【正文】 本文設(shè)計的變壓器冷卻控制裝置在功能和可靠性方面都滿足了變壓器的運行要求。 監(jiān)視軟件總體設(shè)計 上位計算機監(jiān)視軟件設(shè)計流程圖如圖 所示： 首先進(jìn)行串口參數(shù)的設(shè)置，包括串口號、波特率、奇偶校驗位、通訊位數(shù)和停止位數(shù)，然后打開串口；串口參數(shù)的設(shè)置和打開串口都有專門的函數(shù)。 PLC 可根據(jù)輸入的油流繼電器、空氣開關(guān)和接觸器狀態(tài)，結(jié)合投切決策進(jìn)行故障定位和判斷，并將判斷的結(jié)果分別置位可編程序控制器發(fā)送緩沖區(qū)相應(yīng)的存儲位。 冷卻器控制裝置的通訊由 PLC、 PPI 電纜（一端為 PLC 的 RS485 一端為 RS232，可用于自由口通 訊和對 PLC 進(jìn)行編程）、長線驅(qū)動器、通訊線和上位計算是組成，如圖 所示： 圖 冷卻控制裝置通訊組成 Cooling control device munication position 可編程序控制器 CPU224 模塊的 RS485 口連接 PPI 電纜， PPI 電纜的 RS232 口連接長線驅(qū)動器 1 的 RS232 側(cè)，長線驅(qū)動器 1 的線路側(cè)連接通信線路，通信線路的另一側(cè)連接另一個長線驅(qū)動器 2，長線驅(qū)動器 2 的 RS232 側(cè)連接上位計算機 [20]。一組冷卻器投入運行，這組冷卻器中變壓器油流速正常，油流繼電器常開觸點閉合，對應(yīng)的輸入變?yōu)橛行盘枲顟B(tài)，變壓器油流不正常，對應(yīng)的輸入變?yōu)闊o信號狀態(tài)。 可編程序控制器的輸入輸出連接 變壓器冷卻控制裝置的核心 PLC 由一個 CPU 模塊 CPU224（ 14 數(shù)字輸入 /10 繼電輸出），三個輸入輸出擴(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）組成， PLC 從輸入端子采集信號，從輸出端子輸出控制信號，模塊的輸入輸出連接如下。 凝露溫監(jiān)控器的工作原理已經(jīng)介紹過。所選擇的 PLC 在滿足前文所述指標(biāo)的前提下，安全可靠性問題是我們最關(guān)注的，因為冷卻控制裝置能否可靠運行將直接影響變壓器的可靠運行?？删幊绦蚩刂破鞯倪x型，主要從以下幾個方面考慮 : (1)控制功能。 電氣元件及在裝置中的應(yīng)用 電動機保護(hù)器 變壓器冷卻控制裝置采用 GDH 系列電動機保護(hù)器與自動空氣開關(guān)組合實現(xiàn)對電動機的缺相、過負(fù)荷、堵轉(zhuǎn)和短路保護(hù)。 7．冷卻控制裝置能檢測冷卻器的風(fēng)扇和潛油泵電動機發(fā)生的缺相、堵轉(zhuǎn)、短路、過載故障并提供保護(hù)。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 8 第三章 冷卻控制裝置的功能和控制方法 電力變壓器運行規(guī)程中關(guān)于冷卻控制的規(guī)定 在變壓器冷卻控制裝置的設(shè)計中參考了電 力變壓器運行規(guī)程（ DL/T 57295）中關(guān)于強迫油循環(huán)電力變壓器冷卻裝置及運行條件的規(guī)定，規(guī)定如下： 對變壓器的冷卻裝置的要求 [13] 、溫度測量裝置等應(yīng)符合 GB6451 的要求。 。這種方式若把油的循環(huán) 速度比自然對流時提高 3倍，則變壓器可增加容量30%,因此采用 強迫油循環(huán)冷卻方式 對大型電力變壓器進(jìn)行冷卻控制。變壓器運行時，其發(fā)熱部分為繞組和鐵芯，因而在變壓器各部分中，繞組和鐵芯溫度是最高的。文獻(xiàn)分析了我國大型電力變壓器冷卻裝置配置情況、運行特點和對變壓器運行的影響，電力負(fù)荷變化和環(huán)境氣溫變化造成的變壓器運行中溫度變化和對變壓器運行影響的分析?？梢姡儔浩鞯娜萘吭酱?，其散熱問題就越突出。變壓器的損耗主要是銅耗和鐵耗，而這些損耗最終均轉(zhuǎn)化為熱量，從而使變壓器的油 溫和鐵心溫度升高。為了保證變壓器安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)的運行，要隨時檢測變壓器的油溫并由冷卻控制裝置控制冷卻器組運行來控制變壓器油溫的變化，使其油溫維持在一個固定的范圍內(nèi)。這種絕緣老化受溫度、濕度、氧氣和油中劣化物的影響，其中溫度是促成絕緣老化的直接和主要原因，變壓器運行溫度越高，則絕 緣老化速度就越快 [8]。