【正文】 采用絕緣材料的老化，影響它的使用壽命。因此，變壓器能否正常運行對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起著至關重要的作用。因此要對變壓器進行冷卻控制 [3]。有文獻提出了單負載雙電源切換控制及缺相保護控制電路和雙負載雙電源切換控制電路的原理和實現(xiàn)方法，對冷卻控制裝置電源控制部分的設計提供了借鑒。國標 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℃，則繞組最熱點的溫度限值為 65+40=105℃。裝置以變壓器負荷、油面溫度結合的控制策略，進行冷卻器的投切控制，以冷卻器組累積運行時間基本均衡為原則進行循環(huán)投切。如果輔助冷卻器的油泵、風扇電機啟動過于頻繁 ,還會進一步導致熱繼電器動作，從而使輔助冷卻器退出運行，這樣會縮短冷卻器電氣設備的使用壽命。 。 9．風冷卻器全停時，能發(fā)出報警信號，并允許帶額定負載運行 20分鐘，如 20 分鐘后頂層油溫尚未達到 75℃，則允許上升到 75℃，但這種狀態(tài) 下運行時間超過 1小時后，將變壓器高、中、低三側開關跳閘，變壓器停運。 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，當濕度、溫度達到設定值能啟動用戶連接的凝露負載和控溫負載的一種自動化工業(yè)儀器 [10]。 S7200 型 PLC 代替了很多定時器、計數(shù)器、繼電器所實現(xiàn)的功能，該 PLC 具有位邏輯、計數(shù)、定時、移位循環(huán)、比較、數(shù)字運算等指令，同時支持子程序和中斷，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?。徊灰子谀p，節(jié)省維護費用；編程十分簡單，此外 S7－ 200 型 PLC 價格相對較低，降低了控制裝置的成本。 3ZJ 為中間繼電器的勵磁線圈， WCG 和 3ZJ 連接到凝露溫度監(jiān)控器的“凝露負載”輸出； D 為風冷控制裝置箱體內(nèi)的風扇電動機，連接到凝露溫度監(jiān)控器的“溫度負載”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，分別表示“自動”、“手動”操作，轉(zhuǎn)換開關在“手動”位置時 將有效，轉(zhuǎn)換開關在“手動”位置時 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機故障、油流或接觸器出現(xiàn)故障，對應的信號燈被點亮。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 23 第五章 變壓器冷卻控制的軟件設計 軟件總體設計 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)技術學院畢業(yè)論文 24 程序流程介紹如下，首先進行初始化，在 PLC 由停止到運行的第一個運行周期進行初始化操作一次，初始化操作完成可編程序控制器通訊設置；清零程序中用到的計數(shù)器、定時器、故障標志位、持續(xù)運行時間和累積運行時間存儲區(qū)， 置位或復位程序中用到輔助標志位等 [26]。冷卻器全停時允許帶額定負載運行 20 分鐘，如 20 分鐘后頂層油溫尚未達到 75℃，則允許上升到 75℃，但這種狀態(tài)下運行時間超過 1 小時后，置位變壓器三側開關跳閘輸出，使變壓器停運。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、運行可靠、控制準確、并能延長風冷卻器組的壽命 ,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”還是在“自動”模式下，只要冷卻器被切除，就將計數(shù)器的當前值累加到累積運行時間存儲區(qū)，并清空計數(shù)器重新開始計數(shù) [34]。 手動時計時超時處理，在手動模式下不能自動投切冷卻器，又由于受到計數(shù)器計數(shù)個數(shù)的限制，所以當持續(xù)運行時間計數(shù)器超設定值時將持續(xù)運行時間計數(shù)器計數(shù)值累加到累積運行時間存儲區(qū)，持續(xù)運行時間計數(shù)器清零重新開始計時。驅(qū)動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)換開關的 4X31 和 5X31 在“手動”和“自動”工作模式下分別為輸出 ～ 和河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 21 ～ 的輸出負載提供電源。端子 2 2 2 28 連接在控制電源投切線路中。 2JC 的常閉輔助觸點和 串聯(lián)接入 1JC 的“合”輸入端可以防止兩電源同時投入，因為 2JC 處于“合閘”狀態(tài)時，電源 2 供電，其常閉輔助觸點打開， 1JC 的“合閘”輸入端處于無信號的狀態(tài)，電源 2 不能投入。 (5)安全可靠性方面。輸入 /輸出性質(zhì)及點數(shù)的確定非常重要，成為可編程序控制器選型的一項重要指標，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方的上位計算機通信，定期的將變壓器、冷卻器和冷卻控制裝置的運行信息、故障信息通過串口傳送到上位計算機。 5．