【文章內(nèi)容簡介】 法與研究目的 本課題的研究方法通過西門子 PLC 采集變壓器油溫等信號，通過 PLC CPU 的運算實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的投退數(shù)量，并將相應(yīng)的信息傳給上位 PC 機(jī)和當(dāng)?shù)貦C(jī)，完成整套主變壓器的自動冷卻控制。 本課題目的 利用西門子 PLC S7200 系列實現(xiàn)大型變壓器的冷卻系統(tǒng)控制，它是整個控制系統(tǒng)的核心，作為現(xiàn)場前置機(jī)，采集變電所的變壓器負(fù)荷、油面溫度的信息，與智能儀表通信，獲取信息， 最后輸出。該系統(tǒng)由兩套電源供電，實現(xiàn)不間斷供電，當(dāng)工作電源出故障后，備用電源投入；有自動和手動兩套控制方法，工作時互不干擾，根據(jù)溫度的變化來自動投入相應(yīng)數(shù)量的風(fēng)機(jī)，保證變壓器的良好冷卻，又能減少投入風(fēng)機(jī)的數(shù)量。此外還實現(xiàn)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。 本文的主要工作： 西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 （ 1）收集現(xiàn)運行變壓器冷卻及控制系統(tǒng)的運行資料，分析大型變壓器冷卻器及其控制裝置運行中存在的問題和不足。 （ 2）針對現(xiàn)運行裝置的問題和不足完成對變壓器冷卻控制裝置的功能設(shè)計和冷卻控制裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （ 3）完成可編程序控制器的輸入輸出分配和冷卻控 制裝置的原理圖設(shè)計及接線圖設(shè)計。 （ 4）實現(xiàn)上位機(jī)與 PLC 的通信，實現(xiàn)對冷卻及控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)方監(jiān)視。 （ 5）程序的調(diào)試及現(xiàn)場運行情況的分析。 Equation Chapter (Next) Section 1 2 主變壓器冷卻控制系統(tǒng)原理 5 2 主變壓器冷卻控 制系統(tǒng)原理 冷卻 控制原理 主變壓器冷卻控制 的 原理 框圖如 圖 21 所示： 圖 21 主變壓器冷卻控制原理 框圖 變壓器冷卻控制裝置的控制功能通過電源監(jiān)測控制、冷卻器投切保護(hù)、凝露溫度監(jiān)控、就地控制與顯示、通訊、上位計算機(jī)監(jiān)視六個功能塊實現(xiàn)。 （ 1）電源監(jiān)視控制模塊：有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 PLC，經(jīng) PLC 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。 （ 2）冷卻器投切保護(hù)模塊。模塊采用交流接觸器控制冷卻器的投入和切除， PLC采集變壓器溫度信號、運行狀態(tài)信號、交流接觸器狀態(tài)信號，由 PLC 根據(jù)這些信號判斷并產(chǎn)生投切冷卻器的控制命令，由交流接觸器執(zhí)行投切動作。 （ 3）凝露溫度監(jiān)控模塊。采集環(huán)境溫濕度信號送給 PLC，溫度達(dá)到定值則散熱，濕度達(dá)到定值，啟動箱內(nèi)的加熱裝置。 （ 4）就地控制和顯示模塊?？梢赃x擇“手動”或“自動”投切冷卻器；選擇主備電源；同時顯示電源和風(fēng)冷卻器組等信息。 （ 5）通訊模塊。完成與上位 PC 機(jī)的通訊，將變壓器、冷卻器等運行信息、故障信息傳送到上位計算機(jī)。 （ 6）上位計算機(jī)監(jiān)視模塊。將采集到的變壓器、冷卻器的運行信息 、故障信息在上位計算機(jī)動態(tài)顯示和故障報警。 