基于PLC的電力變壓器冷卻控制裝置的研究

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)基于PLC的電力變壓器冷卻控制裝置的研究 2011年06月 南 京摘要針對(duì)目前運(yùn)行的大型電力變壓器冷卻控制裝置存在的控制回路復(fù)雜、可靠性低、故障率高、控制誤差大等問題，提出并研制了一種新型的變壓器強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷控制裝置。裝置以西門子S7-200(CPU224)型PLC作為控制器構(gòu)建了變壓器冷卻控制系統(tǒng)；系統(tǒng)以變壓器頂層油溫為被控量，提出了有差值裕度的投、切溫度閥值的控制策略；提出了按冷卻器的持續(xù)運(yùn)行和累積運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)均衡投切冷卻器的控制方法；此外裝置還具有通信及遠(yuǎn)方監(jiān)視、故障定位、信息顯示等功能。目前，裝置已經(jīng)在福建漳州莆美、角美220kV變電站投入使用。運(yùn)行表明，該裝置

2、可靠性高、控制精確、并能延長(zhǎng)冷卻器組壽命，滿足了大型變壓器冷卻控制裝置智能化控制的要求。關(guān)鍵字：變壓器，冷卻控制系統(tǒng)，可編程序控制器，負(fù)反饋控制AbstractTo the problem exit in the cooling control device for large capacity transformer，such as the complicated control circuit，low reliability, high fault rate，large control error, the principle and implementation of a cooling

3、 control device for forced oil-circulated large capacity transformer based on PLC is presented in this paperThe device use siemens S7-200 PLC(CPU224)as controller, construct the cooling control system for transformer；the transformer temperature as the control systems controlled variable，use control

4、strategy of switch on and off value，which have margin in them，combine the accumulate operating time and continual operating time of cooling units，realize balanced，integrated auto control of cooling deviceBeside this，the device has other functions such as，communication and remote surveillance，fault l

5、ocating，information displayThe devices have been used in Pumei and Jiaomei 220kV transformer substationZhangzhouFujian provinceThe results of operations show that the device is of high operation reliability, accurate controlCan prolong the service life of the cooling unitThe requirements of the inte

6、lligent control for large capacity transformer cooling device are satisfiedKEY WORDS：transformer, cooling control system，PLC，negative feedback control 目錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc295031330 摘要 PAGEREF _Toc295031330 h I HYPERLINK l _Toc295031331 Abstract PAGEREF _Toc295031331 h II HYPERLINK l _

7、Toc295031332 第一章 緒論 PAGEREF _Toc295031332 h 2 HYPERLINK l _Toc295031333 1.1課題來源及研究目的與意義 PAGEREF _Toc295031333 h 2 HYPERLINK l _Toc295031334 1.2冷卻控制裝置研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc295031334 h 3 HYPERLINK l _Toc295031335 1.3本畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體工作 PAGEREF _Toc295031335 h 4 HYPERLINK l _Toc295031336 第二章 強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻及控制系統(tǒng)運(yùn)行分析 PAGEREF

8、 _Toc295031336 h 5 HYPERLINK l _Toc295031337 2.1強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷卻器及控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 PAGEREF _Toc295031337 h 5 HYPERLINK l _Toc295031338 2.2大型油冷變壓器發(fā)熱和散熱計(jì)算 PAGEREF _Toc295031338 h 8 HYPERLINK l _Toc295031339 第三章 冷卻控制裝置的功能和控制方法 PAGEREF _Toc295031339 h 12 HYPERLINK l _Toc295031340 3.1電力變壓器運(yùn)行規(guī)程中關(guān)于冷卻控制的規(guī)定 PAGEREF _Toc29

9、5031340 h 12 HYPERLINK l _Toc295031341 3.2變壓器冷卻控制裝置的功能設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295031341 h 13 HYPERLINK l _Toc295031342 3.3冷卻控制裝置功能模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295031342 h 14 HYPERLINK l _Toc295031343 3.4 控制方法和策略研究 PAGEREF _Toc295031343 h 16 HYPERLINK l _Toc295031344 第四章 冷卻控制裝置的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295031344 h 21 HYPERLINK l

10、 _Toc295031345 4.1電氣元件及在裝置中的應(yīng)用 PAGEREF _Toc295031345 h 21 HYPERLINK l _Toc295031346 4.2可編程序控制器 PAGEREF _Toc295031346 h 23 HYPERLINK l _Toc295031347 4.3裝置電氣連接 PAGEREF _Toc295031347 h 26 HYPERLINK l _Toc295031348 4.4通訊連接 PAGEREF _Toc295031348 h 33 HYPERLINK l _Toc295031349 第五章 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2950313

11、49 h 35 HYPERLINK l _Toc295031350 5.1可編程序控制器編程 PAGEREF _Toc295031350 h 35 HYPERLINK l _Toc295031351 5.2上位機(jī)監(jiān)視軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295031351 h 40 HYPERLINK l _Toc295031352 第六章 結(jié)論和展望 PAGEREF _Toc295031352 h 45 HYPERLINK l _Toc295031353 6.1結(jié)論 PAGEREF _Toc295031353 h 45 HYPERLINK l _Toc295031354 6.2展望 PAGERE

12、F _Toc295031354 h 46 HYPERLINK l _Toc295031355 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc295031355 h 47 HYPERLINK l _Toc295031356 附錄1 英文文獻(xiàn)翻譯 PAGEREF _Toc295031356 h 50 HYPERLINK l _Toc295031357 附錄2 英文文獻(xiàn)原文 PAGEREF _Toc295031357 h 61第一章 緒論1.1課題來源及研究目的與意義在輸變電系統(tǒng)中，變壓器是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的最基本、最重要的設(shè)備，對(duì)供電可靠性有著重大的影響。變壓器在運(yùn)行中是有損耗的，一種是空載損耗，它與負(fù)荷大小無關(guān)

13、：另一種是負(fù)載損耗，與負(fù)載電流的平方成正比。變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生的損耗將轉(zhuǎn)換為熱量散發(fā)出來，使變壓器繞組、鐵芯和變壓器油溫上升。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采用絕緣材料的老化，影響它的使用壽命。變壓器運(yùn)行中所帶負(fù)荷隨時(shí)都在發(fā)生變化，這將使變壓器的損耗也隨之發(fā)生變化，從而造成變壓器油溫的變化；同時(shí)不管是一年四季環(huán)境氣溫的變化，還是每天晝夜氣溫的變化，也都造成了變壓器油溫的變化。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)。但目前大型電力變壓器的冷卻控制仍然主要采用傳統(tǒng)

