【正文】 采用絕緣材料的老化，影響它的使用壽命。因此，變壓器能否正常運(yùn)行對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。因此要對變壓器進(jìn)行冷卻控制 [3]。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，對冷卻控制裝置電源控制部分的設(shè)計(jì)提供了借鑒。國標(biāo) GB109471中規(guī)定 A級絕緣的變壓器其繞組對空氣的溫升是 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℃。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。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。 。 9．風(fēng)冷卻器全停時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并允許帶額定負(fù)載運(yùn)行 20分鐘，如 20 分鐘后頂層油溫尚未達(dá)到 75℃，則允許上升到 75℃，但這種狀態(tài) 下運(yùn)行時(shí)間超過 1小時(shí)后，將變壓器高、中、低三側(cè)開關(guān)跳閘，變壓器停運(yùn)。 凝露溫度監(jiān)控器 凝露溫度監(jiān)控器是監(jiān)視工作環(huán)境濕度、溫度，當(dāng)濕度、溫度達(dá)到設(shè)定值能啟動(dòng)用戶連接的凝露負(fù)載和控溫負(fù)載的一種自動(dòng)化工業(yè)儀器 [10]。 S7200 型 PLC 代替了很多定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、繼電器所實(shí)現(xiàn)的功能，該 PLC 具有位邏輯、計(jì)數(shù)、定時(shí)、移位循環(huán)、比較、數(shù)字運(yùn)算等指令，同時(shí)支持子程序和中斷，能通過串口完成通訊，在控制功能方面， S7200 型 PLC 能滿足冷卻控制裝置的功能需求 [37]。使用簡單方便，并且模塊不需要太多的附件和放置空間，使得控制柜的體積變得更??；不易于磨損，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用；編程十分簡單，此外 S7－ 200 型 PLC 價(jià)格相對較低，降低了控制裝置的成本。 3ZJ 為中間繼電器的勵(lì)磁線圈， WCG 和 3ZJ 連接到凝露溫度監(jiān)控器的“凝露負(fù)載”輸出； D 為風(fēng)冷控制裝置箱體內(nèi)的風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)，連接到凝露溫度監(jiān)控器的“溫度負(fù)載”輸出； id 為冷卻控制裝置箱體的照明裝置，一端連冷卻控制裝置的電源， N 連接控制裝置電源的中線 [41]。輸入 和 連接轉(zhuǎn)換開關(guān)，分別表示“自動(dòng)”、“手動(dòng)”操作，轉(zhuǎn)換開關(guān)在“手動(dòng)”位置時(shí) 將有效，轉(zhuǎn)換開關(guān)在“手動(dòng)”位置時(shí) 將有效。變壓器冷卻控制裝置具有 故障定位功能，如果一組冷卻器的電動(dòng)機(jī)故障、油流或接觸器出現(xiàn)故障，對應(yīng)的信號(hào)燈被點(diǎn)亮。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 23 第五章 變壓器冷卻控制的軟件設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì) 可編程序控制器程序流程圖如圖 所示： 圖 可編程序控制器流程 Programmable controller flow 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 24 程序流程介紹如下，首先進(jìn)行初始化，在 PLC 由停止到運(yùn)行的第一個(gè)運(yùn)行周期進(jìn)行初始化操作一次，初始化操作完成可編程序控制器通訊設(shè)置；清零程序中用到的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、故障標(biāo)志位、持續(xù)運(yùn)行時(shí)間和累積運(yùn)行時(shí)間存儲(chǔ)區(qū)， 置位或復(fù)位程序中用到輔助標(biāo)志位等 [26]。冷卻器全停時(shí)允許帶額定負(fù)載運(yùn)行 20 分鐘，如 20 分鐘后頂層油溫尚未達(dá)到 75℃，則允許上升到 75℃，但這種狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)間超過 1 小時(shí)后，置位變壓器三側(cè)開關(guān)跳閘輸出，使變壓器停運(yùn)。串口打開成功后可以在監(jiān)視軟件的狀態(tài)欄顯示串口的各種信息。 隨著固態(tài)繼電器 SSR 制造技術(shù)的不斷成熟，裝置可以采用固 態(tài)接觸器作為執(zhí)行器件。 本課題完成的基于 PLC 的變壓器冷卻控制裝置功能完善、運(yùn)行可靠、控制準(zhǔn)確、并能延長風(fēng)冷卻器組的壽命 ,滿足 現(xiàn)今了大型變壓器冷卻裝置智能化控制的要求。無論在“手動(dòng)”還是在“自動(dòng)”模式下，只要冷卻器被切除，就將計(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)，并清空計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù) [34]。 手動(dòng)時(shí)計(jì)時(shí)超時(shí)處理，在手動(dòng)模式下不能自動(dòng)投切冷卻器，又由于受到計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)的限制，所以當(dāng)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器超設(shè)定值時(shí)將持續(xù)運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值累加到累積運(yùn)行時(shí)間存儲(chǔ)區(qū)，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器清零重新開始計(jì)時(shí)。