【正文】 時(shí)切除持續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的冷卻器，使冷卻器組均衡工作，提高了冷卻器組的工作可靠性和使用壽命。“主”電 源故障后冷卻控制裝置能發(fā)出“電源故障”信號(hào)并投入“輔”河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 電源，保證了冷卻裝置供電的可靠性；兩路電源都發(fā)生故障，能發(fā)出“裝置失電”信號(hào)，并能夠?qū)⑷匡L(fēng)冷卻器切除。 ，應(yīng)按溫度和 (或 )負(fù)載控制冷卻器的投切。 。變壓器空載損耗在變壓器投運(yùn)后就一直存在，不隨變壓器所帶負(fù)載的大小變化；負(fù)載損耗則隨變壓器所帶負(fù)荷的大小而改變，與負(fù)荷電流的平方成正比，變壓器總損耗在不同負(fù)載時(shí)的計(jì)算公式為 20 1 0p p p p I R? ? ? ? ? （ 21） 20 1 01p p p p I RppIR? ? ? ? ??????變 壓 器 空 載 損 耗變 壓 器 一 定 負(fù) 載 電 流 下 的 負(fù) 載 損 耗變 壓 器 的 負(fù) 載 電 流變 壓 器 繞 組 等 值 電 阻 設(shè)變壓器的額定負(fù)載電流為 cI ，則在額定負(fù)載 電流下的變壓器額定負(fù)載損耗 tP 的計(jì)算公式為： 2tcp I R? （ 22） 空載損耗 0p 和額定負(fù)載損耗 tp 在變壓器銘牌中給出由公式（ 21）、（ 22）可得負(fù)載電流為 I 時(shí)變壓器損耗的計(jì)算公式為： 200 ( / )tcp p p p I I? ? ? ? ? （ 23） 變壓器損耗將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃肯蛲獍l(fā)散，從而引起變壓器發(fā)熱和變壓器油溫升高。 大型油冷變壓器發(fā)熱和散熱計(jì)算 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 7 引起變壓器運(yùn)行中整體溫度變化的原因主要有變壓器的損耗和環(huán)境氣溫的影響。 ，一方面造成啟動(dòng)電流過大，另一方面多個(gè)潛油泵突然啟動(dòng)會(huì)加重變壓器油流帶電現(xiàn)象。如果輔助冷卻器的油泵、風(fēng)扇電機(jī)啟動(dòng)過于頻繁 ,還會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致熱繼電器動(dòng)作，從而使輔助冷卻器退出運(yùn)行，這樣會(huì)縮短冷卻器電氣設(shè)備的使用壽命。通過分析主要存在以下不足 [9]： 、接觸器和其他器件實(shí)現(xiàn)，控制裝置的線路復(fù)雜、接點(diǎn)接線較多，導(dǎo)致控制裝置可靠性低、故障率高，維護(hù)工作量大。 上述的冷卻裝置配置有其不盡人意的地方，在夏季高溫天氣時(shí)，變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行，變河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 6 壓器冷卻裝置全部投入，但其上層油溫仍高達(dá) 70℃左右。 強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷卻器及控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 [9] 冷卻系統(tǒng)是變壓器的重要組成部分，它的工作保證了變壓器各部分的溫度保持在規(guī)定值以內(nèi)。裝置以變壓器負(fù)荷、油面溫度結(jié)合的控制策略，進(jìn)行冷卻器的投切控制，以冷卻器組累積運(yùn)行時(shí)間基本均衡為原則進(jìn)行循環(huán)投切。 強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式，它是把變壓器中的油，利用油泵打入油冷卻器后再?gòu)?fù)回油箱。第二、三種冷卻方式是變電站廣泛采用的散熱方式。對(duì)于自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器而言，繞組散熱是借助于變壓器油的循環(huán)而實(shí)現(xiàn)的，從溫度測(cè)量方面看，繞組溫度不易測(cè)量，工程上都是采用測(cè)量油溫的方法，因此，根據(jù)油溫進(jìn)行 風(fēng)冷控制是一個(gè)很自然的思路，即當(dāng)油溫較高時(shí)，控制冷卻風(fēng)扇開啟，而當(dāng)油溫較低時(shí)，控制冷卻風(fēng)扇退出 [7]。