14、的繼電式控制方式，這種控制方式存在許多弊端：控制回路接線復(fù)雜、可靠性差、故障率較高、維護(hù)工作量大，例如漳州電業(yè)局角美變電站、莆美變電站和總山變電站的5臺(tái)強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器在2001年至2005年期間，共出現(xiàn)冷卻控制系統(tǒng)的問題56次，其中熱耦繼電器損壞14條次，接觸器的損壞26條次，元器件接頭的發(fā)熱7條次，其他缺陷9條次；冷卻器組設(shè)定的“工作”、“輔助”、 “備用”3種運(yùn)行方式不能進(jìn)行在線調(diào)整，造成冷卻器運(yùn)行不均衡，影響冷卻器組使用壽命，同時(shí)不利于節(jié)能；變壓器負(fù)荷波動(dòng)較大造成變壓器油溫變化時(shí)，因采用溫度硬觸點(diǎn)控制，造成冷卻器組頻繁啟停，降低了冷卻器組的使用壽命，同時(shí)加重了油流帶電現(xiàn)象；不能對(duì)冷

15、卻器風(fēng)扇、油泵電動(dòng)機(jī)提供完善的保護(hù)。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。本課題針對(duì)存在的問題提出并研制了基于PLC的大型變壓器冷卻控制裝置。PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、智能化等優(yōu)點(diǎn)，采用PLC實(shí)現(xiàn)變壓器冷卻裝置的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器油溫的精確控制；控制功能通過編程實(shí)現(xiàn)，極大的簡(jiǎn)化了系統(tǒng)接線，提高了裝置本身的可靠性；完善了對(duì)冷卻器的保護(hù)和控制，提高了它的可靠性和工作壽命；此外還可以通過通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)視冷卻系統(tǒng)運(yùn)行。隨著對(duì)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

16、，對(duì)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。1.2冷卻控制裝置研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的電力變壓器冷卻及其控制裝置現(xiàn)狀的分析和研究。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。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器電源自投切換回路運(yùn)行的分析，并針對(duì)缺陷提出了具體的改造措施，為冷卻裝置的可靠供電提供了保障。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(duì)冷卻控制裝置電源控制部分的設(shè)計(jì)提供了借鑒。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器油流帶電問題的研究。從試驗(yàn)的角度對(duì)變壓器

17、局部放電現(xiàn)象進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)并測(cè)量結(jié)果，從試驗(yàn)結(jié)果上對(duì)油流帶電現(xiàn)象進(jìn)行了分析和探討，并提出了一些預(yù)防及改善油流帶電現(xiàn)象的措施。從理論角度分析變壓器油流帶電產(chǎn)生的原理，并對(duì)影響油流帶電的因素和產(chǎn)生條件進(jìn)行了分析，同時(shí)也提出了一些預(yù)防及改善油流帶電現(xiàn)象的措施。針對(duì)繼電式控制裝置存在的問題和設(shè)計(jì)上存在的缺陷很多文獻(xiàn)針對(duì)具體故障分析故障原因，提出了具體的改造措施和方案，在運(yùn)行中取得了一定的效果。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。有文獻(xiàn)提出了用可編程控制器、單片機(jī)或變頻器等元件實(shí)

18、現(xiàn)變壓器冷卻控制，實(shí)現(xiàn)了一些新功能，諸如：按月或按季度輪換冷卻器的運(yùn)行方式，使機(jī)組輪流工作，均衡使用；與變電站工控機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方的監(jiān)視和控制。在控制策略方面，有文獻(xiàn)提出了更加優(yōu)越的控制策略：如根據(jù)變壓器負(fù)荷和油溫綜合投切冷卻器組；用溫度變化率預(yù)測(cè)負(fù)荷，用溫度及溫度變化率結(jié)合變電站及發(fā)電廠實(shí)際情況進(jìn)行自動(dòng)控制投切冷卻器等，使變壓器油溫滿足了變壓器運(yùn)行的要求。在PLC與上位計(jì)算機(jī)通信設(shè)計(jì)方面，有文獻(xiàn)分析了兩種串行通信標(biāo)準(zhǔn)：RS232C和RS485，并比較了RS232C和RS485應(yīng)用于計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)，并給出了與通信相關(guān)的軟件流程。有的文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了OMRON和SIMENS系列PLC與上

19、位計(jì)算機(jī)機(jī)之間的通信方案，并通過編程實(shí)現(xiàn)將所設(shè)計(jì)的通信方案應(yīng)用到實(shí)際的控制系統(tǒng)中。1.3本畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體工作1搜集相關(guān)資料，論述冷卻控制裝置的重要性及研究現(xiàn)狀2收集現(xiàn)運(yùn)行變壓器冷卻及控制系統(tǒng)的運(yùn)行資料，分析大型變壓器冷卻器及其控制裝置運(yùn)行中存在的問題和不足，對(duì)大型變壓器損耗和溫升的計(jì)算分析3根據(jù)要求，完成電力變壓器的冷卻控制裝置的功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4根據(jù)電力變壓器冷卻裝置的控制策略和算法，對(duì)可編程序控制器編程實(shí)現(xiàn)控制策略和算法。5對(duì)大型電力變壓器進(jìn)行實(shí)例分析，將理論數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，采取改進(jìn)措施。第二章 強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻及控制系統(tǒng)運(yùn)行分析2.1強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷卻器及控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理

20、冷卻系統(tǒng)是變壓器的重要組成部分，它的工作保證了變壓器各部分的溫度保持在規(guī)定值以內(nèi)。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)現(xiàn)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。2.1.1風(fēng)冷卻器變壓器的風(fēng)冷卻器包括兩部分：內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，它保證繞組、鐵芯的熱散入油中；外部冷卻系統(tǒng)，它保證油的熱散人周圍介質(zhì)中。由于大型變壓器采用油自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)不能滿足散熱的要求，故采用強(qiáng)迫油循環(huán)的冷卻系統(tǒng)。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻器(簡(jiǎn)稱風(fēng)冷卻器)與油自然循環(huán)風(fēng)冷卻器的主要區(qū)別是采用潛油泵強(qiáng)迫油進(jìn)行循環(huán)，這樣油流速度加快，冷卻效率得以提高。風(fēng)冷卻器的總體結(jié)構(gòu)如圖

