plc在變電站變壓器自動化系統(tǒng)中的應用

目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 1第2章變壓器冷卻限制裝置的功能和限制方法 22.1電力變壓器運行規(guī)程中關于冷卻限制的規(guī)定 22.1.1對變壓器冷卻裝置的要求 22.1.2變壓器溫度限值 22.1.3強迫油循環(huán)冷卻變壓器的運行條件 22.2變壓器冷卻自動限制裝置功能模塊設計 3第3章變壓器冷卻自動限制裝置的硬件設計 53.1電氣元件及在裝置中的應用 53.1.1電動機愛護器 53.1.2凝露溫度監(jiān)控器 53.1.3開關器件 73.2可編程序限制器 73.2.1可編程序限制器的輸入輸出 73.2.2可編程序限制器的選擇 83.3裝置電氣連接 103.3.1電源監(jiān)控和凝露溫度監(jiān)控部分電氣接線 103.3.2冷卻器電動機愛護限制電氣接線 12第4章變壓器冷卻自動限制的軟件設計 194.1軟件總體設計 194.1.1投入計時處理、超時和切除計時處理 214.1.2投切推斷和投切處理 224.2監(jiān)視軟件總體設計 234.3串口設置和打開 244.4線程的建立及串口數據的讀取、解析和顯示 25結論 27致謝 28參考文獻 29摘要在變電站中，變壓器是實現電能轉換的最基本、最重要的設備，對供電牢靠性有著重大的影響。變壓器在運行中是有損耗的，一種是空載損耗，它與負荷大小無關;另一種是負載損耗，與負載電流的平方成正比。變壓器運行中產生的損耗將轉換為熱量散發(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荷實力，同時會加速變壓器繞組和鐵芯所采納絕緣材料的老化，影響它的運用壽命。變壓器運行中所帶負荷隨時都在發(fā)生改變，這將使變壓器的損耗也隨之發(fā)生改變，從而造成變壓器油溫的改變；同時不管是一年四季環(huán)境氣溫的改變，還是每天晝夜氣溫的改變，也都造成了變壓器油溫的改變。為了保證變壓器平安，穩(wěn)定，經濟的運行，要隨時檢測變壓器的油溫并由冷卻限制裝置限制冷卻器組運行來限制變壓器油溫的改變，使其油溫維持在一個固定的范圍內。但目前大型電力變壓器的冷卻限制仍舊主要采納傳統(tǒng)的繼電式限制方式，這種限制方式存在很多弊端：限制回路接線困難、牢靠性差、故障率較高、維護工作量大，造成冷卻器運行不均衡，影響冷卻器組運用壽命。本課題針對存在的問題提出并研制了基于PLC的大型變壓器冷卻限制裝置。關鍵字：變壓器自動化；冷卻限制裝置；損耗；PLC

AbstractInthesubstationtransformeristoachieveenergyconversionofthemostbasicandimportantequipment,hasamajorimpactonthereliabilityofpowersupply.Transformersinoperationislossy,ano-loadloss,ithasnothingtodowiththeloadsize;anotherloadlossisproportionaltothesquare,andtheloadcurrent.Lossesarisingfromtheoperationofthetransformerisconvertedtoheatthatcomesout,thetransformerwindings,coreandtransformeroiltemperaturerise.Effectoftemperatureriseofthetransformerwithitsloadcapacity,anditwillacceleratetheagingofthetransformerwindingsandcoreofinsulatingmaterialused,affectitslife.Transformerloadcarriedbyrunningallthetimechange,whichwillallowthetransformerlossesalsowillbechanged,resultinginthechangeoftransformeroil;simultaneouslythroughouttheyearregardlessofenvironmentaltemperaturechanges,orchangesintemperaturebetweendayandnighteveryday,alsocausedachangeinthetransformeroil.Inordertoensurethatthetransformersafe,stableandeconomicaloperation,thetransformeroiltobereadilydetectedbythecoolingcontroldevicetocontroltheoperationofthecontrolgroupcoolertransformeroilchanges,sothattheoiltemperatureismaintainedwithinafixedrange.Butthelargepowertransformercoolingcontrolisstillmainlytraditionalrelaycontrolmode,therearemanydrawbacksofthiscontrol:controlcircuitwiringcomplexity,poorreliabilityThispaperfocusesontheproblemsproposedanddevelopedalargetransformercoolingcontrolbasedonPLCdevices.Keywords:Transformerautomation;Coolingcontroldevices;Losses;PLC第1章緒論目前，已經實際運行的綜合自動限制系統(tǒng)有：LAS系統(tǒng)、基于CAN/LON網的分散分布式變電站限制系統(tǒng)等，它們在實際應用中取得了較好的成效，但也存在著技術和經濟上的各種缺點。本文在研制智能型有載調壓變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上，從變電站綜合自動化發(fā)展的大方向（即從集中限制型向分散（層）網絡型發(fā)展；從專用設備向平臺發(fā)展，中小變電站綜合自動化中的自動化設備有：可編程自動化監(jiān)控裝置、可編程變壓器自動化屏、可編程微機計量屏、可編程微機線路愛護屏、可編程微機同期系統(tǒng)、可編程中心信號屏、可編程電容屏、可編程微機直流電源系統(tǒng)等均應用了PLC為其智能化單元，并且都能夠掛網運行，便利地實現遙信、遙測、遙控功能，取代了傳統(tǒng)的RTU。眾所周知電力變壓器是發(fā)電廠和變電所的最重要設備之一。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大和電壓等級的提高，在電能輸送過程中，電壓轉換層次有增多的趨勢，要求系統(tǒng)中的變壓器總量己由過去的5—7倍發(fā)電總容量，增加到9—10倍發(fā)電總容量。因此，變壓器能否正常運行對于電力系統(tǒng)的平安穩(wěn)定運行起著至關重要的作用[1]。變壓器的效率雖然很高，但系統(tǒng)中每年變壓器總的電能耗仍舊是一個相當大的數目。變壓器的損耗主要是銅耗和鐵耗，而這些損耗最終均轉化為熱量，從而使變壓器的油溫柔鐵心溫度上升。變壓器的銅耗和鐵耗產生的熱量主要以傳導和對流的方式向外擴散，變壓器運行時，各部分的溫度分布極不勻稱。分析與測試均表明，變壓器產生的熱量80%以上集中于繞組和鐵心，它干脆影響著變壓器的出力。通過計算以及運行實踐證明，變壓器最熱點溫度維持在98℃以下時，變壓器能獲得正常運用年限（20—30年）。依據探討，變壓器繞組每上升6℃，運用年限將縮短一半，此即所謂的絕緣老化6℃規(guī)則?？梢姡瑴囟葘ψ儔浩鞯倪\用壽命有著至關重要的影響。分析與計算表明，變壓器損耗的增加與其額定容量的3/4次方成比例，而冷卻表面的增加只與額定容量的1/2次方成比例。可見，變壓器的容量越大，其散熱問題就越突出。因此，如何使變壓器最大限度地散熱，是變壓器生產廠家的重要課題，也是電力部門在生產運行中須要特殊關注的問題。因此要對變壓器進行冷卻限制。第2章變壓器冷卻限制裝置的功能和限制方法2.1電力變壓器運行規(guī)程中關于冷卻限制的規(guī)定在變壓器冷卻限制裝置的設計中參考了電力變壓器運行規(guī)程（DL/T572-95）中關于強迫油循環(huán)電力變壓器冷卻裝置及運行條件的規(guī)定，規(guī)定如下：對變壓器冷卻裝置的要求1.要求油浸式變壓器本體的冷卻裝置、溫度測量裝置等應符合GB6451的要求。2.按制造廠的規(guī)定安裝全部冷卻裝置。3.強油循環(huán)的冷卻系統(tǒng)必需有兩個獨立的工作電源并能自動切換。當工作電源發(fā)生故障時，應自動投入備用電源并發(fā)出音響或燈光信號。4.強油循環(huán)變壓器，當切除故障冷卻器時應發(fā)出音響或燈光信號，并自動（水冷的可手動）投入備用冷卻器。5.風扇、水泵及油泵的附屬電動機應有過負荷、短路及斷相愛護；應有監(jiān)視油泵電機旋轉方向的裝置。6.強油循環(huán)冷卻的變壓器，應按溫度和（或）負載限制冷卻器的投切。2.1.2變壓器溫度限值強迫油循環(huán)變壓器頂層油溫一般不應超過表2.1的規(guī)定（制造廠有規(guī)定的按制造廠規(guī)定）。當冷卻介質溫度較低時，頂層油溫也相應降低[2]。表2.1油浸式變壓器頂層油溫一般限值冷卻方式冷卻介質最高溫度最高頂層油溫強迫油循環(huán)40852.1.3強迫油循環(huán)冷卻變壓器的運行條件強迫油循環(huán)冷卻變壓器運行時，必需投入冷卻器?？蛰d和輕載時不應投入過多的冷卻器（空載狀態(tài)下允許短時不投）。各種負載下投入冷卻器的相應臺數，應按制造廠的規(guī)定。按溫度和（或）負載投切冷卻器的自動裝置應保持正常。強迫油循環(huán)變壓器投運時應逐臺投入冷卻器,并按負載狀況限制投入冷卻器的臺數。