國(guó)標(biāo) GB109471中規(guī)定 A級(jí)絕緣的變壓器其繞組對(duì)空氣的溫升是 65℃，而最高環(huán)境溫度為 40℃，則繞組最熱點(diǎn)的溫度限值為 65+40=105℃。工程上是利用等值老化原則來解決這一問題的，即在一部分運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，根據(jù)運(yùn)行要求，允許繞組溫度大于 98℃，而在另一部分時(shí)間內(nèi)使繞組溫度小于 98℃。研究表明，對(duì)于采用 A 級(jí)絕緣的變壓器，當(dāng)最熱點(diǎn)溫度為 98℃時(shí)，變壓器能獲得正常預(yù)期壽命 20— 30 年，而溫度每升高 6℃，則變壓器壽命縮短一半， 此即所謂的絕緣老化 6℃規(guī)則。針對(duì)繼電式控制裝置存在的問題和設(shè)計(jì)上存在的缺陷很多文獻(xiàn)針對(duì)具體故障分析故障原因，提出了具體的改造措施和方案，在運(yùn)行中取得了一定的效果。有文獻(xiàn)提出了單負(fù)載雙電源切換控制及缺相保護(hù)控制電路和雙負(fù)載雙電源切換控制電路的原理和實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)冷卻控制裝置電源控制部分的設(shè)計(jì)提供了借鑒。隨著對(duì)電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行要求的不斷提高，本文提出的基于 PLC 的大型變壓器冷卻控制裝置的研制，對(duì)變壓器及電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行有重要意義和實(shí)用價(jià)值 [26]。但目前大型電力變壓器的冷卻控制仍然主要采用傳統(tǒng)的繼電式控制 方式，這種控制方式存在許多弊端：控制回路接線復(fù)雜、可靠性差、故障率較高、維護(hù)工作量大，造成冷卻器運(yùn)行不均衡，影響冷卻器組使用壽命，同時(shí)不利于節(jié)能；變壓器負(fù)荷波動(dòng)較大造成變壓器油溫變化時(shí)，因采用溫度硬觸點(diǎn)控制，造成冷卻器組頻繁啟停，降低了冷卻器組的河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 3 使用壽命 ,同時(shí)加重了油流帶電現(xiàn)象；不能對(duì)冷卻器風(fēng)扇、油泵電動(dòng)機(jī)提供完善的保護(hù)。變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生的損耗將轉(zhuǎn)換為熱量散發(fā)出來，使變壓器繞組、 鐵芯和變壓器油溫上升。因此要對(duì)變壓器進(jìn)行冷卻控制 [3]?？梢?，溫度對(duì)變壓器的使用壽命有著至關(guān)重要的影響。變壓器的銅耗和鐵耗產(chǎn)生的熱量主要以傳導(dǎo)和對(duì)流的方式向外擴(kuò)散，變壓器運(yùn)行時(shí)，各部分的溫度分布極不均勻。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電壓等級(jí)的提高，在電能輸送過程中，電壓轉(zhuǎn)換層次有增多的趨勢(shì)，要求系統(tǒng)中的變壓器總量己由過去的 5— 7 倍發(fā)電總?cè)萘?，增加?9— 10 倍發(fā)電總?cè)萘?。因此，變壓器能否正常運(yùn)行對(duì)于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。分析與測(cè)試均表明，變壓器產(chǎn)生的熱量 80%以上集中于繞組和鐵心，它直接影響著變壓器的出力。分析與計(jì)算表明，變壓器損耗的增加與其額定容量的 3/4 次方成比例，而冷卻表面的增加只與額定容量的 1/2 次方成比例。 論文的背景和意義 在輸變電系統(tǒng)中，變壓器是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的最基本、最重要的設(shè)備，對(duì)供電可靠性有著重大的影響。變壓器的溫升影響它的帶負(fù)荷能力，同時(shí)會(huì)加速變壓器繞組和鐵芯所采用絕緣材料的老化，影響它的使用壽命。繼電式控制裝置因控制系統(tǒng)故障而使變壓器冷卻系統(tǒng)帶病運(yùn)行，嚴(yán)重地影響了變壓器的可靠運(yùn)行，已不適應(yīng)于現(xiàn)如今電網(wǎng)的發(fā)展。 