【正文】 字 輸 入8 路 數(shù) 字 輸 入3 6 路 數(shù) 字 輸 入冷 卻 器 的 投 入 信 號(hào)冷 卻 器 故 障 信 號(hào)（ 組 號(hào) ）冷 卻 器 故 障 類 型電 源 分 信 號(hào)電 源 合 信 號(hào)掉 三 側(cè) 開 關(guān) 信 號(hào)控 制 風(fēng) 冷 卻 器 接 觸器指 示 裝 置指 示 裝 置控 制 電 源 斷 路 器 分輸 入控 制 電 源 斷 路 器 合輸 入變 壓 器 控 制 屏8 路 數(shù) 字 輸 出8 路 數(shù) 字 輸 出3 路 數(shù) 字 輸 出1 路 數(shù) 字 輸 出2 路 數(shù) 字 輸 出1 路 數(shù) 字 輸 出2 3 路 數(shù) 字 輸 出合 計(jì)輸出 表 中給出了可編程序控制器的輸入 /輸出名稱，輸入來(lái)源和輸出去向以及輸入 /輸出的性質(zhì)及數(shù)量，從表可知可編程序控制器共有 36 路數(shù)字量輸入和 23 路數(shù)字量輸出。同時(shí)采用如下擴(kuò)展模塊， EM221（ 16 路數(shù)字輸入）， EM222（ 8 繼電器輸出）， EM223（ 8 數(shù)字輸入 /8 繼電器輸出），共 38 路數(shù)字量輸入和 26 路輸出。 S7－ 200 型 PLC 滿足了電源和帶負(fù)載能力的要求。凝露溫度監(jiān)控器可以實(shí)時(shí)監(jiān)視環(huán)境的溫度、濕度，條件達(dá)到時(shí)可以啟動(dòng)凝露負(fù)載、溫度負(fù)載，對(duì)可能產(chǎn)生的凝露、超溫情況采取應(yīng)對(duì)措施 [14]。圖中 為控制 1JC 的“合閘”信號(hào)， 為控制 1JC 的“合閘”信號(hào)， 為控制 1JC 和 2JC 的“分閘”信號(hào)。冷卻控制裝置箱體內(nèi)的風(fēng)扇連接到凝露控制器的“溫度負(fù)載”輸出，為了保證冷卻控制裝置的可靠工作，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，溫度負(fù)載將被接通，風(fēng)扇投入運(yùn)轉(zhuǎn)為冷卻控制裝置散熱。端子連接以第河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 19 一組端子為例，處于“自動(dòng)”狀態(tài)端子 2 接通，處于“手動(dòng)”操作狀態(tài)端子 4 接通。 圖 CPU224 輸入輸出連接 CPU224 input outgoing junction 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 20 變壓器三側(cè)開關(guān) DL DL DL3 的輔助觸點(diǎn)串聯(lián)作為 輸入。 EM223 的輸入輸出連接 擴(kuò)展模塊 EM223 的主要作用是擴(kuò)展 CPU 模塊的輸入輸出，它有 8 個(gè) 24V 直流數(shù)字輸入，8 個(gè)繼電器輸出，輸入輸出連接如圖 所示： 圖 EM223 輸入輸出連接 EM223 input outgoing junction 模塊的 1M 和 2M 端接地， L＋連接 CPU224 模塊的 24V 直流電源輸出，一方面為輸入～ 提供電源，另一方面為繼電器輸出 ～ 的繼電器線圈供電。 EM222 的 1L 端連接 6X31，在“手動(dòng)”和“自動(dòng)”工作模式下分別為輸出 ～ 的輸出負(fù)載提供電源。 一般冷卻控制設(shè)備到上位計(jì)算機(jī)距離較遠(yuǎn)，受到通訊距離的限制我們還采用了長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器 Model232D/3 延長(zhǎng)通訊距離，保證數(shù)據(jù)的可靠。 PLC 判斷三側(cè)開關(guān)狀態(tài)輸入，三側(cè)開關(guān)輸入信號(hào)由無(wú)效變?yōu)橛行?，程序延時(shí)一段時(shí)間然后復(fù)位“允許投切”標(biāo)志位，延時(shí)的目的是讓變壓器停止工作后使冷卻器繼續(xù)工作一段時(shí)間，使變壓器充分冷卻；“允許投切”標(biāo)志位無(wú)效時(shí)跳轉(zhuǎn)到停止處理；三側(cè)開關(guān)輸入信號(hào)無(wú)效，表示變壓器工作，置 位“允許投切”標(biāo)志位如果允許投切，接下來(lái)進(jìn)行“手動(dòng)”、“自動(dòng)”或“停止”操作判斷，如果處于“停止”狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到停止處理；如果處于“手動(dòng)”，跳轉(zhuǎn)到計(jì)時(shí)超時(shí)處理；如果處于“自動(dòng)”狀態(tài)，則進(jìn)行“首次投入”判斷，這里的“首次投入”是說(shuō)冷卻器由“手動(dòng)”或“停止”轉(zhuǎn)換到“自動(dòng)”；如果是首次投入則需要進(jìn)行初始化投切處理，以一定的時(shí)間間隔，依次投入 5 組冷卻器；否則直接進(jìn)行投入計(jì)時(shí)處理。將投冷卻器輸出位復(fù)位，同時(shí)復(fù)位允許投切標(biāo)志位和計(jì)數(shù)器（輔助計(jì)時(shí)）。斷路器 1 和斷路器 2 的合閘信號(hào)都是在工作狀態(tài)，并且斷路器 1 和 2 全部處于分閘狀態(tài)下進(jìn)行，與公式 5－ 2對(duì)應(yīng)斷路器 1 的合閘信號(hào)在電源 1 為主電源且電源 1 正常和電源 2 為主電源，電源 2 故障但電源 1 正常這兩種情況下有效。 