21、所示：風(fēng)冷卻器的工作過程是潛油泵把變壓器頂層高溫油送入冷卻管內(nèi)幾次折流后，熱量就傳給冷卻管壁，再由管壁向空氣放出熱量。與此同時(shí)，在空氣側(cè)，由風(fēng)扇強(qiáng)制吹風(fēng)。冷空氣帶走放出的熱量，從而使熱油加速冷卻。冷卻后的油從冷卻器下端再進(jìn)入變壓器油箱內(nèi)。風(fēng)冷卻器主要部件有冷卻器本體、潛油泵、風(fēng)扇、凈油器。冷卻器本體是由一簇冷卻管與上、下集油室焊接而成的整體。潛油泵是一種特制的油內(nèi)電動(dòng)機(jī)型離心泵，電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子浸在油中使油系統(tǒng)構(gòu)成密閉循環(huán)系統(tǒng)。潛油泵強(qiáng)迫油循環(huán)，提高冷卻效率。風(fēng)扇由軸流式單級(jí)葉輪與三相異步電動(dòng)機(jī)兩部分構(gòu)成。風(fēng)扇吹風(fēng)，加速變壓器油的冷卻。凈油器，風(fēng)冷卻器上的凈油器是充滿吸附劑(活性氧化鋁)的容

22、器。它安裝在冷卻器下面，與下集油室鏈接。經(jīng)過冷卻器管簇的變壓器油的一部分流經(jīng)凈油器時(shí)與吸附劑接觸，使油中所帶的水分、游離酸和過氧化合物皆被吸收，變壓器油得到凈化。圖2.1 風(fēng)冷卻器總體結(jié)構(gòu)2.1.2風(fēng)冷控制裝置風(fēng)冷卻器的控制裝置由安裝在每個(gè)冷卻器下部，內(nèi)裝有接觸器、熱繼電器的分控制箱和裝有主接觸器、控制開關(guān)、繼電器等的總控制箱兩部分組成。典型繼電式控制線路如圖2.2所示，風(fēng)冷卻器控制線路各部分的工作情況簡(jiǎn)要介紹如下：A電源自動(dòng)控制整個(gè)冷卻器系統(tǒng)接入兩個(gè)獨(dú)立電源，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選定一個(gè)電源為工作電源，另一個(gè)電源為備用電源，如“I工作、備用”，這時(shí)母線接通I電源，母線不接通電源。當(dāng)I電源因某種原因電

23、壓消失或斷相時(shí)，將I電源與系統(tǒng)母線斷開，經(jīng)一定延時(shí)母線接通電源?！肮ぷ?、I備用”時(shí)線路工作情況與上述類似。B冷卻器控制變壓器投入前，各冷卻器可用控制開關(guān)手柄位置來選擇風(fēng)冷卻器工作狀態(tài)：“工作”、“輔助”或“備用”；油泵投入運(yùn)行后，當(dāng)油流速達(dá)到一定值時(shí)，油流繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)打開，點(diǎn)亮信號(hào)燈，表示冷卻器投入正常運(yùn)行；當(dāng)冷卻器內(nèi)油速度不正常而低于規(guī)定值時(shí)，油流繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)打開，信號(hào)燈熄滅，表示冷卻器內(nèi)部管路發(fā)生故障，同時(shí)控制電路啟動(dòng)備用冷卻器；當(dāng)潛油泵或風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，熱繼電器動(dòng)作，使主觸點(diǎn)打開從而保護(hù)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)過一定延時(shí)啟動(dòng)備用冷卻器，并發(fā)出故障信號(hào)。備用冷卻器在正常情況下是

24、不投入運(yùn)行的。輔助冷卻器(在“輔助”位置的冷卻器)在負(fù)載較低時(shí)是不投入運(yùn)行的，變壓器繞組溫度(如70)或頂層油溫(如55)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，溫度控制器觸點(diǎn)閉合，或負(fù)載電流達(dá)到額定值的70時(shí)，使線圈勵(lì)磁，從而使輔助冷卻器投入運(yùn)行。C故障回路故障回路能在現(xiàn)場(chǎng)的總控制箱內(nèi)觀察到信號(hào)，它有如下4種：（1）當(dāng)兩個(gè)電源都消失而使全部冷卻器停止工作時(shí)，經(jīng)適當(dāng)延時(shí)，使斷路器跳閘將變壓器從網(wǎng)路上切除，發(fā)冷卻器全停信號(hào)；（2）當(dāng)電源發(fā)生故障時(shí)發(fā)出故障信號(hào)；（3）當(dāng)工作、輔助冷卻器發(fā)生故障，備用冷卻器投入時(shí)，發(fā)出故障信號(hào)；（4）當(dāng)備用冷卻器投入運(yùn)行后產(chǎn)生故障時(shí)發(fā)出故障信號(hào)。2.1.3現(xiàn)行大型變壓器冷卻裝置的配置和特點(diǎn)目

25、前我國(guó)大型電力變壓器冷卻裝置的配置情況是：根據(jù)變壓器容量的大小，配置數(shù)組強(qiáng)油風(fēng)冷卻器，每組風(fēng)冷卻器由l臺(tái)油泵和34臺(tái)風(fēng)扇組成。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。上述的冷卻裝置配置有其不盡人意的地方，如SFP7-240000/330型主變壓器裝設(shè)有6臺(tái)冷卻容量250KW的風(fēng)冷卻器，在夏季高溫季節(jié)，變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行，變壓器冷卻裝置全部投入，但其上層油溫仍高達(dá)70左右。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

26、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。在冬季負(fù)荷較低或特別寒冷的季節(jié)，因油溫過低，不得不對(duì)其進(jìn)行加油，這對(duì)變壓器的安全運(yùn)行和壽命將十分不利。以上情況都反映出現(xiàn)行配置的變壓器冷卻裝置存在的設(shè)計(jì)和使用上的缺陷，這些都對(duì)變壓器的運(yùn)行和壽命產(chǎn)生不利影響。2.1.4風(fēng)冷卻器控制線路存在的問題現(xiàn)在運(yùn)行的繼電式控制系統(tǒng)由于受所采用器件的約束、在設(shè)計(jì)和控制策略方面不夠完善，因此主變壓器經(jīng)常因風(fēng)冷控制系統(tǒng)故障而帶病運(yùn)行，嚴(yán)重地影響電網(wǎng)可靠運(yùn)行。通過分析主要存在以下不足：a控制裝置的控制功能通過接線連接各種繼電器、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

