【文章內容簡介】 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)風機的投退數(shù)量，并將相應的信息傳給上位 PC 機和當?shù)貦C，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，采集變電所的變壓器負荷、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數(shù)量的風機，保證變壓器的良好冷卻，又能減少投入風機的數(shù)量。此外還實現(xiàn)當?shù)乇O(jiān)控和遠程監(jiān)控的功能。 本文的主要工作： 西安交通大學網(wǎng)絡教育學院論文 （ 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計和冷卻控制裝置的結構設計。 （ 3）完成可編程序控制器的輸入輸出分配和冷卻控 制裝置的原理圖設計及接線圖設計。 （ 4）實現(xiàn)上位機與 PLC 的通信，實現(xiàn)對冷卻及控制系統(tǒng)的遠方監(jiān)視。 （ 5）程序的調試及現(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、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，溫度達到定值則散熱，濕度達到定值，啟動箱內的加熱裝置。 （ 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；同時顯示電源和風冷卻器組等信息。 （ 5）通訊模塊。完成與上位 PC 機的通訊，將變壓器、冷卻器等運行信息、故障信息傳送到上位計算機。 （ 6）上位計算機監(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動態(tài)顯示和故障報警。 西安交通大學網(wǎng)絡教育學院論文 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)行機構；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。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化為模擬量比例系數(shù) k2 為 PLC 數(shù)模轉化比例系數(shù) Ni 為變壓器溫度離散測量值 對測量值θ進行平滑處理后，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載變 化的大小。當變壓器負載突然急劇增大時，會引起變壓器溫度的急速上升，Δθ也會隨之急劇增大；但當變壓器負載突然降低是，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載變化情況的調節(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，當變壓器的溫度還沒到達規(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；同樣當變壓器溫度在下降階段充分冷卻后，才能關閉冷卻器組。否則過早關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。 以溫度綜合表達式控制的冷卻器的組數(shù)。當式（ 22） T 在一定范圍時，啟動相應的冷卻器組，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前累積運行時間值，以備再恢復運行時使用。 （ 3）冷卻機組的自適應保護 為克服傳統(tǒng)冷卻控制裝置熱繼電器保護方法存在的缺陷、有人采用自適應保護原理，使冷卻器組保護、電源缺相保護和出口時間保護的整定值，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 —— 調整系數(shù) 為使保護的定值按上式變化， 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)等實時確定相應的調整系數(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網(wǎng)絡教育學院論文 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計 9 3 冷卻控制裝置的硬件設計 電氣元件及在裝置中的應用 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，當濕度、溫度達到設定值能啟動用戶連接的寧洛負載和控溫負載的一種儀器。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連接控溫負載， 8 連接凝露負載， 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，有凝露產生的可能時， 啟動裝置箱體內的加熱裝置，同時將“凝露”信號送到 PLC 用于判斷啟動冷卻器；當溫度超過設定值，將裝置箱內風扇啟動，為控制裝置散熱。 電動機保護器 變壓器冷卻控制裝置采用 GDH 系列電動機保護器與自動空氣開關組合實現(xiàn)對電動機的缺相、過負荷、堵轉和短路保護。 GDH 系列電動機保護器集缺相、過流、堵轉保護為一體，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)電動機保護的理想換代產品。 開關器件 變壓器冷卻控制裝置中要用到斷路器、接觸器、空氣開關、轉換開關等。 西安交通大學網(wǎng)絡教育學院論文 裝置選用繼電器和開關的名稱和型號規(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 轉換開關， LW515D7612/9 由于器件較多，不一一列出，結合具體的實現(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