PLC 程序?qū)⒗鋮s器的累積運(yùn)行時(shí)間保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)， C1 計(jì)數(shù)到 4320 時(shí)（ 15 天） C1 變?yōu)橛行?，在“自?dòng)”時(shí)由投切判斷做出切冷卻器的決策，在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)需要將計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值累加到累積運(yùn)行時(shí)間存儲(chǔ)區(qū)，將計(jì)數(shù)器復(fù)位重新開始計(jì)數(shù)。如果串口中一直沒(méi)有數(shù)據(jù)，則繼續(xù)等待。 在變壓器冷卻控制裝置的設(shè)計(jì)開發(fā)中，針對(duì)傳統(tǒng)繼電式控制裝置控制方法的不足，本文提出了一種有差值裕度的投、切溫度閾值進(jìn)行綜合投切控制的控制策略，這種投切控制策略可以有效的避免冷卻器組的頻繁投切，對(duì)提高冷卻器的使用壽命有很大幫助；本裝置結(jié)合冷卻器組的持續(xù)運(yùn)行和累積運(yùn)行時(shí)間，給出了冷卻裝置的自動(dòng)均衡控制方法，這種控制方法避免了冷卻器組的長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)或工作，使冷卻器能夠均衡工作，能解決冷卻器不均衡工作所帶來(lái)的問(wèn)題；裝置可以判斷電源和電動(dòng)機(jī)發(fā)生的故障并進(jìn) 行故障定位，同時(shí)將電源和冷卻器的運(yùn)行工況等信息通過(guò) PLC 的串口將這些信息上傳到上位計(jì)算機(jī)，上位計(jì)算機(jī)可以顯示變壓器冷卻及控制裝置的工況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方的監(jiān)視；在濕熱季節(jié)濕度過(guò)高時(shí)，冷卻控制裝置可以將冷卻器全部投入運(yùn)行一段時(shí)間，避免了因濕度過(guò)大、電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)造成的電動(dòng)機(jī)抱軸現(xiàn)象；對(duì)冷卻器電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)更加可靠的缺相、堵轉(zhuǎn)、短路、過(guò)載保護(hù)；此外還可以實(shí)現(xiàn)冷卻器全停與變壓器保護(hù)相結(jié)合功能以及信息顯示和就地控制等功能。Distrib,I996（ 5） :474478 [2]Hun Waster diagnostic models for PLC controlled flexible manufacturing system [J].InternationalJournalofMachineToolsamp。固態(tài)繼電器具有切換速度快、壽命長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以提高變壓器冷卻控制裝置的可靠性。 本課題完成的變壓器冷卻控制裝置主要由電源監(jiān)視控制、冷卻器投切保護(hù)、凝露溫度監(jiān)控、就地控制與顯示、通訊、上位計(jì)算機(jī)監(jiān)視六個(gè)功能模塊組成。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 27 串口打開成功后，就要?jiǎng)?chuàng)建新的線程，新創(chuàng)建的線程的作用是等待串口事件發(fā)生。計(jì)時(shí)程序梯形圖如圖 所示： 圖 投入計(jì)時(shí)梯形圖 Investment time trapezoidal chart 有信號(hào)表示一組冷卻器投入， T37 開始計(jì)時(shí)（ 5 分鐘），計(jì)時(shí)時(shí)間到 T37 輸出保持有效， T40 開始計(jì)時(shí)， T37 有效保持 500mm 后被復(fù)位，同時(shí) T40 被復(fù)位， T40 的作用是保持 T37有效一段時(shí)間幫助 C1 計(jì)時(shí)。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 25 通訊處理， PLC 定期的將與冷卻器有關(guān)的變壓器運(yùn)行信息、電源狀態(tài)信息、冷卻器工作狀態(tài)信息、故障信息通過(guò)串口發(fā)送到上位計(jì)算機(jī)，上位計(jì)算機(jī)取得這些信息，監(jiān)視冷卻器運(yùn)行 [22]。投處理操作從停止運(yùn)行的冷卻器中選取累積運(yùn)行時(shí)間最短的并置位投冷卻器輸出；切處理操作從運(yùn)行的冷卻器中選取持續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的冷卻器復(fù)位投冷卻器輸出；在進(jìn)行投切處理后要延時(shí)投切一段時(shí)間使冷卻器動(dòng)作后 變壓器油溫維持穩(wěn)定，避免重復(fù)投切，延時(shí)投切同時(shí)還避免了大沖擊電流的產(chǎn)生。 電源處理，根據(jù)“主”“輔”電源選擇標(biāo)志輸入，電源狀態(tài)和電源投入狀態(tài)輸入進(jìn)行綜合判斷，置位相應(yīng)的輸出位，為冷卻裝置選擇一路電源為裝置供電，如果沒(méi)有電源投入，則跳轉(zhuǎn)到停止處理。 