強迫油循環(huán)風冷變壓器，當冷卻系統(tǒng)故障切除全部冷卻器時，允許帶額定負載運行20分鐘[3]。2.2變壓器冷卻自動限制裝置功能模塊設計本文設計的變壓器冷卻限制裝置的核心是PLC，裝置的大多數功能通過可編程序限制器來實現，依據冷卻限制裝置的功能設計，以PLC為核心，整個限制裝置主要設計4個功能模塊組成，如圖2-1所示圖2-1冷卻限制裝置功能塊框圖變壓器冷卻限制裝置的限制功能通過電源監(jiān)視限制、冷卻器投切愛護、凝露溫度監(jiān)控、就地限制與顯示、通訊、上位計算機監(jiān)視六個功能模塊實現，功能模塊的實現方法和作用簡要介紹如下：電源監(jiān)視限制模塊。模塊通過小型電壓繼電器監(jiān)視兩路獨立電源的狀態(tài)（兩路獨立電源為冷卻裝置供電），推斷電源是否缺相，由兩個斷路器限制電源的投切；將兩路電源的故障信號和斷路器協(xié)助節(jié)點所反映的電源工作狀態(tài)信號送入可編程序限制器，經可編程序限制器綜合推斷產生限制電源投切的限制吩咐，由斷路器執(zhí)行電源投切動作。冷卻器投切愛護模塊。模塊采納溝通接觸器限制冷卻器的投入和切除，自動空氣開關和電動機愛護器協(xié)作實現對風扇和潛油泵電動機的短路、過載、堵轉和缺相愛護。可編程序限制器采集變壓器溫度信號、運行狀態(tài)信號、油流繼電器反映的冷卻器油流狀態(tài)信號、反映電動機故障狀態(tài)的空氣開關狀態(tài)信號和溝通接觸器狀態(tài)信號，由可編程序限制器依據送入的這些信號進行電動機、油流和接觸器故障的推斷和定位并產生投切冷卻器的限制吩咐，由溝通接觸器執(zhí)行投切動作[4]。凝露溫度監(jiān)控模塊。模塊采納凝露溫度監(jiān)控器對環(huán)境的溫度、濕度進行實時監(jiān)控，當濕度達到設定值后其凝露負載輸出接通，信號送到可編程序限制器，由限制器決策定時投運全部風冷卻器；同時濕度達到設定值時限制裝置能啟動冷卻限制裝置箱體內的加熱裝置，為限制裝置箱體除濕；溫度達到設定值時啟動裝置箱體內風扇，給限制裝置散熱。通訊模塊。通訊模塊通過PLC上的RS485口經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、冷卻器和冷卻限制裝置的運行信息、故障信息通過串口傳送到上位計算機。

第3章變壓器冷卻自動限制裝置的硬件設計變壓器冷卻器限制裝置要用到諸如可編程序限制器、凝露溫度監(jiān)控器、接觸器等電氣元件，本章我們介紹冷卻限制裝置設計中用到的主要電氣元件及其在限制裝置中的應用，裝置的電氣連接。3.1電氣元件及在裝置中的應用3.1.1電動機愛護器變壓器冷卻限制裝置采納GDH系列電動機愛護器與自動空氣開關組合實現對電動機的缺相、過負荷、堵轉和短路愛護。GDH系列電動機愛護器集缺相、過流、堵轉愛護為一體，具有工作靈敏牢靠、安裝便利、故障率低等優(yōu)點，是替代熱繼電器實現電動機愛護的志向換代產品。3.1.2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]。我們設計的冷卻限制裝置采納LWK－D2（TH）型凝露溫度監(jiān)控器，它具有兩個相對獨立的工作單元：凝露限制單元一個，溫度限制單元一個。可對環(huán)境的溫度濕度進行實時限制，自動起動負載，保證溫度指標符合工作標準，同時具有體積小、平安性高、外形美觀、加熱效率高、加熱效果好、防潮、防凝露和低溫加熱性能優(yōu)越的特點。電氣連接如圖3.1所示：圖3.1凝露溫度監(jiān)控器電氣圖安裝方式：（1）基座式：將8芯繼電器座固定在35mm導軌或通過安裝螺孔干脆固定在安裝板上。（2）嵌入式：在安裝面板上開具45＋0.5×45＋0.5mm2孔，通過安裝支架將限制器固定在面板上凝露溫度監(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連接控溫負載，7、8連接凝露負載，11、12連接溝通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工作環(huán)境的濕度、溫度等指標長期自動檢測、采樣；當工作環(huán)境有凝露產生的可能時，能自動推斷并瞬間啟動凝露負載；工作環(huán)境溫度高于設定溫度值時，相應的控溫負載也將開啟；環(huán)境溫濕度低于設定要求時才停止工作，重新進入監(jiān)控狀態(tài)，如此自動循環(huán)。在冷卻限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用于推斷啟動冷卻器；當溫度超過設定值，將裝置箱內風扇啟動，為限制裝置散熱[5]。3.1.3開關器件變壓器冷卻限制裝置中要用到斷路器、接觸器、空氣開關、轉換開關等。這些器件主要選用施奈德公司的產品，施奈德公司的產品功能卓越、具有較高的平安穩(wěn)定性和電氣統(tǒng)一性。