陸 瑤

（中國(guó)石油大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163714）

1 項(xiàng)目概述

變壓器檢修用綜合控制裝置是一個(gè)群眾性科技創(chuàng)新項(xiàng)目，項(xiàng)目的目的是為了研究一種能夠提高變壓器檢修效率的裝置，使變壓器檢修變得更加智能化，以解決變壓器檢修中遇到的一些問(wèn)題，例如變壓油液高度檢測(cè)、充氮保護(hù)智能化控制、充氮作業(yè)過(guò)程中的高空安全問(wèn)題等，該項(xiàng)目融合了現(xiàn)階段先進(jìn)的智能控制技術(shù)，可以提高檢修效率，降低檢修風(fēng)險(xiǎn)。

2 變壓器檢修用綜合控制裝置

變壓器檢修用綜合控制裝置由PLC、液位傳感器、行程開(kāi)關(guān)、壓力表、電磁閥、鋰電池和無(wú)線通信模塊等部分共同組成，包括1 個(gè)主控單元和3 個(gè)檢測(cè)單元。主控單元與檢測(cè)單元之間采取無(wú)線通信，主控單元集成在一個(gè)機(jī)箱，內(nèi)部擁有一塊主板，主板上安裝一個(gè)核心處理器和若干電氣元件，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)和自動(dòng)報(bào)警。變壓器檢修時(shí)，主控單元箱體放在地面，3 個(gè)檢測(cè)單元分別對(duì)應(yīng)放油、充氮和膠囊3 個(gè)位置，工作人員通過(guò)操作面板即可完成變壓器的檢測(cè)和試驗(yàn)。

3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3.1 主控箱

主控單元箱體采用不銹鋼材料制作而成，箱體底部安裝萬(wàn)向輪用于拖拽，防護(hù)等級(jí)可以達(dá)到IP56 級(jí)，檢測(cè)單元可以收入主控箱體內(nèi)，方便移動(dòng)和保存，電路部分采用三防插頭，實(shí)現(xiàn)電源的快速連接，箱體內(nèi)部安裝有PLC、繼電器、電磁閥、無(wú)線通信模塊、指示燈、照明燈和蜂鳴器等，箱體外部安裝一個(gè)隱藏式插座，便于其他檢測(cè)設(shè)備的供電。

工作原理：綜合控制裝置為AC 220 V 供電，通過(guò)快速接頭接入電源，為PLC、開(kāi)關(guān)、照明燈、插座、繼電器、電磁閥、無(wú)線模塊和蜂鳴器供電。無(wú)線模塊負(fù)責(zé)接收和發(fā)射無(wú)線信號(hào)，PLC 接收到無(wú)線模塊本地的信號(hào)后，自主控制繼電器、指示燈、蜂鳴器或電磁閥動(dòng)作，從而完成變壓器檢修的綜合控制。

該裝置傳感器主要有油位傳感器、氮?dú)鈮毫鞲衅骱统涿泜鞲衅魅N，充脹傳感器和油位傳感器通過(guò)磁吸元件實(shí)現(xiàn)快速拆裝，油位傳感器選擇超聲波傳感器，氮?dú)鈮毫鞲衅鬟B接電信號(hào)壓力表，并與主控箱的電磁閥相連，通過(guò)快速接頭實(shí)現(xiàn)快速連接。

3.2 放油檢測(cè)單元

放油檢測(cè)單元的外殼由鋁合金制成，頂部安裝提拉手，傳感器安裝于殼體內(nèi)部，配有無(wú)線傳輸裝置，整個(gè)檢測(cè)單元由鋰電池供電（圖1）。

圖1 放油檢測(cè)單元

鋰電池為液位傳感器和無(wú)線傳輸裝置供電。液位傳感器為超聲波傳感器，超聲波由殼體內(nèi)部向變壓器發(fā)射，變壓器內(nèi)部的變壓器油與空氣具有不同的聲阻，當(dāng)超聲波經(jīng)過(guò)這兩種不同的介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的吸收效果，超聲波反射回到傳感器后，可通過(guò)檢測(cè)所收到超聲波的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)判斷油位位置，并將油位位置數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸裝置發(fā)送出去，PLC 端的無(wú)線裝置接收到數(shù)據(jù)后將其轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，控制繼電器、指示燈、蜂鳴器進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)油位位置的自動(dòng)檢測(cè)。