冷卻控制裝置研究現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的電力變壓器冷卻及其 控制裝置現(xiàn)狀的分析和研究。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器油流帶電問題的研究 [9]。由于繼電設(shè)備自身的局限問題，改造不能大幅度提高控制裝置的安全可靠性和實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的功能和控制策略，但文獻(xiàn)提出的冷卻控制裝置的問題和改造思路、方案對(duì) 設(shè)計(jì)開發(fā)具有指導(dǎo)意義 [10]。根據(jù)絕緣老化 6℃規(guī)則，如維持變壓器繞組熱點(diǎn)溫度在 98℃，可以獲得正常預(yù)期壽命。只要使變壓 器在溫度較高的時(shí)間內(nèi)所多損失的壽命，與變壓器在溫度較低時(shí)間內(nèi)所少損失的壽命相互補(bǔ)償，則變壓器的預(yù)期壽命可以和恒溫 98℃運(yùn)行時(shí)的壽命等值。如果繞組溫度保持在 105℃，則根據(jù) 6℃規(guī)則其使用壽命將降低一倍還多。 變壓器的冷卻方式 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 主要有自然油循環(huán)自冷、自然油循環(huán)風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷和強(qiáng)迫油循環(huán)水冷四種散熱方式 [8]。自然油循環(huán)風(fēng)冷散熱方式是利用變壓器繞組及鐵心發(fā)熱后，本體內(nèi)的油形成對(duì)流，油流經(jīng)散熱器后，由冷卻風(fēng)扇吹 出的風(fēng)將熱量帶走，從而達(dá)到散熱的目的，這種冷卻方式主要用于中小型變壓器 。油冷卻器做成容易散熱的特殊形狀，利用風(fēng)扇吹風(fēng)或循環(huán)水作冷卻介質(zhì)，把熱量帶走。介紹了自動(dòng)投切功能模塊的軟件設(shè)計(jì)和通訊模塊軟件設(shè)計(jì)。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻系統(tǒng)由風(fēng)冷卻器和風(fēng)冷控制控制裝置兩部分組成，下面就對(duì)冷卻系統(tǒng)這兩部分的工作原理及我國(guó)運(yùn)行大型變壓器冷卻裝置的配置和特點(diǎn)進(jìn)行分析和介紹。但在夜間尤其是在暴雨過后的夜間，因負(fù)荷和氣溫驟降，雖然已將變壓器輔助冷卻器停運(yùn)，但變壓器油溫仍降至 30℃以下，也就是油溫的變化幅度超過了環(huán)境溫度的變化。 ，而繼電器常會(huì)出現(xiàn)線圈燒毀或接點(diǎn)燒死等故障，可靠性差，造成控制系統(tǒng)的可靠性不高。同時(shí)，冷卻器 組的頻繁啟停還會(huì)加重變壓器油流帶電現(xiàn)象。 ，保護(hù)功能不可靠，運(yùn)行中因電動(dòng)機(jī)過載和缺相而使電動(dòng)機(jī)燒毀的情況經(jīng)常發(fā)生。變壓器投入運(yùn)行后會(huì)產(chǎn)生損耗 :一種是空載損耗、另一種是負(fù)載損耗，變壓器的損耗轉(zhuǎn)換為熱量以對(duì)流、輻射的形式散發(fā)出來。隨著變壓器溫度的升高，它們對(duì)周圍介質(zhì)就有一定的溫度差，從而將一部分熱量傳結(jié)局圍介質(zhì) [5]。當(dāng)工作電源發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)自動(dòng)投入備用電源并發(fā)出音響或燈光信號(hào)。 變壓器溫度限值 強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器頂層油溫一般不應(yīng)超過表 的規(guī)定 (制造廠有規(guī)定的按制造廠規(guī)定 )。 2．變壓器高、中、低三側(cè)開關(guān)全部斷開，經(jīng)過一段時(shí)間的延時(shí)使變壓器完全冷卻后所有風(fēng)冷卻器自動(dòng)停運(yùn)；變壓器三側(cè)開關(guān)任一側(cè)開關(guān)閉合時(shí)，冷卻控制裝置按需要自動(dòng)投運(yùn)風(fēng)冷卻器。 6．