裝置選用繼電器和開關的名稱和型號規(guī)格如下：（1）斷路器，型號：NS-100,3P,AC380V（2）接觸器，型號：CA2-DN22Q5C（3）接觸器，型號：LC1,32A,AC220V（4）空氣開關，型號：GV2-M20,13-18A,400V（5）空氣開關分勵線圈,型號：AS225,AC220V（6）空氣開關協(xié)助節(jié)點，型號：LA1-DN22（7）小型繼電器，型號：MAX7A,AC250V（8）信號繼電器，型號：DX－8，0.025A（9）中間繼電器，型號：MAXDC220V（10）轉換開關，型號：LW5-15D7612/9（11）熔斷器，型號：RT18-32,32A由于所用繼電器和開關器件種類和型號較多，在此不一一介紹。在本章“冷卻限制裝置電氣接線”一節(jié)中，結合詳細實現電路介紹其在變壓器冷卻限制裝置中的運用和作用。3.2可編程序限制器在以可編程序限制器為核心的變壓器冷卻限制裝置中，輸入、輸出通過可編程序限制器連接起來，構成完整的限制系統(tǒng)。輸入為可編程序限制器供應完成限制功能所必需的數字量、模擬量；可編程序限制器采樣輸入，執(zhí)行編制的程序，依據程序設計對所采集信息進行綜合分析、推斷并作出決策，產生數字量、模擬量輸出，驅動執(zhí)行器件，完成限制功能[6]。3.2.1可編程序限制器的輸入輸出依據變壓器冷卻限制裝置的功能設計和結構設計，同時結合冷卻限制裝置的設備選型，可以確定可編程序限制器輸入/輸出的來源或者去向及輸入/輸出的性質和數量。表3.1中給出了可編程序限制器的輸入/輸出名稱，輸入來源和輸出去向以及輸入/輸出的性質及數量，從表可知可編程序限制器共有36路數字量輸入和23路數字量輸出。輸入/輸出性質及點數的確定特別重要，成為可編程序限制器選型的一項重要指標，可編程序限制器連同其輸入/輸出模塊必需滿意輸入/輸出點數的要求。表3.1可編程序限制器的輸入輸出輸入/輸出名稱來源/去向性質及數量“自動”工作狀態(tài)轉換開關1路數字輸入“手動”工作狀態(tài)轉換開關1路數字輸入“主/輔”電源選擇撥碼開關1路數字輸入Ⅰ、Ⅱ電源正常電源檢測繼電器2路數字輸入Ⅰ、Ⅱ路電源投入斷路器協(xié)助觸點2路數字輸入輸三側開關狀態(tài)三側開關協(xié)助觸點1路數字輸入入切除冷卻器溫度溫度繼電器1路數字輸入投入冷卻器溫度溫度繼電器1路數字輸入報警溫度溫度繼電器1路數字輸入凝露狀態(tài)凝露溫度繼電器1路數字輸入油流狀態(tài)油流繼電器8路數字輸入電動機狀態(tài)自動空氣開關8路數字輸入風冷卻器的投入狀態(tài)限制風冷卻器接觸器8路數字輸入合計36路數字輸入冷卻器的投入信號限制風冷卻器接觸器8路數字輸出輸冷卻器故障信號指示裝置8路數字輸出出冷卻器故障類型指示裝置3路數字輸出電源分信號限制電源斷路器分輸入1路數字輸出電源合信號限制電源斷路器合輸入2路數字輸出掉三側開關信號變壓器限制屏1路數字輸出合計23路數字輸出3.2.2可編程序限制器的選擇依據變壓器冷卻限制裝置對可編程序限制器限制功能、輸入/輸出性質及點數，存儲容量的要求，綜合考慮性能、牢靠性、價格等方面的因素，我們選用西門子S7－200型PLC作為冷卻限制裝置的限制器。可編程序限制器的選型，主要從以下幾個方面考慮:限制功能。所選擇PLC能最大限度的滿意限制系統(tǒng)的限制功能是選擇PLC時首先考慮的問題。S7-200型PLC代替了很多定時器、計數器、繼電器所實現的功能，該PLC具有位邏輯、計數、定時、移位循環(huán)、比較、數字運算等指令，同時支持子程序和中斷，能通過串口完成通訊，在限制功能方面，S7-200型PLC能滿意冷卻限制裝置的功能需求[37]。輸入/輸出性質及點數要求。我們選用CPU224（14數字輸入/10繼電器輸出），CPU有內部電源可以為CPU自身，擴展模塊和其他用電設備供應5V和24V直流電源。同時采納如下擴展模塊，EM221（16路數字輸入），EM222（8繼電器輸出），EM223（8數字輸入/8繼電器輸出），共38路數字量輸入和26路輸出。擴展模塊通過與CPU連接的總線連接電纜取得5V直流電源。不同規(guī)格的CPU供應的電源容量不同，須要依據實際應用就電源容量進行規(guī)劃計算，如表3.2所示：表3.2PLC電源計算CPU電源預算5V直流24V直流CPU224AC/DC繼電器660mA280mA減去以下電源需求減去以下電源需求系統(tǒng)要求5V直流24直流EM221,5V電源需求70mAEM222,5V電源需求40mAEM223,5V電源需求80mACPU224,14輸入14*4=56mACPU224,10繼電器線圈10*9=90mAEM221,16輸入16*4=64mAEM222,8繼電器線圈8*9=72mAEM223,8輸入8*4=32mAEM223,8繼電器線圈8*9=72mA總需求190mA386mA總電壓差額剩470mA缺106mA從表中電源計算可以看出，裝置須要額外供應24V直流電源，需加裝直流電源后系統(tǒng)才能正常工作。在輸入/輸出性質及點數要求方面，采納上面提到的CPU和擴展模塊能滿意裝置的要求[7]。存儲容量。CPU224具有8192字節(jié)的程序存儲器和5120字節(jié)的數據存儲區(qū)，能滿意程序編寫對存儲容量的要求。從電源和帶負載實力方面考慮。S7－200型PLC適合運行于額定電壓為120～220V溝通電源的場合，在變電站能供應220V溝通電源；輸出為繼電器輸出，繼電器觸點的電位對電源和輸入是隔離的，可以將各種不同的負載連接到繼電器輸出。