27、較多，導(dǎo)致控制裝置可靠性低、故障率高，維護(hù)工作量大。b控制裝置的機(jī)電邏輯電路是由各種繼電器來完成的，而繼電器常會(huì)出現(xiàn)線圈燒毀或接點(diǎn)燒死等故障，可靠性差，造成控制系統(tǒng)的可靠性不高。c變壓器負(fù)荷波動(dòng)引起輔助冷卻器頻繁啟動(dòng)。當(dāng)主變負(fù)荷在某一范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，測(cè)量主變負(fù)荷的電流繼電器或測(cè)量變壓器油溫的溫度繼電器會(huì)頻繁動(dòng)作，將導(dǎo)致輔助冷卻器頻繁地啟停。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。同時(shí)，冷卻器組的頻繁啟停還會(huì)加重變壓器油流帶電現(xiàn)象。d冷卻器組設(shè)定的運(yùn)行、輔助、備用和停止4種固定狀態(tài)不能在線調(diào)整。不能在線調(diào)

28、整冷卻器組的狀態(tài)，將導(dǎo)致某些冷卻器組長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)，使冷卻器組尤其是油泵和風(fēng)扇電機(jī)過疲勞運(yùn)行，這對(duì)于冷卻器組的使用壽命和安全運(yùn)行十分不利。e冷卻器在投入時(shí)不能分時(shí)分批投入，一方面造成啟動(dòng)電流過大，另一方面多個(gè)潛油泵突然啟動(dòng)會(huì)加重變壓器油流帶電現(xiàn)象。f裝置的電動(dòng)機(jī)缺相和過載保護(hù)由熱繼電器完成，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。g冷卻器控制回路存在設(shè)計(jì)缺陷。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。2.2大型油冷變壓器發(fā)熱和散熱計(jì)算引

29、起變壓器運(yùn)行中整體溫度變化的原因主要有變壓器的損耗和環(huán)境氣溫的影響。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(duì)流、輻射的形式散發(fā)出來。本節(jié)對(duì)變壓器損耗、散熱進(jìn)行計(jì)算、分析。2.2.1變壓器損耗計(jì)算變壓器損耗包括變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗。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： =+=+ (2.1)變壓器的總損耗變壓器的空載損耗變壓器在一定負(fù)載電流下的負(fù)載損耗變壓器的負(fù)載電流變壓器繞組的等值電阻設(shè)變壓器的額定負(fù)載電流為

30、，則在額定負(fù)載電流下的變壓器額定負(fù)載損耗的計(jì)算公式為：= (2.2)空載損耗和額定負(fù)載損耗變壓器銘牌中給出。由公式(2.1)、(2.2)可得負(fù)載電流為，時(shí)變壓器損耗的計(jì)算公式為：=+ (2.3)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。隨著變壓器溫度的升高，它們對(duì)周圍介質(zhì)就有一定的溫度差，從而將一部分熱量傳結(jié)局圍介質(zhì)。2.2.2變壓器散熱方式變壓器散熱過程中常遇到的不是單一的傳熱方式，而是變壓器油流過鐵芯表面、變壓器油流過冷卻器箱體內(nèi)表面、空氣流過冷卻器箱體外表面時(shí)發(fā)生的對(duì)流、熱傳導(dǎo)和熱輻射聯(lián)合作用的傳熱過程。熱傳導(dǎo)是物體不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，從高溫物體到低溫物體之間的熱量

31、傳遞，單純的熱傳導(dǎo)現(xiàn)象只有在密實(shí)的固體中才能觀察到。熱對(duì)流是指流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移、冷熱流體質(zhì)點(diǎn)相互摻混所引起的熱量傳遞。只要絕對(duì)溫度不為零度(0 K)，物體都會(huì)不停地以電磁波的形式向外界輻射能量，同時(shí)又不斷地吸收來自外界物體的輻射能，當(dāng)物體向外界輻射的能量與從外界吸收的輻射能不相等時(shí)，該物體就與外界產(chǎn)生熱量的傳遞。這種傳熱方式稱為熱輻射。變壓器運(yùn)行中繞組和鐵芯產(chǎn)生的損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃客ㄟ^熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)和熱輻射使變壓器油溫升高，變壓器油上升進(jìn)入散熱器，形成變壓器油的自然對(duì)流；強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻器中潛油泵的作用就是加速變壓器油的流動(dòng)，強(qiáng)制變壓器油對(duì)流，加速熱對(duì)流，在變壓器油對(duì)流給熱過程中同時(shí)發(fā)生著

32、熱傳導(dǎo)和熱輻射。變壓器箱壁內(nèi)側(cè)熱量從變壓器油中以熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)和熱輻射的形式傳給冷卻器。變壓器箱壁外測(cè)熱量從箱壁以熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)和熱輻射的形式傳給空氣，同時(shí)風(fēng)扇吹風(fēng)強(qiáng)迫空氣流動(dòng)，加速熱對(duì)流。變壓器散熱如圖2.3所示： 圖2.3 變壓器散熱圖2.2.3變壓器散熱計(jì)算冷卻控制系統(tǒng)中控制量為變壓器頂層油溫，所以只給出變壓器油對(duì)空氣的平均溫升計(jì)算公式。油對(duì)空氣的平均溫升由油和箱壁間、箱壁內(nèi)及箱壁對(duì)周圍介質(zhì)之間的溫差組成。油與箱壁的溫差較小，一般為3-6，箱壁內(nèi)的溫差小于1，可忽略不計(jì)。箱壁和周圍介質(zhì)(空氣)之間的溫差一般要占(油-空氣)總溫差的90左右。熱量從油箱向周圍介質(zhì)中的散發(fā)主要是通過對(duì)流和輻射

33、散熱的方式進(jìn)行。對(duì)流散熱計(jì)算根據(jù)實(shí)驗(yàn)，單位對(duì)流散熱系數(shù)可用下式表示：= 瓦/ (2.4)箱壁與空氣溫差為l時(shí)，單位面積上因?qū)α魃⑷肟諝庵械臒崃?與溫差有關(guān)，溫差大，散入空氣中的熱量就大)箱壁表面溫度與空氣溫度之差散熱系數(shù)(經(jīng)驗(yàn)系數(shù))形狀系數(shù)，與油箱外形有關(guān)油箱表面因?qū)α髯饔玫纳崃坑?jì)算公式為：= 瓦 (2.5)對(duì)流表面積，即油箱平滑部分和油管等的展開表面積之和()單位面積上由于對(duì)流散入空氣中的總熱量()輻射散熱計(jì)算根據(jù)試驗(yàn)和輻射定律，借輻射散入空氣中的熱量和輻射體溫度及周圍物體(或空氣)溫度間的關(guān)系為： (2.6)為溫度為l時(shí)，輻射體單位表面積上輻射出的熱量、輻射體及空氣(周圍物體)的絕對(duì)溫度