3.3 充氮檢測(cè)單元

充氮檢測(cè)單元的殼體由鋁合金制成，頂部安裝提拉手，電磁式壓力表、無(wú)線傳輸裝置、鋰電池、軟管與接頭安裝于殼體內(nèi)部。

鋰電池為殼體內(nèi)的各部件供電，電磁式壓力表采用快拆裝置接到系統(tǒng)中，快拆裝置上安裝高強(qiáng)度磁鐵，能夠牢固地吸附于接點(diǎn)，避免因振動(dòng)或壓力變化導(dǎo)致接點(diǎn)斷開(kāi)，自動(dòng)充氮機(jī)通過(guò)軟管與主機(jī)相連，壓力表檢測(cè)充氮壓力并通過(guò)無(wú)線裝置發(fā)送壓力數(shù)據(jù)，PLC 端的無(wú)線裝置接收到壓力數(shù)據(jù)后控制繼電器與指示燈動(dòng)作，控制電磁閥的開(kāi)和關(guān)，使氮?dú)鈮毫κ冀K維持在0.01～0.03 MPa。充氮檢測(cè)單元外形結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 充氮檢測(cè)單元

圖3 膠囊檢測(cè)單元

3.4 膠囊檢測(cè)單元

膠囊檢測(cè)單元的殼體由鋁合金制成，頂部安裝提拉手，行程開(kāi)關(guān)、無(wú)線傳輸裝置、鋰電池和高強(qiáng)度磁體安裝于殼體內(nèi)部。

膠囊檢測(cè)單元通過(guò)行程開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)膠囊的鼓脹程度，膠囊充氣鼓漲后推動(dòng)行程開(kāi)關(guān)滑動(dòng)到一定的位置，行程開(kāi)關(guān)的位置數(shù)據(jù)由無(wú)線傳輸裝置發(fā)送，PLC 端的無(wú)線傳輸裝置收到信號(hào)后，控制繼電器和指示燈的相應(yīng)動(dòng)作，控制氣泵的開(kāi)和關(guān)，實(shí)現(xiàn)膠囊的自動(dòng)充氣控制。

4 裝置的安裝、設(shè)置及應(yīng)用

變壓器檢修用綜合控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)放油、自動(dòng)充氮、自動(dòng)為膠囊充氣、聲光報(bào)警和電源、壓力管線的快速連接等功能，在實(shí)際使用中可以根據(jù)檢修需要靈活選擇各項(xiàng)功能的配置，傳感器收納方便，整個(gè)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，方便攜帶和安裝。該裝置在-25～70 ℃可以穩(wěn)定工作，耐環(huán)境濕度能力達(dá)到90%RH（25 ℃時(shí)），最高使用海拔3000 m。安裝時(shí)只需要簡(jiǎn)單的吊具。

4.1 裝置配線

安裝前，應(yīng)詳細(xì)檢查裝置接線是否完好，確保接線順序與相序正確，不存在短路情況，接地情況良好。殼體內(nèi)各元器件與使用說(shuō)明書一致，在充氮進(jìn)出口位置應(yīng)設(shè)置明顯的標(biāo)識(shí)，防止將管線接反。

安裝時(shí)，要再一次檢查裝置接線是否正確，一切準(zhǔn)備就緒后才能介入220 V 交流電源，此時(shí)閉合斷路器，閉合各熔斷器，檢查電源顯示和輸入是否存在問(wèn)題，檢查工作指示燈與蜂鳴器是否正常，檢查插座是否松動(dòng)，檢查檢測(cè)單元內(nèi)置的鋰電池工作是否正常，鋰電池工作電壓顯示應(yīng)為DC 24 V；此外還應(yīng)檢查自動(dòng)充氮機(jī)工作是否正常。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行

變壓器檢修用綜合控制裝置進(jìn)入檢修現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)先啟動(dòng)主控單元，待主控單元工作正常后依次啟動(dòng)各項(xiàng)檢測(cè)單元，確認(rèn)各檢測(cè)單元完好無(wú)損，且各指示燈無(wú)故障報(bào)警，方可為各檢測(cè)單元供電。

4.3 油位檢測(cè)單元——超聲波液位傳感器設(shè)置

在油位檢測(cè)單元中，鋰電池?fù)碛姓?fù)2 個(gè)端子，進(jìn)行相關(guān)操作時(shí)需手動(dòng)連接鋰電池與超聲波傳感器，傳感器工作正常則顯示燈亮，否則需檢查鋰電池接線或傳感器是否存在問(wèn)題。