S7－200型PLC滿意了電源和帶負載實力的要求。平安牢靠性方面。變壓器冷卻限制裝置安裝地點電磁環(huán)境困難，對設備的平安牢靠性提出了更高的要求。所選擇的PLC在滿意前文所述指標的前提下，平安牢靠性問題是我們最關注的，因為冷卻限制裝置能否牢靠運行將干脆影響變壓器的牢靠運行。西門子S7-200型PLC具有較強的抗振性，及很強的電磁兼容性（EMC），并完全符合各項工業(yè)標準，能夠應用于各種氣候條件。運用簡潔便利，并且模塊不須要太多的附件和放置空間，使得限制柜的體積變得更??；不易于磨損，節(jié)約維護費用；編程特別簡潔，此外S7－200型PLC價格相對較低，降低了限制裝置的成本。我們綜合考慮限制功能、存儲容量和輸入/輸出點數、電源和帶負載實力、平安牢靠性方面及安裝運用等各個方面，選用S7－200型PLC作為限制裝置的限制器，能從各個方面滿意我們的限制要求[8]。3.3裝置電氣連接3.3.1電源監(jiān)控和凝露溫度監(jiān)控部分電氣接線冷卻系統(tǒng)由兩路電源供電，可以通過開關選擇一路為“主”電源，一路為“輔”電源，電源監(jiān)視限制部分的作用是，監(jiān)視兩路電源的狀態(tài)，并將電源狀態(tài)信號送入可編程序限制器；同時接受可編程序限制器的限制吩咐，通過斷路器動作選擇一路電源為裝置供電。凝露溫度監(jiān)控器可以實時監(jiān)視環(huán)境的溫度、濕度，條件達到時可以啟動凝露負載、溫度負載，對可能產生的凝露、超溫狀況實行應對措施。電源監(jiān)控和凝露溫度監(jiān)控部分電氣接線原理如圖3.2所示：在圖3.2所示線路中，小型電壓繼電器1YJ、2YJ、3YJ的線圈分別連接電源1的三相X1、X2和X3負責監(jiān)視電源1的狀態(tài)，三個電壓繼電器的常開觸點串聯后連接中間繼電器1ZJ的勵磁線圈。電源各相均正常時小型繼電器1YJ、2YJ和3YJ的常開觸點都閉合，中間繼電器1ZJ的線圈勵磁，1ZJ常開觸點閉合；1ZJ的常開觸點連接可編程序限制的輸入端，送入電源狀態(tài)信號。小型電壓繼電器4YJ、5YJ、6YJ和中間繼電器2ZJ的協(xié)作實現對電源2的監(jiān)視，接線和工作原理與電源1的監(jiān)視電路類似。圖3.2電源監(jiān)視限制接線圖中間繼電器1ZJ的觸點負責為斷路器和凝露溫度監(jiān)控器供應電源，當電源1正常時，1ZJ的常開觸點閉合，常閉觸點打開，由電源1為斷路器和凝露溫度監(jiān)控器的工作供應電源；當電源1非正常時，1ZJ的常開觸點打開，常閉觸點閉合，由電源2為斷路器和凝露溫度監(jiān)控器供電。斷路器可執(zhí)行可編程序限制器輸出的電源選擇限制指令，為冷卻器組及限制裝置選擇一路電源。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。接觸器的主觸頭分別連接兩電源和變壓器冷卻裝置的電源進線，輸入端連接可編程序限制器的輸出和斷路器常閉協(xié)助觸點的組合。圖中Q3.4為限制2JC的“合閘”信號，Q3.5為限制1JC的“合閘”信號，Q3.6為限制1JC和2JC的“分閘”信號。2JC的常閉協(xié)助觸點和Q3.4串聯接入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，其常閉協(xié)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。同理1JC的常閉協(xié)助觸點和Q3.5串聯接入2JC的“合閘”輸入端可以防止電源同時投入的狀況發(fā)生。凝露溫監(jiān)控器的工作原理已經介紹過。圖中ch11為溫度傳感器，ch12為濕度傳感器；WCG為冷卻限制裝置箱體內的加熱裝置。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為風冷限制裝置箱體內的風扇電動機，連接到凝露溫度監(jiān)控器的“溫度負載”輸出；id為冷卻限制裝置箱體的照明裝置，一端連冷卻限制裝置的電源，N連接限制裝置電源的中線。中間繼電器3ZJ的勵磁線圈連接到凝露監(jiān)控器的“凝露負載”輸出，當環(huán)境濕度達到設定值時，“凝露負載”輸出接通，中間繼電器3ZJ勵磁，其常開觸點連接到可編程序限制器的輸入，為可編程序限制器供應凝露信號。冷卻限制裝置箱體內的加熱裝置WCG連接凝露監(jiān)控器的“凝露負載”輸出，當環(huán)境濕度達到設定值時，凝露負載接通，加熱裝置啟動為限制裝置除濕，保證冷卻限制裝置的牢靠工作。冷卻限制裝置箱體內的風扇連接到凝露限制器的“溫度負載”輸出，為了保證冷卻限制裝置的牢靠工作，當環(huán)境溫度達到設定值時，溫度負載將被接通，風扇投入運轉為冷卻限制裝置散熱。冷卻限制箱體內的照明裝置id通過開關K連接到電源，裝置箱體開啟開關K閉合，照明裝置點亮；箱體關閉照明裝置熄滅。3.3.2冷卻器電動機愛護限制電氣接線本文設計的冷卻限制裝置可以限制8組冷卻器，每組冷卻器由3個風扇和1個潛油泵組成。