34、(K)=273+，=273+C常數(shù)，與輻射物體的表面情況有關(guān)式(2.6)在很大范圍內(nèi)都是適用的。為了計(jì)算方便，根據(jù)試驗(yàn)可將(2.6)式簡(jiǎn)化為 (2.7)箱壁表面溫度與空氣溫度之差經(jīng)驗(yàn)常數(shù)從油箱全部表面輻射出的熱量為： 瓦 (2.8)箱輻射表面積，當(dāng)油箱是平滑油箱時(shí)為全部表面面積；當(dāng)油箱是管式油箱時(shí)為外周界。變壓器的總散熱量為：=+ 瓦 (2.9) 第三章 冷卻控制裝置的功能和控制方法3.1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 572-95)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：3.1.1對(duì)變壓器的冷卻裝置的

35、要求a要求油浸式變壓器本體的冷卻裝置、溫度測(cè)量裝置等應(yīng)符合GB6451的要求。b按制造廠的規(guī)定安裝全部冷卻裝置。c強(qiáng)油循環(huán)的冷卻系統(tǒng)必須有兩個(gè)獨(dú)立的工作電源并能自動(dòng)切換。當(dāng)工作電源發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)自動(dòng)投入備用電源并發(fā)出音響或燈光信號(hào)。d強(qiáng)油循環(huán)變壓器，當(dāng)切除故障冷卻器時(shí)應(yīng)發(fā)出音響或燈光信號(hào)，并自動(dòng)(水冷的可手動(dòng))投入備用冷卻器。e風(fēng)扇、水泵及油泵的附屬電動(dòng)機(jī)應(yīng)有過負(fù)荷、短路及斷相保護(hù)；應(yīng)有監(jiān)視油泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的裝置。f強(qiáng)油循環(huán)冷卻的變壓器，應(yīng)按溫度和(或)負(fù)載控制冷卻器的投切。3.1.2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3.1的規(guī)定(制造廠有規(guī)定的按制造廠規(guī)定)。當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度

36、較低時(shí)，頂層油溫也相應(yīng)降低。表3.1 油浸式變壓器頂層油溫一般限值冷卻方式冷卻介質(zhì)最高溫度（）最高頂層油溫（）強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷4085313 強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻變壓器的運(yùn)行條件a強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻變壓器運(yùn)行時(shí)，必須投入冷卻器?？蛰d和輕載時(shí)不應(yīng)投入過多的冷卻器(空載狀態(tài)下允許短時(shí)不投)。各種負(fù)載下投入冷卻器的相應(yīng)臺(tái)數(shù)，應(yīng)按制造廠的規(guī)定。按溫度和(或)負(fù)載投切冷卻器的自動(dòng)裝置應(yīng)保持正常。b強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器投運(yùn)時(shí)應(yīng)逐臺(tái)投入冷卻器，并按負(fù)載情況控制投入冷卻器的臺(tái)數(shù)。c強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器，當(dāng)冷卻系統(tǒng)故障切除全部冷卻器時(shí)，允許帶額定負(fù)載運(yùn)行20分鐘。如20分鐘后變壓器頂層油溫尚未達(dá)到75，則允許上升到75，但這種

37、狀態(tài)下運(yùn)行的最長(zhǎng)時(shí)間不得超過1小時(shí)。3.2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)冷卻及控制系統(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：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?！爸鳌彪娫垂收虾罄鋮s控制裝置能發(fā)出“電源故障”信號(hào)并投入“輔”電源，保證了冷卻裝置供電的可靠性；兩路電源都發(fā)生故障，能發(fā)出“裝置失電”信號(hào)，并能夠?qū)⑷匡L(fēng)冷卻器切除。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

38、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冷卻控制裝置能控制8組風(fēng)冷卻器，取消了固定運(yùn)行方式的工作模式，裝置能按變壓器油溫自動(dòng)、依次投入相應(yīng)臺(tái)數(shù)的冷卻器，變壓器負(fù)荷和環(huán)境溫度變化，油溫能始終維持在一個(gè)穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)；冷卻器按溫度依次投入，防止了沖擊電流的產(chǎn)生，同時(shí)可以預(yù)防或改善油流帶電現(xiàn)象。 4冷卻控制裝置在產(chǎn)生投、切決策時(shí)采用有差值裕度投、切閥值的控制策略，可以有效的避免冷卻器組頻繁投切的問題。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

39、持續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)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。6濕熱季節(jié)，由凝露溫度監(jiān)控器監(jiān)視環(huán)境溫度、濕度，并能根據(jù)濕度情況和濕度持續(xù)時(shí)間情況將全部風(fēng)冷卻器投入，避免冷卻器機(jī)械部分受潮腐蝕，以保證需要時(shí)能正常投運(yùn)。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)。8冷卻控制裝置能檢測(cè)每組冷卻器的風(fēng)扇和潛油泵電動(dòng)機(jī)故障、油路故障及控制冷卻器投切的接觸器故障，如有故障發(fā)生控制裝置自動(dòng)將該組冷卻器切除，發(fā)出故障及報(bào)警信號(hào)；故障消除，可以手動(dòng)復(fù)位故障信號(hào)。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

40、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)。10冷卻控制裝置可以通過串行口與上位計(jì)算機(jī)通信，將變壓器的部分運(yùn)行信息、冷卻及控制裝置的運(yùn)行信息、故障信息傳送到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)視功能。11冷卻控制裝置能在顯示控制面板顯示冷卻及控制裝置運(yùn)行中的各種信息，包括電源運(yùn)行、故障，風(fēng)冷卻器運(yùn)行、故障，接觸器故障信號(hào)；同時(shí)可以選擇手動(dòng)操作，以手動(dòng)方式投、切冷卻器組。12當(dāng)溫度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，自動(dòng)接通控制箱內(nèi)的風(fēng)扇散熱裝置，保證設(shè)備內(nèi)部溫度滿足要求；濕度達(dá)到一定值時(shí)，啟動(dòng)控制箱內(nèi)的加熱裝置，防止裝置箱體內(nèi)凝露的產(chǎn)生。3.3冷卻控制裝置功能模塊設(shè)