濕熱季節(jié)，由凝露溫度監(jiān)控器監(jiān)視環(huán)境溫度、濕度，并能根據(jù)濕度情 況和濕度持續(xù)時(shí)間情況將全部風(fēng)冷卻器投入，避免冷卻器機(jī)械部分受潮腐蝕，以保證需要時(shí)能正常投運(yùn)。 10．冷卻控制裝置可以通過串行口與上位計(jì)算機(jī)通信，將變壓器的部分運(yùn)行信息、冷卻及控制裝置的運(yùn)行信息、故障信息傳送到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)視功能。模塊通過小型電壓繼電器監(jiān)視兩路獨(dú)立電源的狀態(tài)（兩路獨(dú)立電源為冷卻裝置供電），判斷電源是否缺相，由兩個(gè)斷路器控制電源的投切；將兩路電源的故障信號(hào)和斷路器輔助節(jié)點(diǎn)所反映的電源工作狀態(tài)信號(hào)送入可編程序控制器，經(jīng)可編程序控制器綜合判斷產(chǎn)生控制電源投切的控制命令，由斷路器執(zhí)行電源投切動(dòng)作。 3．凝露溫度監(jiān)控模塊。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 第四章 冷卻控制裝置的硬件設(shè)計(jì) 變壓器冷卻器控制裝置要用到諸如可編程序控制器、凝露溫度監(jiān)控器、接觸器等電氣元件，本章我們介紹冷卻控制裝置設(shè)計(jì)中用到的主要電 氣元件及其在控制裝置中的應(yīng)用，裝置的電氣連接。我們?cè)O(shè)計(jì)的冷卻控制裝置采用 LWK－ D2（ TH）型凝露溫度監(jiān)控器，它具有兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的工作單元： 凝露控制單元一個(gè)，溫度控制單元一個(gè)。 LWK－ D2（ TH）型凝露溫度監(jiān)控器的工作原理是：監(jiān)控器通過凝露傳感器和溫度傳感器對(duì)工作環(huán)境的濕度、溫度等指標(biāo)長(zhǎng)期自動(dòng)檢測(cè)、采樣；當(dāng)工作環(huán) 境有凝露產(chǎn)生的可能時(shí)，能自動(dòng)判斷并瞬間啟動(dòng)凝露負(fù)載；工作環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度值時(shí)，相應(yīng)的控溫負(fù)載也將開啟；環(huán)境溫濕度低于設(shè)定要求時(shí)才停止工作，重新進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，如此自動(dòng)循環(huán)。 可編程序控制器的輸入輸出 根據(jù)變壓器冷卻控制裝置的功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合冷卻控制裝置的設(shè)備選型，可以確定可編程序控制器輸入 /輸出的來源或者去向及輸入 /輸出的性質(zhì)和數(shù)量，如表 。 可編程序控制器的選擇 [35] 根據(jù)變壓器冷卻控制裝置對(duì)可編程序控制器控制功能、輸入 /輸出性質(zhì)及點(diǎn)數(shù)，存儲(chǔ)容量的要求，綜合考慮性能、可靠性、價(jià)格等方面的因素，我們選用西門子 S7－ 200 型 PLC 作為河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 14 冷卻控制裝置的控制器。 (2)輸入 /輸出 性質(zhì)及點(diǎn)數(shù)要求。不同規(guī)格的 CPU 提供的電源容量不同，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用就電源容量進(jìn)行規(guī)劃計(jì)算，如表 所示： 表 PLC 電源計(jì)算 Table Power source putation 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 15 C P U 電 源 預(yù) 算C P U 2 2 4 A C / D C / 繼 電器系 統(tǒng) 要 求E M 2 2 1 ， 5 V 電 源 要求E M 2 2 2 ， 5 V 電 源 要求E M 2 2 3 ， 5 V 電 源 要求C P U 2 2 4 ， 1 4 輸 入C P U 2 2 4 ， 1 0 繼 電 器線 圈E M 2 2 1 ， 1 6 輸 入E M 2 2 2 ， 8 繼 電 器 線圈E M 2 2 3 ， 8 輸 入E M 2 2 3 ， 8 繼 電 器 線圈總 需 求總 電 流 差 額1 9 0 m A剩 4 7 0 m A3 8 6 m A缺 1 0 6 m A8 * 9 ＝ 7 2 m A8 *