冷卻器愛護限制部分可以為冷卻器風扇電動機和潛油泵電動機供應過載、堵轉和缺相愛護，并接受可編程序限制器的輸出指令，投/切冷卻器組。每組冷卻器愛護限制的接線是相同的，這里我們只繪出了一組冷卻器愛護限制的電氣接線原理圖，如圖3.3所示：圖3.3冷卻器愛護限制接線圖圖3.3所示線路中，1FS2、1FS4為一組冷卻器中風扇電動機的電動機愛護器（一個風扇1FS3未畫出），1FS1為潛油泵電動機愛護器，1FS1、1FS2、1FS3、1FS4分別串接在冷卻裝置電源和冷卻器風扇電動機和潛油泵電動機之間。當電動機發(fā)生過載、短路和缺相故障時，與之連接的電機愛護器的協(xié)助觸點閉合；1ZK為自動空氣開關，風扇電動機愛護器1FS1、1FS2、1FS3和潛油泵電動機愛護器1FS4的協(xié)助觸點并聯后連接到空氣開關1ZK的勵磁線圈，當任一電機出現故障時與之相連的電機愛護器的輸出觸點閉合，將使空氣開關1ZK的線圈勵磁，使空氣開關動作。1BC為限制風冷卻器投/切的接觸器，它的勵磁線圈連接可編程序限制器的輸出，可以接受可編程序限制器的限制指令，限制冷卻器投切。轉換開關用于選擇是“手動”、“自動”投入冷卻器或處于“停止”狀態(tài)。端子連接以第一組端子為例，處于“自動”狀態(tài)端子1、2接通，處于“手動”操作狀態(tài)端子3、4接通。端子25、26、27、28連接在限制電源投切線路中。其余左側端子分別連接溝通和直流電源如圖所示；右側端子2、6、10連接PLC限制接觸器輸出電源側，端子3、7、11連接手動限制冷卻器按鈕；30連接PLC的“自動”輸入，31連接PLC的“手動”輸入；剩余的右側端子連接PLC的故障輸出電源側。可編程序限制器的輸入輸出連接變壓器冷卻限制裝置的核心PLC由一個CPU模塊CPU224（14數字輸入/10繼電輸出），三個輸入輸出擴展模塊，EM221（16路數字輸入），EM222（8繼電器輸出），EM223（8數字輸入/8繼電器輸出）組成，PLC從輸入端子采集信號，從輸出端子輸出限制信號，模塊的輸入輸出連接如下。CPU224的輸入輸出連接可編程序限制器的CPU模塊CPU224是整個裝置的核心，全部的程序和數據都在CPU模塊存儲，限制功能和限制決策由CPU模塊運行做出，CPU224有14個24V數字直流輸入和10個繼電器輸出，CPU224輸入輸出連接如圖3.4所示：220V溝通電源通過電源輸入（L1，N）送入該模塊，模塊還可以向外供應24V直流電源，從電源輸出（L＋，M）引出。輸入I0.0和I0.1連接轉換開關，分別表示“自動”、“手動”操作，轉換開關在“手動”位置時I0.0將有效，轉換開關在“手動”位置時I0.1將有效。輸入I0.2～I0.6分別連接電源“主”、“輔”選擇開關、中間繼電器1ZJ和2ZJ的常開觸點、斷路器1JC和2JC的協(xié)助觸點。開關1KG閉合，表示選擇1電源作為“主”電源；中間繼電器1ZJ、2ZJ閉合時，I0.3、I0.4將分別有效，表示1路、2路電源處于正常狀態(tài)；1JC、2JC接通，其協(xié)助觸點閉合，分別表示1路、2路電源投入。圖3.4CPU224輸入輸出連接變壓器三側開關DL1、DL2、DL3的協(xié)助觸點串聯作為I0.7輸入。變壓器三側開關全部打開，協(xié)助觸點DL1、DL2、DL3全部閉合，該輸入為有信號狀態(tài)，表示三側開關全部打開。輸入I1.0、I1.1、I1.2分別連接3個溫度繼電器1WJ、2WJ、3WJ的常開觸點，指示變壓器的頂層油溫，其中溫度繼電器1WJ整定為切除冷卻器溫度閾值，溫度繼電器2WJ整定為投入冷卻器溫度閾值，溫度繼電器3WJ整定為“告警”溫度。輸入I1.3連接中間繼電器3ZJ的一個觸點，中間繼電器3ZJ的勵磁線圈連接凝露監(jiān)控器的凝露負載，當凝露溫度監(jiān)控器推斷發(fā)生凝露時，線圈勵磁，將凝露信號通過該輸入端送到PLC。1L、2L、3L分別連接到轉換開關的1X31、2X31和3X31，處于“自動”操作模式時分別為輸出Q0.0～Q0.3、Q0.4～Q0.6、Q0.7～Q1.1供應電源。Q0.0～Q0.7這8路輸出分別連接限制8路限制冷卻器投切接觸器的勵磁線圈的一端，勵磁線圈的另一端連接到中線。接觸器勵磁線圈的電源端通過開關還連接轉換開關的1X41、2X41和3X41，處于“手動”操作模式下，為勵磁線圈供應電源，可以通過按鈕開關手動的投切冷卻器。Q0.0～Q0.7還連接信號指示燈，當輸出有信號時，將接觸器線圈勵磁，接觸器動作其常開觸點閉合，將一組風冷卻器投入運行同時點亮風冷卻器投入指示燈。EM223的輸入輸出連接擴展模塊EM223的主要作用是擴展CPU模塊的輸入輸出，它有8個24V直流數字輸入，8個繼電器輸出，輸入輸出連接如圖3.5所示：圖3.5EM223輸入輸出連接模塊的1M和2M端接地，L＋連接CPU224模塊的24V直流電源輸出，一方面為輸入I2.0～I2.7供應電源，另一方面為繼電器輸出Q2.0～Q2.7的繼電器線圈供電。1L和2L分別連接轉換開關的4X31和5X31在“手動”和“自動”工作模式下分別為輸出Q2.0～Q2.3和Q2.4～Q2.7的輸出負載供應電源。冷卻限制裝置能限制8組冷卻器，8組冷卻器的油流繼電器1LJ～8LJ的常開觸點連接24V直流電源和EM223的輸入I2.0～I2.7。