【正文】 本文設(shè)計(jì)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(yùn)行要求。 監(jiān)視軟件總體設(shè)計(jì) 上位計(jì)算機(jī)監(jiān)視軟件設(shè)計(jì)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(hào)、波特率、奇偶校驗(yàn)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(chǔ)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(duì) PLC 進(jìn)行編程）、長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器、通訊線和上位計(jì)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(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器 1 的 RS232 側(cè)，長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)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(gè)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器 2，長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器 2 的 RS232 側(cè)連接上位計(jì)算機(jī) [20]。一組冷卻器投入運(yùn)行，這組冷卻器中變壓器油流速正常，油流繼電器常開觸點(diǎn)閉合，對(duì)應(yīng)的輸入變?yōu)橛行盘?hào)狀態(tài)，變壓器油流不正常，對(duì)應(yīng)的輸入變?yōu)闊o信號(hào)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(gè) CPU 模塊 CPU224（ 14 數(shù)字輸入 /10 繼電輸出），三個(gè)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(hào)，從輸出端子輸出控制信號(hào)，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?yàn)槔鋮s控制裝置能否可靠運(yùn)行將直接影響變壓器的可靠運(yùn)行?？删幊绦蚩刂破鞯倪x型，主要從以下幾個(gè)方面考慮 : (1)控制功能。 電氣元件及在裝置中的應(yīng)用 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 變壓器冷卻控制裝置采用 GDH 系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器與自動(dòng)空氣開關(guān)組合實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)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(cè)冷卻器的風(fēng)扇和潛油泵電動(dòng)機(jī)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(yùn)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(jì)中參考了電 力變壓器運(yùn)行規(guī)程（ DL/T 57295）中關(guān)于強(qiáng)迫油循環(huán)電力變壓器冷卻裝置及運(yùn)行條件的規(guī)定，規(guī)定如下： 對(duì)變壓器的冷卻裝置的要求 [13] 、溫度測(cè)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(duì)流時(shí)提高 3倍，則變壓器可增加容量30%,因此采用 強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式 對(duì)大型電力變壓器進(jìn)行冷卻控制。變壓器運(yùn)行時(shí)，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(guó)大型電力變壓器冷卻裝置配置情況、運(yùn)行特點(diǎn)和對(duì)變壓器運(yùn)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(yùn)行中溫度變化和對(duì)變壓器運(yùn)行影響的分析?？梢?，變壓器的容量越大，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(yùn)行，要隨時(shí)檢測(cè)變壓器的油溫并由冷卻控制裝置控制冷卻器組運(yùn)行來控制變壓器油溫的變化，使其油溫維持在一個(gè)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(yùn)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(gè)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(yùn)行中為滿足變壓器的各種運(yùn)行工況，一般要求冷卻器 1 臺(tái)備用（運(yùn)行冷卻器故障時(shí)可自動(dòng)投入運(yùn)行）、 1臺(tái)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(shí)自動(dòng)投入運(yùn)行）、其余所有冷卻器全部投入運(yùn)行 [10]。有些文獻(xiàn)提到的冷卻控制裝置運(yùn)行中存在的設(shè)計(jì)缺陷：工作冷卻器的空氣開關(guān)跳開后不能啟動(dòng)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(shí)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(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng) 40 85 變壓器冷卻控制裝置的功能設(shè)計(jì) 通過對(duì)大型變壓器強(qiáng)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(yùn)行規(guī)程的要求和電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，本論文設(shè)計(jì)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(dú)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(dòng)空氣開關(guān)和電動(dòng)機(jī)保護(hù)器配合實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇和潛油泵電動(dòng)機(jī)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(chǔ)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(diǎn)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(shí)， 1ZJ的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)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(shí)， 1ZJ 的常開觸點(diǎn)打開，常閉觸點(diǎn)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(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（一個(gè)風(fēng)扇1FS3 未畫出）， 1FS1 為潛油泵電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)和潛油泵電動(dòng)機(jī)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(dòng)”操作模式時(shí)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(gè)交流接觸器 1BC～ 8BC 的常開輔助觸點(diǎn)，交流接觸器輔助觸點(diǎn)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(yùn)行時(shí)間計(jì)時(shí)到設(shè)定值，需要進(jìn)行一次切操作，將計(jì)時(shí)時(shí)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(shí)間，此時(shí)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(yùn)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(shí)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(shí)、嚴(yán)禁求實(shí)的學(xué)風(fēng)和忘我奉獻(xiàn)的精神使我終生受益。因?yàn)樽x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(shí)就對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)示，上位監(jiān)視程序需要對(duì)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(shí)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(shí)，保持有效一段時(shí)間。 PLC 程序采用定時(shí)器結(jié)合計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)的方式，冷卻器投入時(shí)就對(duì)投入冷卻器開始計(jì)時(shí)；冷卻器切除時(shí)，需要將此次運(yùn)行的的 持續(xù)時(shí)間累加到累積運(yùn)行時(shí)間存儲(chǔ)區(qū)。 輸入 ～ 分別連接 8 組自動(dòng)空氣開關(guān) 1ZK～ 8ZK 常開輔助觸點(diǎn)的一端，空氣開 關(guān)輔助觸點(diǎn)的另一端連接 24V 直流電源。輸入 、 、 分別連接 3 個(gè)溫度繼電器 1WJ、 2WJ、 3WJ 的常開觸點(diǎn)，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(dòng)機(jī)保護(hù)控制電氣接線 文設(shè)計(jì)的冷卻控制裝置可以控制 8 組冷卻器，每組冷卻器由 3 個(gè)風(fēng)扇和 1 個(gè)潛油泵組成。電源各相均正常時(shí)小型繼電器 1YJ、 2YJ 和 3YJ 的常開觸點(diǎn)都閉合，中間繼電器1ZJ 的線圈勵(lì)磁， 1ZJ 常開觸點(diǎn)閉合； 1ZJ 的常開觸點(diǎn)連接可編程序控制的輸入端，送入電源狀態(tài)信號(hào)。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 * 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(jì)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(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)。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。 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 )。 ，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。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。 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]。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]。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