冷卻控制裝置投入后，計時冷卻器投入工作后的持續(xù)運行時間并能自動累積冷卻器的工作時間（持續(xù)工作時間的和）即累積運行時間，在需要投入時投入累積運行時間最短的冷卻器，在需要切除時切除持續(xù)運行時間最長的冷卻器，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后就一直存在，不隨變壓器所帶負載的大小變化；負載損耗則隨變壓器所帶負荷的大小而改變，與負荷電流的平方成正比，變壓器總損耗在不同負載時的計算公式為 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 載 電 流 下 的 負 載 損 耗變 壓 器 的 負 載 電 流變 壓 器 繞 組 等 值 電 阻 設變壓器的額定負載電流為 cI ，則在額定負載 電流下的變壓器額定負載損耗 tP 的計算公式為： 2tcp I R? （ 22） 空載損耗 0p 和額定負載損耗 tp 在變壓器銘牌中給出由公式（ 21）、（ 22）可得負載電流為 I 時變壓器損耗的計算公式為： 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現(xiàn)，控制裝置的線路復雜、接點接線較多，導致控制裝置可靠性低、故障率高，維護工作量大。 強迫油循環(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，即在一部分運行時間內(nèi)，根據(jù)運行要求，允許繞組溫度大于 98℃，而在另一部分時間內(nèi)使繞組溫度小于 98℃。隨著對電網(wǎng)安全可靠運行要求的不斷提高，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、可靠運行有重要意義和實用價值 [26]。可見，溫度對變壓器的使用壽命有著至關重要的影響。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)帶病運行，嚴重地影響了變壓器的可靠運行，已不適應于現(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溫度在 98℃，可以獲得正常預期壽命。自然油循環(huán)風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，由冷卻風扇吹 出的風將熱量帶走，從而達到散熱的目的，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，因負荷和氣溫驟降，雖然已將變壓器輔助冷卻器停運，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。變壓器投入運行后會產(chǎn)生損耗 :一種是空載損耗、另一種是負載損耗，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、低三側開關全部斷開，經(jīng)過一段時間的延時使變壓器完全冷卻后所有風冷卻器自動停運；變壓器三側開關任一側開關閉合時，冷卻控制裝置按需要自動投運風冷卻器。 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計和結構設計，同時結合冷卻控制裝置的設備選型，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，斷路器優(yōu)先執(zhí)行“分閘”動作。 1BC 為控制風冷卻器投 /切的接觸器，它的勵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]。接觸器勵磁線圈的電源端通過開關還連接轉(zhuǎn)換開關的 1X4 2X41 和 3X41，處于“手動”操作模式下，為勵磁線圈提供電源，可以通過按鈕開關手動的投切冷卻器。 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 硬件基礎上的一種通訊方式。投處理操作從停止運行的冷卻器中選取累積運行時間最短的并置位投冷卻器輸出；切處理操作從運行的冷卻器中選取持續(xù)運行時間最長的冷卻器復位投冷卻器輸出；在進行投切處理后要延時投切一段時間使冷卻器動作后 變壓器油溫維持穩(wěn)定，避免重復投切，延時投切同時還避免了大沖擊電流的產(chǎn)生。計時程序梯形圖如圖 所示： 圖 投入計時梯形圖 Investment time trapezoidal chart 有信號表示一組冷卻器投入， T37 開始計時（ 5 分鐘），計時時間到 T37 輸出保持有效， T40 開始計時， T37 有效保持 500mm 后被復位，同時 T40 被復位， T40 的作用是保持 T37有效一段時間幫助 C1 計時。 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、凝露溫度監(jiān)控、就地控制與顯示、通訊、上位計算機監(jiān)視六個功能模塊組成。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)下進行，與公式 5－ 2對應斷路器 1 的合閘信號在電源 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 判斷三側開關狀態(tài)輸入，三側開關輸入信號由無效變?yōu)橛行?，程序延時一段時間然后復位“允許投切”標志位，延時的目的是讓變壓器停止工作后使冷卻器繼續(xù)工作一段時間，使變壓器充分冷卻；“允許投切”標志位無效時跳轉(zhuǎn)到停止處理；三側開關輸入信號無效，表示變壓器工作，置 位“允許投切”標志位如果允許投切，接下來進行“手動”、“自動”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”，跳轉(zhuǎn)到計時超時處理；如果處于“自動”狀態(tài)，則進行“首次投入”判斷，這里的“首次投入”是說冷卻器由“手動”或“停止”轉(zhuǎn)換到“自動”；如果是首次投入則需要進行初始化投切處理，以一定的時間間隔，依次投入 5 組冷卻器；否則直接進行投入計時處理。 EM222 的 1L 端連接 6X31，在“手動”和“自動”工作模式下分別為輸出 ～ 的輸出負載提供電源。 圖 CPU224 輸入輸出連接 CPU224 input outgoing junction 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 20 變壓器三側開關 DL DL DL3 的輔助觸點串聯(lián)作為 輸入。冷卻控制裝置