驅(qū)動(dòng)器無需外接電源供電，光電隔離 3KV適合在惡劣環(huán)境下使用。 1L 和 2L 分別連接轉(zhuǎn)換開關(guān)的 4X31 和 5X31 在“手動(dòng)”和“自動(dòng)”工作模式下分別為輸出 ～ 和河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 21 ～ 的輸出負(fù)載提供電源。端子 2 2 2 28 連接在控制電源投切線路中。 2JC 的常閉輔助觸點(diǎn)和 串聯(lián)接入 1JC 的“合”輸入端可以防止兩電源同時(shí)投入，因?yàn)?2JC 處于“合閘”狀態(tài)時(shí)，電源 2 供電，其常閉輔助觸點(diǎn)打開， 1JC 的“合閘”輸入端處于無信號(hào)的狀態(tài)，電源 2 不能投入。 (5)安全可靠性方面。輸入 /輸出性質(zhì)及點(diǎn)數(shù)的確定非常重要，成為可編程序控制器選型的一項(xiàng)重要指標(biāo)，可編程序控制器連同其輸入 /輸出模塊必須滿足輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)的要求 [34]。通訊模塊通過 PLC 上的 RS485 口經(jīng)串口長線延長器與遠(yuǎn)方的上位計(jì)算機(jī)通信，定期的將變壓器、冷卻器和冷卻控制裝置的運(yùn)行信息、故障信息通過串口傳送到上位計(jì)算機(jī)。 5．冷卻控制裝置投入后，計(jì)時(shí)冷卻器投入工作后的持續(xù)運(yùn)行時(shí)間并能自動(dòng)累積冷卻器的工作時(shí)間（持續(xù)工作時(shí)間的和）即累積運(yùn)行時(shí)間，在需要投入時(shí)投入累積運(yùn)行時(shí)間最短的冷卻器，在需要切除時(shí)切除持續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長的冷卻器，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。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。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。 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復(fù)回油箱。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℃。隨著對電網(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]?？梢姡瑴囟葘ψ儔浩鞯氖褂脡勖兄陵P(guān)重要的影響。分析與測試均表明，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。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。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。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 。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。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)換為熱量以對流、輻射的形式散發(fā)出來。 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。 3．凝露溫度監(jiān)控模塊。 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 。 (4)從電源和帶負(fù)載能力方面考慮。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，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。 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]。接觸器勵(lì)磁線圈的電源端通過開關(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，可以通過按鈕開關(guān)手動(dòng)的投切冷卻器。 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。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。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)。 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。Distrib,I996（ 5） :474478 [2]Hun Waster diagnostic models for PLC controlled flexible manufacturing system [J].InternationalJournalofMachineToolsamp。如果串口中一直沒有數(shù)據(jù)，則繼續(xù)等待。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 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)志位無效時(shí)跳轉(zhuǎn)到停止處理；三側(cè)開關(guān)輸入信號(hào)無效，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。 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。 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。冷卻控制裝置