41、計(jì)本文設(shè)計(jì)的變壓器冷卻控制裝置的核心是PLC，裝置的大多數(shù)功能通過可編程序控制器來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)冷卻控制裝置的功能設(shè)計(jì)，以PLC為核心，整個(gè)控制裝置由6個(gè)功能模塊組成，如下圖所示。變壓器冷卻控制裝置的控制功能通過電源監(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)功能模塊實(shí)現(xiàn)，功能模塊的實(shí)現(xiàn)方法和作用簡(jiǎn)要介紹如下：1電源監(jiān)視控制模塊。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

42、源投切的控制命令，由斷路器執(zhí)行電源投切動(dòng)作。圖3.1 冷卻控制裝置功能模塊框圖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，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)。可編程序控制器采集變壓器溫度信號(hào)、運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)、油流繼電器反映的冷卻器油流狀態(tài)信號(hào)、反映電動(dòng)機(jī)故障狀態(tài)的空氣開關(guān)狀態(tài)信號(hào)和交流接觸器狀態(tài)信號(hào)，由可編程序控制器根據(jù)送入的這些信號(hào)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)、油流和接觸器故障的判斷和定位并產(chǎn)生投切冷卻器的控制命令，由交流接觸器執(zhí)行投切動(dòng)作。3凝露溫度監(jiān)控模塊。模塊采用凝露溫度監(jiān)控器對(duì)環(huán)境的溫度、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)濕度達(dá)到設(shè)定值后其凝露負(fù)載輸

43、出接通，信號(hào)送到可編程序控制器，由控制器決策定時(shí)投運(yùn)全部風(fēng)冷卻器：同時(shí)濕度達(dá)到設(shè)定值時(shí)控制裝置能啟動(dòng)冷卻控制裝置箱體內(nèi)的加熱裝置，為控制裝置箱體除濕；溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)裝置箱體內(nèi)風(fēng)扇，給控制裝置散熱。4就地控制和顯示模塊。在控制面板可以選擇“手動(dòng)”或“自動(dòng)”投切冷卻器，在“手動(dòng)”模式下可以手動(dòng)投切冷卻器；可以選擇哪一路電源為“主”電源；也可以手動(dòng)復(fù)位故障信號(hào)。同時(shí)顯示電源和風(fēng)冷卻器組的各種故障、投入狀態(tài)信息以及變壓器過流、超溫、風(fēng)冷卻器全停等信息。5通訊模塊。通訊模塊通過PLC上的RS485口經(jīng)串口長(zhǎng)線延長(zhǎng)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

44、串口傳送到上位計(jì)算機(jī)。6上位計(jì)算機(jī)監(jiān)視模塊。該模塊使用Visual c+對(duì)串口編程，從串口采集變壓器、冷卻器和冷卻控制裝置的運(yùn)行信息、故障信息，實(shí)現(xiàn)信息在上位計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)顯示和故障報(bào)警功能?？删幊绦蚩刂破魇亲儔浩骼鋮s控制裝置的核心，它采集電源的狀態(tài)和控制電源用斷路器的狀態(tài)信號(hào)、變壓三側(cè)開關(guān)和溫度信號(hào)、冷卻器的油流和電動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)、凝露溫度信號(hào)及各種選擇操作信號(hào)綜合判斷產(chǎn)生控制決策、故障報(bào)警信號(hào)，并處理通訊將各種運(yùn)行信息和故障信息上傳到上位監(jiān)控機(jī)，實(shí)現(xiàn)上位計(jì)算機(jī)對(duì)變壓器冷卻系統(tǒng)的監(jiān)視。3.4 控制方法和策略研究控制方法和控制策略的研究是變壓器冷卻控制裝置設(shè)計(jì)開發(fā)中的重要部分，它是變壓器冷卻控制設(shè)

45、計(jì)的前提，電氣連接和程序設(shè)計(jì)都是依據(jù)控制控制方法和策略而展開。采用了合理的控制方法和控制策略才能完成控制裝置的設(shè)計(jì)功能，同時(shí)控制方法和策略的優(yōu)劣將直接影響控制裝置的性能。變壓器冷卻控制裝置的核心功能就是根據(jù)變壓器油溫自動(dòng)投、切冷卻器使變壓器油溫維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，滿足變壓器運(yùn)行對(duì)溫度的要求。在冷卻控制裝置中結(jié)合變壓器冷卻裝置的特點(diǎn)我們采用了斷續(xù)負(fù)反饋控制的控制方法、有差值裕度的投、切溫度閥值的控制策略和按運(yùn)行時(shí)間投切冷卻器的控制方法。這些控制方法和策略的運(yùn)用解決了冷卻器頻繁投切和不均衡工作等問題。3.4.1變壓器油溫自動(dòng)控制的控制方法通過對(duì)冷卻裝置的工作特性進(jìn)行分析，在變壓器冷卻控制裝置的

46、設(shè)計(jì)中采用了斷續(xù)負(fù)反饋控制模型搭建了變壓器油溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器油溫的自動(dòng)控制。油溫自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖如圖3.2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(duì)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(dòng)。圖3.2 變壓器油溫自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖本裝置采用的斷續(xù)反饋控制系統(tǒng)不同于一般的恒值負(fù)反饋控制系統(tǒng)或隨動(dòng)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，斷續(xù)負(fù)反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)對(duì)被控對(duì)象的控制作用不連續(xù)，與此對(duì)應(yīng)，外部擾動(dòng)導(dǎo)致被控量變化，經(jīng)控制系統(tǒng)的控制作用，被控量最終不能穩(wěn)定在某一定值而是一個(gè)值的范圍，這是由被控對(duì)

47、象的特性決定的。對(duì)變壓器溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)而言只能按組投切冷卻器實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，所以難以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器油溫的定值控制，只能使其維持在一個(gè)溫度范圍內(nèi)。變壓器油溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作過程是，變壓器負(fù)荷或環(huán)境溫度變化引起變壓器油溫的變化，變壓器油溫變化通過溫度繼電器采集送入到可編程序控制器，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(shí)現(xiàn)對(duì)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。3.4.2 綜合投、切控制策略繼電式控制裝置在控制冷卻器自動(dòng)投切上通常的做法是，設(shè)定固定的溫度閥值，變壓器油溫超過閥值繼電器動(dòng)作，投入“輔助”冷卻器，頂層油溫低于設(shè)定閥值將