西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 變壓器油溫自動控制方法 油溫自動控制系統(tǒng)框圖如圖 22 所示，控制系統(tǒng)以變壓器頂層油溫作為被控量；PLC 作為控制器；交流接觸器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)；冷卻裝置作為被控對象；溫度繼電器作為變送器；將引起變壓器油溫變化的變壓器負(fù)荷和環(huán)境溫度看作控制系統(tǒng)的外部擾動。 圖 22 主變壓器冷卻控制原理 框圖 本裝置采用的斷續(xù)反饋控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)對被控對象的控制作用不連續(xù)，被控量最終不能穩(wěn)定在某一定值而是一個值的范圍。對變壓器溫度自動控制系統(tǒng)而言只能按組投切冷卻器實現(xiàn)對溫度的控制，所以難以實現(xiàn)對變壓油溫的定值控制，只能使其維持在一個溫度范圍內(nèi)。變壓器油溫變化通過溫度繼電器采集送入到可編程控制器，可編程序控制器根據(jù)一定的控制策略產(chǎn)生控制冷卻器投切的控制決策輸出，控制決策通過接觸器實現(xiàn)對冷卻器組的投切，通過冷卻器組的投切控制變壓器油溫的變化。 冷卻器組運行 控制原理 （ 1）啟停的條件是變壓器的溫度和電流，其溫度測量值可表示為： 6/6121 ??? i iNkk? （ 21） 式中 k1 為變壓器實際溫度轉(zhuǎn)化為模擬量比例系數(shù) k2 為 PLC 數(shù)模轉(zhuǎn)化比例系數(shù) Ni 為變壓器溫度離散測量值 對測量值θ進(jìn)行平滑處理后，可將變壓器的溫度分為幾個不同的區(qū)域。 在每個區(qū)域，根據(jù)溫度變化值是上升還是下降的趨勢，并考慮機(jī)組的啟停時間和實際系統(tǒng)的工況形成冷卻器組運行綜合控制解析式 ： ??? ???T （ 22） t=β (23) 式中Δθ —— 變壓器溫度 2min 變化率，℃ 2 主變壓器冷卻控制系統(tǒng)原理 7 t—— 冷卻器組啟停延時時間， min α、β —— 可調(diào)因子，根據(jù)變壓器的容量、溫度范圍、溫度變化率、散熱條件和冷卻器組功率及運行經(jīng)驗綜合考慮取值。 Δθ值的大小直接反映了變壓器負(fù)載變 化的大小。當(dāng)變壓器負(fù)載突然急劇增大時，會引起變壓器溫度的急速上升，Δθ也會隨之急劇增大；但當(dāng)變壓器負(fù)載突然降低是，因變壓器的散熱不會象發(fā)熱那樣快，Δθ只能緩慢降低。因此，反映變壓器溫度變化率也即變壓器負(fù)載變化情況的調(diào)節(jié)系數(shù)α和啟停冷卻器的時間系數(shù)β就要適時改變。這樣，當(dāng)變壓器的溫度還沒到達(dá)規(guī)定值時，就會因變壓器溫度的上升趨勢使冷卻器組提前投入；同樣當(dāng)變壓器溫度在下降階段充分冷卻后，才能關(guān)閉冷卻器組。否則過早關(guān)閉冷卻器組會使變壓器溫度再次上升引起冷卻器組頻繁啟停。滯后投入冷卻器組會使變壓器溫度急劇上升。 （ 2）根據(jù)各冷卻器組累積運行的時間，選擇累積運行時間最小的投入運行。 以溫度綜合表達(dá)式控制的冷卻器的組數(shù)。當(dāng)式（ 22） T 在一定范圍時，啟動相應(yīng)的冷卻器組，至于啟停哪幾組決定于每個冷卻器組目前累積運行時間的統(tǒng)計和排序。在排序中當(dāng)冷卻器組連續(xù)運行一定時間后發(fā)出一個重新排序切換命令，使冷卻器組輪流工作，均衡使用。同樣，當(dāng)有冷卻器組投退或故障時也發(fā)一個重新排序切換命令，盡快啟動好冷卻器組和退出故障或需檢修冷卻器組，并將退出或故障冷卻器組當(dāng)前累積運行時間值，以備再恢復(fù)運行時使用。 （ 3）冷卻機(jī)組的自適應(yīng)保護(hù) 為克服傳統(tǒng)冷卻控制裝置熱繼電器保護(hù)方法存在的缺陷、有人采用自適應(yīng)保護(hù)原理，使冷卻器組保護(hù)、電源缺相保護(hù)和出口時間保護(hù)的整定值，隨冷卻器組運行狀況和故障類型的實際情況而改變，可表示為： I=λ IN （ 24） Tp=ζ t （ 25） Pi=0 （ 26） 式中 I—— 電流定制， A Tp—— 時間定值， s IN—— 冷卻機(jī)組額定電流， A Pi—— 電源三相電壓邏輯量（ 1， 0。 i=A1， B1， C1， A2， B2， C2） λ、ξ —— 調(diào)整系數(shù) 為使保護(hù)的定值按上式變化， PLC 實時在線檢測冷卻器組和供電電源的每相電流、變壓器溫度和運行冷卻器組數(shù)，然后根據(jù)冷卻器組運行狀況、故障類型、變壓器濕度和電源狀態(tài)等實時確定相應(yīng)的調(diào)整系數(shù)λ、ξ。 如電源缺相，在冷卻器組運行時發(fā)生這種故障其判據(jù)為： （ 1）一個開入邏輯量 Pi=0； （ 2） x，λ =， C 為運行冷卻器組數(shù)，即電源回路該相總電流小于運行冷卻器西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 組總額定電流的 50%； （ 3）連續(xù)判斷ξ = 后確定，盡快投入另一路電源。 在無冷卻器組運行時發(fā)生這種故障，以條件（ 1）、（ 3）判定。 同樣對于冷卻器過載故障： （ 1） I≥ ID2。過載程度λ =—— ； （ 2） 過載允許時間λ≥ 60r（ 3930A） ， r 根據(jù)不同季節(jié)與冷卻器組發(fā)熱積累值自動調(diào)整，確保冷卻器組充分發(fā)揮潛能。 Equation Chapter (Next) Section 1 3 冷卻控制裝置的硬件設(shè)計 9 3 冷卻控制裝置的硬件設(shè)計 電氣元件及在裝置中的應(yīng)用 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)定值能啟動用戶連接的寧洛負(fù)載和控溫負(fù)載的一種儀器。本文的冷卻控制裝置采用 LWK2(TH)型凝露溫 度監(jiān)控器，電氣連接如圖 31 所示： 圖 31 凝露溫度監(jiān)控器 凝露溫度監(jiān)控器的端子 2 連接溫度傳感器， 6 連接凝露溫度傳感器， 4連接控溫負(fù)載， 8 連接凝露負(fù)載， 1 12 連接交流 220V 電源。在冷卻控制裝置中凝露溫度監(jiān)控器監(jiān)視環(huán)境的溫度、濕度，有凝露產(chǎn)生的可能時， 啟動裝置箱體內(nèi)的加熱裝置，同時將“凝露”信號送到 PLC 用于判斷啟動冷卻器；當(dāng)溫度超過設(shè)定值，將裝置箱內(nèi)風(fēng)扇啟動，為控制裝置散熱。 電動機(jī)保護(hù)器 變壓器冷卻控制裝置采用 GDH 系列電動機(jī)保護(hù)器與自動空氣開關(guān)組合實現(xiàn)對電動機(jī)的缺相、過負(fù)荷、堵轉(zhuǎn)和短路保護(hù)。 GDH 系列電動機(jī)保護(hù)器集缺相、過流、堵轉(zhuǎn)保護(hù)為一體，具有工作靈敏可靠、安裝方便、故障率低等優(yōu)點，是替代熱繼電器實現(xiàn)電動機(jī)保護(hù)的理想換代產(chǎn)品。 開關(guān)器件 變壓器冷卻控制裝置中要用到斷路器、接觸器、空氣開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。 西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 裝置選用繼電器和開關(guān)的名稱和型號規(guī)格如下： 斷路器， NS100， 3P， AC380V 接觸器， LC1， 32A， AC220V 信號繼電器， DX8, 中間繼電器， MAX DC220V 熔斷器， RT1832， 32A 轉(zhuǎn)換開關(guān)， LW515D7612/9 由于器件較多，不一一列出，結(jié)合具體的實現(xiàn)電路介紹其在變壓器冷卻控制裝置中的使用和作用。 可編程控制器 在以 PLC 為核心的變