通訊連接 冷卻控制裝置 采用自由口通訊，自由口通訊是建立在可編程序控制器 RS485 硬件基礎(chǔ)上的一種通訊方式。同時(shí)該組信號(hào)燈與 EM222 的輸出配合可以確定是哪一組冷卻器出現(xiàn)何種故障[7]。接觸器勵(lì)磁線圈的電源端通過(guò)開關(guān)還連接轉(zhuǎn)換開關(guān)的 1X4 2X41 和 3X41，處于“手動(dòng)”操作模式下，為勵(lì)磁線圈提供電源，可以通過(guò)按鈕開關(guān)手動(dòng)的投切冷卻器。輸入 ～ 分別連接電 源“主”、“輔”選擇開關(guān)、中間繼電器 1ZJ 和 2ZJ 的常開觸點(diǎn)、斷路器 1JC 和 2JC 的輔助觸點(diǎn)。 1BC 為控制風(fēng)冷卻器投 /切的接觸器，它的勵(lì)磁線圈連接可編程序控制器的輸出，可以接受可編程序控制器的控制指令，控制冷卻器投切 [40]。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 18 中間繼電器 3ZJ 的勵(lì)磁線圈連接到凝露監(jiān)控器的“凝露負(fù)載”輸出，當(dāng)環(huán)境濕度達(dá)到設(shè)定 值時(shí)，“凝露負(fù)載”輸出接通，中間繼電器 3ZJ 勵(lì)磁，其常開觸點(diǎn)連接到可編程序控制器的輸入，為可編程序控制器提供凝露信號(hào)。接觸器的 A4 為“分閘”輸入， A2 為“合閘”輸入，“分閘”輸入具有更高的優(yōu)先級(jí)，即兩輸入端都為有效 狀態(tài)時(shí)，斷路器優(yōu)先執(zhí)行“分閘”動(dòng)作。我們綜合考慮控制功能、存儲(chǔ)容量和輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)、電源和帶負(fù)載能力、安全可靠性方面及安裝使用等各個(gè)方面，選用 S7－ 200 型 PLC 作為控制裝置的控制器，能從各個(gè)方面滿足我們的控制要求。 (4)從電源和帶負(fù)載能力方面考慮。 (2)輸入 /輸出 性質(zhì)及點(diǎn)數(shù)要求。 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(lái)源或者去向及輸入 /輸出的性質(zhì)和數(shù)量，如表 。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)。 3．凝露溫度監(jiān)控模塊。 10．冷卻控制裝置可以通過(guò)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。 2．變壓器高、中、低三側(cè)開關(guān)全部斷開，經(jīng)過(guò)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。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(lái)。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。但在夜間尤其是在暴雨過(guò)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(guò)了環(huán)境溫度的變化。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)。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 。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。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。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器油流帶電問(wèn)題的研究 [9]。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。 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。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。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(guò)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(guò)去的 5— 7 倍發(fā)電總?cè)萘浚黾拥?9— 10 倍發(fā)電總?cè)萘??？梢?jiàn)，溫度對(duì)變壓器的使用壽命有著至關(guān)重要的影響。變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生的損耗將轉(zhuǎn)換為熱量散發(fā)出來(lái)，使變壓器繞組、 鐵芯和變壓器油溫上升。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]。針對(duì)繼電式控制裝置存在的問(wèn)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。工程上是利用等值老化原則來(lái)解決這一問(wèn)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℃。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]。 強(qiáng)迫油