48、投入的“輔助”冷卻器切除。這種做法的缺點(diǎn)是，當(dāng)變壓器溫度在設(shè)定的溫度閥值附近波動(dòng)時(shí)，將造成冷卻器組的頻繁投切?？刂撇呗栽磲槍?duì)冷卻器頻繁投切的問題，在變壓器油溫自動(dòng)控制系統(tǒng)中提出了有差值裕度的投、切溫度閥值進(jìn)行綜合投切控制的控制策略，經(jīng)實(shí)踐證明這種控制策略可以有效的避免冷卻器組的頻繁投切的問題，投切過程如圖3.3所示：圖3.3 按溫度投切冷卻器過程示意圖圖中橫坐標(biāo)表示變壓器油溫，縱坐標(biāo)表示是否投切冷卻器，為切除冷卻器溫度閥值，為投入冷卻器溫度閥值。-即為差值裕度。 （3.1）式中：差值裕度投入冷卻器溫度閥值切除冷卻器溫度閥值冷卻器組的投、切過程是：變壓器油溫上升，當(dāng)油溫超過時(shí)，需要有冷卻器投入

49、工作；變壓器頂層油溫下降，當(dāng)油溫低于時(shí)，需要切除部分冷卻器；當(dāng)變壓器油溫維持在到之間的溫度值時(shí)，裝置不做任何投、切動(dòng)作；在需要投入或切除冷卻器時(shí)需要與按累積運(yùn)行時(shí)間和持續(xù)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行投切控制的控制方法配合，具體產(chǎn)生投切某組冷卻器的控制決策?？刂茀?shù)的整定有差值裕度的投、切溫度閥值的控制策略的關(guān)鍵在于控制參數(shù)的整定，投入溫度閥值可以根據(jù)變壓器運(yùn)行規(guī)程要求或變壓器生產(chǎn)廠商規(guī)定確定。差值裕度 (或者是，在確定后兩者可以互相確定)的選取非常關(guān)鍵，在一定程度上決定了裝置控制功能的優(yōu)劣。的選取必須恰當(dāng)，變壓器負(fù)荷平穩(wěn)且變壓器頂層油溫在右側(cè)附近時(shí)，投入一組風(fēng)冷卻器；由于冷卻器的投入變壓器油溫下降，如果選取過

50、小使油溫降至以下，需要切除冷卻器；在切除冷卻器后，冷卻器的退出工作變壓器油溫上升并超過，需要再次投入冷卻器；如此往復(fù)將造成冷卻器的頻繁投/切。如果過大，將導(dǎo)致變壓器油溫在一個(gè)大范圍內(nèi)變動(dòng)。差值裕度的選取應(yīng)遵循如下算法： （3.2）式中：差值裕度投入冷卻器溫度閥值油溫為時(shí)，投入一組冷卻器且穩(wěn)定后的變壓器油溫為溫度裕度可以由變壓器生產(chǎn)廠家通過試驗(yàn)獲得，也可以由運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)整定。3.4.3按運(yùn)行時(shí)間投切的控制方法不同于繼電式控制方式，投切的只是處于“輔助”運(yùn)行方式冷卻器，采用溫度負(fù)反饋控制方法的變壓器油溫自動(dòng)控制系統(tǒng)中取消了固定的“工作”、“輔助”、“備用”運(yùn)行方式，有差值裕度的投、切控制策

51、略產(chǎn)生投切控制決策時(shí)，就需要采用本節(jié)介紹的按持續(xù)運(yùn)行時(shí)間和累積運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行投切控制的控制方法，做出具體投切某組冷卻器的控制決策。首先介紹一下冷卻器的持續(xù)運(yùn)行時(shí)間和累積運(yùn)行時(shí)間的概念。持續(xù)運(yùn)行時(shí)間表示冷卻器每次投入運(yùn)行的時(shí)間，從冷卻器組投入運(yùn)行開始計(jì)時(shí)，冷卻器退出運(yùn)行計(jì)時(shí)被清零，重新投入運(yùn)行后重新開始計(jì)時(shí)。累積運(yùn)行時(shí)間表示冷卻器每次投入運(yùn)行的持續(xù)運(yùn)行計(jì)時(shí)的累積，同時(shí)在“手動(dòng)”操作模式下，有冷卻器投入運(yùn)行也需要計(jì)時(shí)運(yùn)行時(shí)間并累加到累積運(yùn)行時(shí)間中。在變壓器油溫自動(dòng)控制系統(tǒng)中，按有差值裕度的投、切溫度閥值進(jìn)行綜合投切控制決策和按持續(xù)運(yùn)行時(shí)間和累積運(yùn)行時(shí)間投切控制配合做出具體投切某組冷卻器的工作過程如圖

52、3.4所示的流程：首先由有差值裕度投、切閥值的控制策略產(chǎn)生是否投切的控制輸出；然后再判斷是否允許投切，因?yàn)樵趧傋鐾晖肚欣鋮s器動(dòng)作后必須延時(shí)一段時(shí)間等待變壓器油溫穩(wěn)定后再做投切動(dòng)作，否則在短時(shí)間內(nèi)會(huì)投入或切除過多的冷卻器，可能造成冷卻器組的頻繁投切。如果允許投切，就進(jìn)入投切處理；如果不允許投切，則直接進(jìn)入是否有冷卻器持續(xù)運(yùn)行時(shí)間超時(shí)的判斷；如果判斷有冷卻器持續(xù)運(yùn)行時(shí)間超時(shí)，執(zhí)行切處理，切除持續(xù)運(yùn)行時(shí)間超時(shí)的冷卻器；沒有冷卻器持續(xù)運(yùn)行時(shí)間超時(shí)，循環(huán)會(huì)有差值裕度投切閥值的投切控制決策。圖3.3 投切冷卻器決策流程圖投運(yùn)冷卻器的過程是從未投入冷卻器的隊(duì)列中選出累積運(yùn)行時(shí)間最短的冷卻器，控制交流接觸器投