第四種冷卻方式只在個別大型變壓器上采用，目前包頭供電局尚無此種冷卻方式的變壓器。運行中為滿足變壓器的各種運行工況，一般要求冷卻器 1 臺備用（運行冷卻器故障時可自動投入運行）、 1臺輔助（變壓器負(fù)荷電流大于 70％額定電流或變壓器頂層油溫高于某一定值時自動投入運行）、其余所有冷卻器全部投入運行 [10]。有些文獻(xiàn)提到的冷卻控制裝置運行中存在的設(shè)計缺陷：工作冷卻器的空氣開關(guān)跳開后不能啟動備用冷卻器；工作電源交流接觸器失磁造成主變開關(guān)跳閘；更換接觸器和空氣開關(guān)時易造成短路等 [9]。 表 油浸式變壓器頂層油溫一般限值 Table The oil bath type transformer top layer tours the warm general limiting value 冷卻方式 冷卻介質(zhì)最高溫度 ()C? 最高頂層油溫 ()C? 強迫油循環(huán)風(fēng) 40 85 變壓器冷卻控制裝置的功能設(shè)計 通過對大型變壓器強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻控制系統(tǒng)的分析，結(jié)合電力變壓器運行規(guī)程的要求和電力系統(tǒng)自動化設(shè)備的發(fā)展趨勢，本論文設(shè)計完成的變壓器冷卻控制裝置可完成的功能如下 [13]： 1．冷卻控制裝置能控制兩路獨立電源為冷卻裝置供電，可由開關(guān)選擇一路電源為“主”電源，一路為“輔”電源。模塊采用交流接 觸器控制冷卻器的投入和切除，自動空氣開關(guān)和電動機保護(hù)器配合實現(xiàn)對風(fēng)扇和潛油泵電動機的短路、過載、堵轉(zhuǎn)和缺相保護(hù)。 可編程序控制器 在以可編程序控制器為核心的變壓器冷卻控制裝置中，輸入、輸出通過可編程序控制器連接起來，構(gòu)成完整的控制系統(tǒng)。 (3)存儲容量。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 圖 電源監(jiān)視控制接線圖 Power source supervisory control wiring diagram 中間繼電器 1ZJ 的觸點負(fù)責(zé)為斷路器和凝露溫度監(jiān)控器提供電源，當(dāng)電源 1 正常時， 1ZJ的常開觸點閉合，常閉觸點打開，由電源 1 為斷路器和凝露溫度監(jiān)控器的工作提供電源；當(dāng)電源 1 非正常時， 1ZJ 的常開觸點打開，常閉觸點閉合，由電源 2 為斷路器和凝露溫度監(jiān)控器供電。每組冷卻器保護(hù)控制的接線是相同的，這里我們只繪出了一組冷卻器保護(hù)控制的電氣接線原理圖，如圖 所示： 圖 冷卻器保護(hù)控制接線圖 Chiller protection control wiring 圖 所示線路中， 1FS 1FS4 為一組冷卻器中風(fēng)扇電動機的電動機保護(hù)器（一個風(fēng)扇1FS3 未畫出）， 1FS1 為潛油泵電動機保護(hù)器， 1FS 1FS 1FS 1FS4 分別串接在冷卻裝置電源和冷卻器風(fēng)扇電動機和潛油泵電動機之間。 1L、 2L、 3L 分別連接 到轉(zhuǎn)換開關(guān)的 1X3 2X31 和 3X31，處于“自動”操作模式時分別為輸出 ～ 、 ～ 、 ～ 提供電源。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 22 輸入 ～ 分別連接控制冷卻器投切的 8 個交流接觸器 1BC～ 8BC 的常開輔助觸點，交流接觸器輔助觸點的另一端連接 24V 直流電源。 PLC 按有差值裕度的投、切溫度閥值的控制策略進(jìn)行投切判斷；冷卻器持續(xù)運行時間計時到設(shè)定值，需要進(jìn)行一次切操作，將計時時間達(dá)到的冷卻器切除；凝露溫度監(jiān)控器凝露負(fù)載接通并且持續(xù)超過設(shè)定時間，此時將進(jìn)行投操作，并且禁止切操作，將無故障冷卻器全部投入運行 [25]。如果斷路器 1 或斷路器 2 處于合閘狀態(tài)，并且連接變壓器三側(cè) 開關(guān)的斷開延時功能塊的輸出有效則置位允許投切標(biāo)志位 [24]。然后程序又繼續(xù)等待串口數(shù)據(jù)。老師們淵博的知識、嚴(yán)禁求實的學(xué)風(fēng)和忘我奉獻(xiàn)的精神使我終生受益。