一組冷卻器投入運行，這組冷卻器中變壓器油流速正常，油流繼電器常開觸點閉合，對應的輸入變?yōu)橛行盘枲顟B(tài)，變壓器油流不正常，對應的輸入變?yōu)闊o信號狀態(tài)。輸出Q2.0～Q2.7連接冷卻器故障信號指示燈，指示燈的另一端連接中線。變壓器冷卻限制裝置具有故障定位功能，假如一組冷卻器的電動機故障、油流或接觸器出現故障，對應的信號燈被點亮。同時該組信號燈與EM222的輸出協(xié)作可以確定是哪一組冷卻器出現何種故障。EM221和EM222的輸入輸出連接擴展模塊EM221和EM222的作用是擴展CPU模塊的輸入輸出，EM221有16個24V直流數字輸入，EM222有8個繼電器輸出，輸入輸出連接如圖3.6所示：圖3.6EM221和EM222輸入輸出連接模塊EM221的1M～4M端和EM222的M端接地，EM222的L＋連接24V直流電源，為繼電器輸出的繼電器線圈供電，由于受CPU24V直流電源供電容量的限制，須要額外供應24V直流電源，可以通過加裝24V開關電源解決。EM222的1L端連接6X31，在“手動”和“自動”工作模式下分別為輸出Q3.0～Q3.3的輸出負載供應電源。2L連接7X31，7X31和輸出Q3.4、Q3.5、Q3.6連入電源限制電路。輸入I3.0～I3.7分別連接8組自動空氣開關1ZK～8ZK常開協(xié)助觸點的一端，空氣開關協(xié)助觸點的另一端連接24V直流電源。自動空氣開關與電動機愛護器協(xié)作實現對風扇和潛油泵電動機的愛護，正常狀況下自動空氣開關的協(xié)助觸點打開，當冷卻器電動機出現故障時，協(xié)助觸點閉合，將各組冷卻器的電動機故障信號送入可編程序限制器。輸入I4.0～I4.7分別連接限制冷卻器投切的8個溝通接觸器1BC～8BC的常開協(xié)助觸點，溝通接觸器協(xié)助觸點的另一端連接24V直流電源。當一只溝通接觸器閉合，接觸器限制的冷卻器投入工作，協(xié)助觸點閉合，信號送入可編程序限制器，表示對應冷卻器投入工作。

第4章變壓器冷卻自動限制的軟件設計4.1軟件總體設計可編程序限制器程序流程圖如圖4.1所示：圖4.1可編程序限制器流程程序流程介紹如下，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限制器通訊設置；清零程序中用到的計數器、定時器、故障標記位、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協(xié)助標記位等。電源處理，依據“主”“輔”電源選擇標記輸入，電源狀態(tài)和電源投入狀態(tài)輸入進行綜合推斷，置位相應的輸出位，為冷卻裝置選擇一路電源為裝置供電，假如沒有電源投入，則跳轉到停止處理。有電源投入，接下來進行三側開關處理。PLC推斷三側開關狀態(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”標記位，延時的目的是讓變壓器停止工作后使冷卻器接著工作一段時間，使變壓器充分冷卻；“允許投切”標記位無效時跳轉到停止處理；三側開關輸入信號無效，表示變壓器工作，置位“允許投切”標記位假如允許投切，接下來進行“手動”、“自動”或“停止”操作推斷，假如處于“停止”狀態(tài)，跳轉到停止處理；假如處于“手動”，跳轉到計時超時處理；假如處于“自動”狀態(tài)，則進行“首次投入”推斷，這里的“首次投入”是說冷卻器由“手動”或“停止”轉換到“自動”；假如是首次投入則須要進行初始化投切處理，以肯定的時間間隔，依次投入5組冷卻器；否則干脆進行投入計時處理。投入計時處理，切除計時處理。PLC程序采納定時器結合計數器計時的方式，冷卻器投入時就對投入冷卻器起先計時；冷卻器切除時，須要將此次運行的的持續(xù)時間累加到累積運行時間存儲區(qū)。投切推斷。PLC按有差值裕度的投、切溫度閥值的限制策略進行投切推斷；冷卻器持續(xù)運行時間計時到設定值，須要進行一次切操作，將計時時間達到的冷卻器切除；凝露溫度監(jiān)控器凝露負載接通并且持續(xù)超過設定時間，此時將進行投操作，并且禁止切操作，將無故障冷卻器全部投入運行。投處理，切處理。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，避開重復投切，延時投切同時還避開了大沖擊電流的產生。停止處理。將投冷卻器輸出位復位，同時復位允許投切標記位和計數器（協(xié)助計時）。手動時計時超時處理，在手動模式下不能自動投切冷卻器，又由于受到計數器計數個數的限制，所以當持續(xù)運行時間計數器超設定值時將持續(xù)運行時間計數器計數值累加到累積運行時間存儲區(qū)，持續(xù)運行時間計數器清零重新起先計時。故障推斷。PLC可依據輸入的油流繼電器、空氣開關和接觸器狀態(tài)，結合投切決策進行故障定位和推斷，并將推斷的結果分別置位可編程序限制器發(fā)送緩沖區(qū)相應的存儲位。冷卻器全停處理。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。