53、入冷卻器，冷卻器投入后開始計(jì)時(shí)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間；切除冷卻器的過程是從投入冷卻器隊(duì)列中選出持續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的冷卻器，控制交流接觸器切除冷卻器，同時(shí)將本次投運(yùn)的持續(xù)運(yùn)行時(shí)間累加到該臺(tái)冷卻器的累積運(yùn)行時(shí)間。選擇最短累積運(yùn)行時(shí)間和選擇最長(zhǎng)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間冷卻器的方法將在PLC編程中具體介紹。第四章 冷卻控制裝置的硬件設(shè)計(jì)變壓器冷卻器控制裝置要用到諸如可編程序控制器、凝露溫度監(jiān)控器、接觸器等電氣元件，本章我們介紹冷卻控制裝置設(shè)計(jì)中用到的主要電氣元件及其在控制裝置中的應(yīng)用，裝置的電氣連接。4.1電氣元件及在裝置中的應(yīng)用4.1.1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

54、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。我們?cè)O(shè)計(jì)的冷卻控制裝置采用LWK-D2(TH)型凝露溫度監(jiān)控器，它具有兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的工作單元：一路凝露監(jiān)控；一路溫度監(jiān)控，具有體積小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。電氣連接如圖4.1所示：圖4.1 凝露溫度監(jiān)控器電氣圖凝露溫度監(jiān)控器的端子1、2連接溫度傳感器，5、6連接凝露傳感器，3、4連接控溫負(fù)載，7、8連接凝露負(fù)載，11、12連接交流220V電源。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

55、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)。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(shí)。啟動(dòng)裝置箱體內(nèi)的加熱裝置，同時(shí)將“凝露”信號(hào)送到PLC用于判斷啟動(dòng)冷卻器；當(dāng)溫度超過設(shè)定值，將裝置箱內(nèi)風(fēng)扇啟動(dòng)，為控制裝置散熱。具體接線，將在本章的“冷卻控制裝置電氣接線”一節(jié)中詳細(xì)介紹。4.1.2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)。GDH系列電動(dòng)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(diǎn)，是替代熱繼電器實(shí)現(xiàn)電

56、動(dòng)機(jī)保護(hù)的理想換代產(chǎn)品。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器具體接線方法將在本章“冷卻控制裝置電氣接線”一節(jié)中敘述。4.1.3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。這些器件主要選用施奈德公司的產(chǎn)品，施奈德公司的產(chǎn)品功能卓越、具有較高的安全穩(wěn)定性和電氣統(tǒng)一性。裝置選用繼電器和開關(guān)的名稱和型號(hào)規(guī)格如下：斷路器，型號(hào)：NS-100，3P，AC380V接觸器，型號(hào)：CA2-DN2205C接觸器，型號(hào)：LC1，32A，AC220V空氣開關(guān)，型號(hào)：GV2-M20，13-18A，400V空氣開關(guān)分勵(lì)線圈，型號(hào)：AS225，AC220V空氣開關(guān)輔助節(jié)點(diǎn)，型號(hào)：LA1-DN22小型繼電器，型號(hào)：MAX

57、7A，AC250V信號(hào)繼電器，型號(hào)：DX-8，0.025A中間繼電器，型號(hào)：MAX DC220V轉(zhuǎn)換開關(guān)，型號(hào)：LW5-15D7612/9熔斷器，型號(hào)：RTl8-32,32A由于所用繼電器和開關(guān)器件種類和型號(hào)較多，在此不一一介紹。在本章“冷卻控制裝置電氣接線”一節(jié)中，結(jié)合具體實(shí)現(xiàn)電路介紹其在變壓器冷卻控制裝置中的使用和作用。4.2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)。輸入為可編程序控制器提供完成控制功能所必須的數(shù)字量、模擬量；可編程序控制器采樣輸入，執(zhí)行編制的程序，根據(jù)程序設(shè)計(jì)對(duì)所采集信息進(jìn)行綜合分析、判斷并作出

58、決策，產(chǎn)生數(shù)字量、模擬量輸出，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件，完成控制功能。4.2.1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4.1所示。表4.l中給出了可編程序控制器的輸入/輸出名稱，輸入來源和輸出去向以及輸入/輸出的性質(zhì)及數(shù)量，從表可知可編程序控制器共有36路數(shù)字量輸入和23路數(shù)字量輸出。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。表4.1可編程控制器的輸入輸出輸入/輸出名稱來源/

59、去向性質(zhì)及數(shù)量輸入“自動(dòng)”工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)1路數(shù)字輸入“手動(dòng)”工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)1路數(shù)字輸入“主/輔電源選擇”撥碼開關(guān)1路數(shù)字輸入、電源正常電源檢測(cè)繼電器2路數(shù)字輸入、路電源投入斷路器輔助觸點(diǎn)2路數(shù)字輸入三側(cè)開關(guān)狀態(tài)三側(cè)開關(guān)輔助觸點(diǎn)1路數(shù)字輸入切除冷卻器溫度溫度繼電器1路數(shù)字輸入投入冷卻器溫度溫度繼電器1路數(shù)字輸入報(bào)警溫度溫度繼電器1路數(shù)字輸入凝露狀態(tài)凝露溫度控制器1路數(shù)字輸入油流狀態(tài)油流繼電器8路數(shù)字輸入電動(dòng)機(jī)狀態(tài)自動(dòng)空氣開關(guān)8路數(shù)字輸入風(fēng)冷卻器的投入狀態(tài)控制冷卻器接觸器8路數(shù)字輸入合計(jì)36路數(shù)字輸入輸出冷卻器的投入信號(hào)控制風(fēng)冷卻器接觸器8路數(shù)字輸入冷卻器故障信號(hào)指示裝置8路數(shù)字輸入冷卻器故障

60、類型指示裝置3路數(shù)字輸入電源分信號(hào)控制電源斷路器分輸入1路數(shù)字輸入電源合信號(hào)控制電源斷路器合輸入2路數(shù)字輸入掉三側(cè)開關(guān)信號(hào)變壓器控制屏1路數(shù)字輸入合計(jì)23路數(shù)字輸入4.2.2可編程序控制器的選擇根據(jù)變壓器冷卻控制裝置對(duì)可編程序控制器控制功能、輸入/輸出性質(zhì)及點(diǎn)數(shù)，存儲(chǔ)容量的要求，綜合考慮性能、可靠性、價(jià)格等方面的因素，我們選用西門子S7-200型PLC作為冷卻控制裝置的控制器?？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。所選擇PLC能最大限度的滿足控制系統(tǒng)的控制功能是選擇PLC時(shí)首先考慮的問題。S7-200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P(yáng)LC具有位邏