因為讀串口函數(shù)不能一次將串口中的數(shù)據(jù)全部讀出，所以在 PLC 發(fā)送時就對數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)示，上位監(jiān)視程序需要對讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析才能確定發(fā)送過來的數(shù)據(jù)的具體含義。 變壓器的三側(cè)開關(guān)連接斷開延時功能塊，三側(cè)開關(guān)不全部打開，功能塊輸出有效，三側(cè)開關(guān)全部打開，功能塊輸出延時，保持有效一段時間。 PLC 程序采用定時器結(jié)合計數(shù)器計時的方式，冷卻器投入時就對投入冷卻器開始計時；冷卻器切除時，需要將此次運行的的 持續(xù)時間累加到累積運行時間存儲區(qū)。 輸入 ～ 分別連接 8 組自動空氣開關(guān) 1ZK～ 8ZK 常開輔助觸點的一端，空氣開 關(guān)輔助觸點的另一端連接 24V 直流電源。輸入 、 、 分別連接 3 個溫度繼電器 1WJ、 2WJ、 3WJ 的常開觸點，指示變壓器的頂層油溫，其中溫度繼電器 1WJ 整定為切除冷卻器溫度閾值，溫度繼電器 2WJ 整定為投入冷卻器溫度閾值，溫度繼電器 3WJ 整定為“告警”溫度。 冷卻器電動機保護(hù)控制電氣接線 文設(shè)計的冷卻控制裝置可以控制 8 組冷卻器，每組冷卻器由 3 個風(fēng)扇和 1 個潛油泵組成。電源各相均正常時小型繼電器 1YJ、 2YJ 和 3YJ 的常開觸點都閉合，中間繼電器1ZJ 的線圈勵磁， 1ZJ 常開觸點閉合； 1ZJ 的常開觸點連接可編程序控制的輸入端，送入電源狀態(tài)信號。不同規(guī)格的 CPU 提供的電源容量不同，需要根據(jù)實際應(yīng)用就電源容量進(jìn)行規(guī)劃計算，如表 所示： 表 PLC 電源計算 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 * 4 ＝ 3 2 m A8 * 9 ＝ 7 2 m A1 6 * 4 ＝ 6 4 m A1 0 * 9 ＝ 9 0 m A1 4 * 4 ＝ 5 6 m A5 V 直 流6 6 0 m A減 去 以 下 電 源 需 求5 V 直 流7 0 m A4 0 m A8 0 m A2 4 V 直 流2 8 0 m A減 去 以 下 電 源 需 求2 4 V 直 流 從表中電源計算可以看出，裝置需要額外提供 24V 直流電源，需加裝直流電源后系統(tǒng)才能正常工作。 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工作環(huán)境的濕度、溫度等指標(biāo)長期自動檢測、采樣；當(dāng)工作環(huán) 境有凝露產(chǎn)生的可能時，能自動判斷并瞬間啟動凝露負(fù)載；工作環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度值時，相應(yīng)的控溫負(fù)載也將開啟；環(huán)境溫濕度低于設(shè)定要求時才停止工作，重新進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，如此自動循環(huán)。模塊通過小型電壓繼電器監(jiān)視兩路獨立電源的狀態(tài)（兩路獨立電源為冷卻裝置供電），判斷電源是否缺相，由兩個斷路器控制電源的投切；將兩路電源的故障信號和斷路器輔助節(jié)點所反映的電源工作狀態(tài)信號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)行電源投切動作。 變壓器溫度限值 強迫油循環(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 )。 ，保護(hù)功能不可靠，運行中因電動機過載和缺相而使電動機燒毀的情況經(jīng)常發(fā)生。強迫油循環(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，下面就對冷卻系統(tǒng)這兩部分的工作原理及我國運行大型變壓器冷卻裝置的配置和特點進(jìn)行分析和介紹。 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、強迫油循環(huán)風(fēng)冷和強迫油循環(huán)水冷四種散熱方式 [8]。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 設(shè)計開發(fā)具有指導(dǎo)意義 [10]。變壓器的溫升影響它的帶負(fù)荷能力，同時會加速變壓器繞組和鐵芯所