通訊處理，PLC定期的將與冷卻器有關的變壓器運行信息、電源狀態(tài)信息、冷卻器工作狀態(tài)信息、故障信息通過串口發(fā)送到上位計算機，上位計算機取得這些信息，監(jiān)視冷卻器運行。4.1.1投入計時處理、超時和切除計時處理可編程序限制器采納定時器和計數器協(xié)作計時，定時器計時5分鐘＝3000×100ms，計數器對定時器計數，計數15天＝360小時＝4320個5分鐘。計時程序梯形圖如圖4.2所示：圖4.2投入計時梯形圖I0.4有信號表示一組冷卻器投入，T37起先計時（5分鐘），計時時間到T37輸出保持有效，T40起先計時，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。每5分鐘計數器計數一次，M0.3恒為無效。PLC程序將冷卻器的累積運行時間保存在數據存儲，C1計數到4320時（15天）C1變?yōu)橛行?，在“自動”時由投切推斷做出切冷卻器的決策，在手動狀態(tài)時須要將計數器的當前值累加到累積運行時間存儲區(qū)，將計數器復位重新起先計數。無論在“手動”還是在“自動”模式下，只要冷卻器被切除，就將計數器的當前值累加到累積運行時間存儲區(qū)，并清空計數器重新起先計數。4.1.2投切推斷和投切處理投切推斷依據運行條件做出是否進行投切冷卻器操作的決策，然后由投切處理部分進行投切處理操作。進行投切推斷的依據是變壓器溫度結合有差值裕度的投切溫度閥值的限制策略，冷卻器持續(xù)運行時間計時、冷卻器累積運行時間計時和凝露監(jiān)控器發(fā)出的凝露信號。當變壓器油溫低于設定的切溫度閥值時，進行切冷卻器處理；溫度介于投溫度閥值和切溫度閥值之間時不進行投切操作；當溫度高于投溫度閥值時進行投冷卻器處理；當有冷卻器的持續(xù)運行時間超過設定值時，就須要進行切冷卻器處理，由切處理部分將持續(xù)運行時間到時的冷卻器切除；當凝露信號有效并維持時間超過設定值時，將始終進行投處理，將全部的冷卻器全部投入運行，此時禁止進行切處理操作直至全投冷卻器計時到時。冷卻器持續(xù)運行時間到時執(zhí)行切除冷卻器和凝露全投冷卻器且投入計時到時后再由按溫度投、切的限制策略依據變壓器油溫進行投切推斷。投處理操作是從未投入運行的冷卻器中選取累積運行時間最短的冷卻器投入運行。選取累積運行時間最短冷卻器的方法是：將一未投入冷卻器的組號和累積時間存入一個比較存儲區(qū)，然后將當前存儲區(qū)內累積時間與下一個存儲區(qū)內冷卻器的累積運行時間比較，如比較存儲區(qū)內時間較大，將當前存儲區(qū)的冷卻器累積時間和組號存入比較存儲區(qū)，進行下一此比較。最終依據比較存儲區(qū)內的冷卻器組號將該組號的限制接觸器輸出位置位。切處理操作與投處理操作類似，只是選取的是持續(xù)運行時間最長的冷卻器（計數器C1的值）。在進行完投切操作后都須要復位一個投切等待標記位，這個標記位在投切完成后復位4秒鐘，短暫不允許投切，目的是使油溫改變并維持穩(wěn)定再進按溫度投切，防止投入或切除過多的冷卻器。4.2監(jiān)視軟件總體設計上位計算機監(jiān)視軟件設計流程圖如圖4.3所示：首先進行串口參數的設置，包括串口號、波特率、奇偶校驗位、通訊位數和停止位數，然后打開串口；串口參數的設置和打開串口都有特地的函數。假如串口打開不勝利，須要重新進行參數設置。串口打開勝利后可以在監(jiān)視軟件的狀態(tài)欄顯示串口的各種信息。串口打開勝利后，就要創(chuàng)建新的線程，新創(chuàng)建的線程的作用是等待串口事務發(fā)生。之所以創(chuàng)建新的線程，是因為新創(chuàng)建的線程和主線程并列運行，可提高程序運行的效率。假如串口中始終沒有數據，則接著等待。假如串口中有數據，則用讀串口函數將數據讀入數據存儲區(qū)，然后對讀入數據進行解析。因為讀串口函數不能一次將串口中的數據全部讀出，所以在PLC發(fā)送時就對數據進行了標示，上位監(jiān)視程序須要對讀入的數據進行解析才能確定發(fā)送過來的數據的詳細含義。接下來程序依據解析得到的數據刷新監(jiān)視軟件可視區(qū)域。然后程序又接著等待串口數據。圖4.3上位計算機監(jiān)視軟件流程4.3串口設置和打開在對變壓器冷卻及限制裝置進行監(jiān)視前必需進行正確的串口的參數設置和打開串口，并且串口參數的設置要和可編程序限制器參數的設置相匹配。監(jiān)視軟件通過對話框對串口參數，包括串口號、波特率、奇偶校驗位、通訊位數和停止位數進行設置，如圖4.4所示：圖4.4串口參數設置對話框串口設置完成后通過監(jiān)視程序的菜單調用串口打開函數將串口設置對話框中選擇的串口打開，并調用串口設置函數設置串口參數。假如所選串口已經打開或串口不存在，軟件會通過對話框提示，須要重新設置串口參數。串口設置勝利后，在監(jiān)視軟件的狀態(tài)欄可以顯示串口的各種參數；假如串口未打開或者打開失敗，在狀態(tài)欄也會有顯示。假如短暫須要關閉串口，可以通過監(jiān)視軟件的菜單，調用串口關閉函數將串口關閉。4.4線程的建立及串口數據的讀取、解析和顯示監(jiān)視軟件創(chuàng)建一個新的事務線程，它負