值是否相同，若相同或接近，說(shuō)明傳感器工作正常，采集的油溫度真實(shí)可信，可由PLC根據(jù)油溫信息控制散熱器工作情況；若采集的兩路溫度信息偏差較大，說(shuō)明至少有1路溫度信息不可靠，為保證變壓器安全，此時(shí)按采集溫度最高值對(duì)待，控制散熱器工作，同時(shí)發(fā)出警報(bào)，通知檢修人員，檢查油溫檢查回路故障。在冷卻設(shè)備安全方面，由電機(jī)保護(hù)器對(duì)冷卻設(shè)備（油泵、風(fēng)機(jī)）進(jìn)行過(guò)載、短路、缺相保護(hù)，并將故障信息發(fā)送給PLC，由PLC控制切斷故障設(shè)備，接通備用設(shè)備進(jìn)行替換，同時(shí)故障設(shè)備故障指示燈點(diǎn)亮，既能保證部分冷卻設(shè)備故障時(shí)依舊能實(shí)現(xiàn)變壓器冷卻控制要求，同時(shí)方便工作人員進(jìn)行故障設(shè)備檢修。由2個(gè)油流繼電器分別監(jiān)測(cè)兩個(gè)油泵工作情況，若期中一個(gè)油泵發(fā)生故障，導(dǎo)致變壓器油循環(huán)減慢影響變壓器散熱，該油泵的油流繼電器將故障信息發(fā)送給PLC，PLC將切斷故障油泵，接通另一油泵工作，同時(shí)故障油泵故障指示燈點(diǎn)亮，提醒工作人員檢修。為提高冷卻設(shè)備利用率及延長(zhǎng)冷卻設(shè)備使用壽命，1#油泵和2#油泵互為備用，1#油泵累計(jì)工作8小時(shí)后輪換2#油泵工作8小時(shí)，如此循環(huán)；1#、2#風(fēng)機(jī)累計(jì)工作4小時(shí)后輪換3#、4#風(fēng)機(jī)工作4小時(shí)，如此循環(huán)。

4 系統(tǒng)調(diào)試

變壓器冷卻控制系統(tǒng)硬件安裝完畢后，將PLC程序下載入PLC存儲(chǔ)器，進(jìn)行通電測(cè)試。經(jīng)試驗(yàn)：系統(tǒng)在自動(dòng)模式下能可靠檢測(cè)變壓器油溫信息，并根據(jù)變壓器油溫信息控制油泵、風(fēng)機(jī)工作或停止，保證變壓器頂層油溫在上、下限范圍內(nèi)；在手動(dòng)模式下，可手動(dòng)控制各油泵、風(fēng)機(jī)工作或停止，并由指示燈顯示各個(gè)油泵、風(fēng)機(jī)工作或停止工作狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)測(cè)試，變壓器冷卻控制系統(tǒng)能控制各風(fēng)機(jī)、油泵進(jìn)行散熱，使變壓器繞組、鐵芯工作在安全溫度范圍內(nèi)，保證變壓器的安全運(yùn)行；此外，該散熱系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、硬件簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。能夠滿足變壓器冷卻系統(tǒng)控制要求。

基金項(xiàng)目：楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院自然科學(xué)基金項(xiàng)目（ZK20-49）。