首次使用超聲波傳感器需要設(shè)置，在超聲波傳感器控制面板上進(jìn)行相應(yīng)操作，當(dāng)選擇數(shù)字3 時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入界面選擇，界面中顯示默認(rèn)設(shè)置。然后進(jìn)行頁(yè)面的校準(zhǔn)，再次觸碰操作面板的數(shù)字鍵3，界面中顯示液位選擇，這時(shí)需要根據(jù)液面探測(cè)裝置的實(shí)際位置進(jìn)行設(shè)置，需要設(shè)置為存在液面時(shí)，觸碰操作面板的數(shù)字鍵2 直至顯示為“有液”，需要設(shè)置為不存在液面時(shí)，觸碰操作面板的數(shù)字鍵2，直至顯示為“無(wú)液”，按照變壓器檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，“有液”是指當(dāng)前液面處于高位，“無(wú)液”是指當(dāng)前液面處于低位。然后選擇罐體厚度，觸碰操作面板數(shù)字鍵3，界面進(jìn)入厚度選擇頁(yè)面，按照變壓器罐體的實(shí)際厚度選擇即可，觸碰操作面板的數(shù)字鍵2 可以切換厚度小于或大于40 mm。然后選擇校準(zhǔn)方式，觸碰操作面板數(shù)字鍵3，進(jìn)入校準(zhǔn)頁(yè)面，頁(yè)面中有自動(dòng)校準(zhǔn)和手動(dòng)校準(zhǔn)兩個(gè)選項(xiàng)，選擇自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)，自動(dòng)檢測(cè)裝置會(huì)以6 d 作為一個(gè)工作周期，進(jìn)行全部控制裝置的自動(dòng)校準(zhǔn)，而不需要人工干預(yù)。選擇手動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)，需工作人員手動(dòng)完成各個(gè)檢測(cè)裝置的校準(zhǔn)，一般每個(gè)月需要手動(dòng)校準(zhǔn)一次。然后進(jìn)行增益模式的選擇，觸碰操作面板數(shù)字鍵3，進(jìn)入增益模式選擇頁(yè)面，在這一頁(yè)面中會(huì)顯示小、中、大、強(qiáng)等4 種增益模式，一般情況下不用特意選擇，跟隨系統(tǒng)默認(rèn)值即可。最后進(jìn)行設(shè)置結(jié)果的確認(rèn)，觸碰操作面板數(shù)字3 鍵，進(jìn)入確認(rèn)頁(yè)面，頁(yè)面中顯示“確認(rèn)”或“取消”兩個(gè)按鈕，點(diǎn)擊確認(rèn)后完成裝置的校準(zhǔn)，點(diǎn)擊確認(rèn)后如系統(tǒng)界面顯示31，則表示系統(tǒng)存在問(wèn)題，需重新檢查接線，在按照上述過(guò)程進(jìn)行校準(zhǔn)，直至界面顯示校準(zhǔn)成功為止。超聲波液位傳感器如圖4 所示。

圖4 超聲波液位傳感器

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

在膠囊檢測(cè)單元中，鋰電池?fù)碛姓?fù)2個(gè)端子，進(jìn)行相關(guān)操作時(shí)需手動(dòng)連接鋰電池與超聲波傳感器，傳感器工作正常則顯示燈亮起，否則需檢查鋰電池接線或傳感器是否存在問(wèn)題。電源接好后可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整行程開(kāi)關(guān)位置，調(diào)整行程開(kāi)關(guān)可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)滾子實(shí)現(xiàn)，動(dòng)作行程設(shè)置在20°～75°，行程開(kāi)關(guān)的受力范圍為2～8 N。

5 日常維護(hù)

該裝置采用免維護(hù)設(shè)計(jì)，在使用過(guò)程中只需按照使用說(shuō)明書進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置即可。一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，只能由專業(yè)的售后人員進(jìn)行維修。但日常使用過(guò)程中仍需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化保養(yǎng)工作，例如每半年檢查接線端子是否接觸良好，清潔空氣壓縮機(jī)內(nèi)的灰塵，檢查機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，檢查導(dǎo)線絕緣是否良好。裝置中的3 個(gè)檢測(cè)單元所包含的鋰電池需要定期維護(hù)，每3 個(gè)月需將電池拆下進(jìn)行完全充放電保養(yǎng)，并檢查電池容量和工作電壓是否合格。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，變壓器檢修用綜合控制裝置應(yīng)用先進(jìn)的PLC 控制技術(shù)與傳感器測(cè)量技術(shù)，可以在變壓器檢修中自動(dòng)測(cè)量油液位置、測(cè)量充氮壓力、測(cè)量膠囊鼓脹情況，從而實(shí)現(xiàn)變壓器檢修的自動(dòng)控制，維持變壓器液位穩(wěn)定、充氮壓力正常、膠囊鼓脹適當(dāng)，保持變壓器良好的工作狀態(tài)，避免以往變壓器檢修中存在的高空墜落危險(xiǎn)，能夠提高變壓器檢修效率、降低檢修成本、增強(qiáng)電網(wǎng)智能化控制水平。