智能變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的應(yīng)用

程曉東，顧黎明， 周 晨

（1．浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014；2．臺(tái)州電業(yè)局，浙江 臺(tái)州 317000）

智能變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的應(yīng)用

程曉東1，顧黎明2， 周 晨2

（1．浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014；2．臺(tái)州電業(yè)局，浙江 臺(tái)州 317000）

針對(duì)變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的不足，介紹了基于PLC的新型智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理及優(yōu)點(diǎn)，總結(jié)了實(shí)際應(yīng)用中存在的不足及需完善之處，以供變電站自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)參考。

變壓器；冷卻器；智能控制系統(tǒng)；PLC

冷卻器系統(tǒng)是變壓器非常重要的輔助設(shè)備，其能否可靠投入運(yùn)行以及不同的冷卻器運(yùn)行方式直接關(guān)系到變壓器的實(shí)際帶負(fù)荷能力。長(zhǎng)期以來，變壓器冷卻器系統(tǒng)都是由接觸器、中間繼電器、時(shí)間繼電器、負(fù)荷電流繼電器和溫度繼電器等實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著智能電網(wǎng)概念的提出以及無人值班或少人值班的變電站運(yùn)行模式的不斷推廣，傳統(tǒng)的變壓器冷卻器系統(tǒng)控制方式已不能適應(yīng)新的需求。近年來不少?gòu)S家已開發(fā)出基于可編程邏輯控制器（PLC）的智能型變壓器冷卻器控制系統(tǒng)。以下介紹基于PLC的變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

1 變壓器冷卻器系統(tǒng)

變壓器冷卻器系統(tǒng)主要由多組變壓器油循環(huán)油泵和空氣循環(huán)風(fēng)機(jī)組成，以1臺(tái)型號(hào)為ODFPS-334000/500的單相變壓器為例，共配置了3組油泵和12組風(fēng)機(jī)。變壓器投入運(yùn)行后，油泵和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行控制主要依據(jù)變壓器油溫、變壓器負(fù)荷電流等啟動(dòng)條件，同時(shí)還考慮電源側(cè)斷路器的實(shí)際位置等閉鎖條件。

當(dāng)變壓器油溫或負(fù)荷電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，變壓器冷卻器系統(tǒng)逐級(jí)投入風(fēng)機(jī)，使充滿變壓器油的散熱器通過強(qiáng)迫空氣循環(huán)散熱，或逐級(jí)投入油泵使變壓器油強(qiáng)迫循環(huán)，達(dá)到變壓器散熱的效果。此外，還需考慮油泵和風(fēng)機(jī)雙路交流電源供電切換、交流供電電源故障檢測(cè)、控制系統(tǒng)故障等。對(duì)于分相變壓器，還需考慮三相間協(xié)調(diào)控制。當(dāng)冷卻器系統(tǒng)故障時(shí)，為避免因無法散熱而損壞變壓器，要求及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，便于運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行方式；或發(fā)出跳閘信號(hào)，使變壓器自動(dòng)切除負(fù)荷電流。

2 傳統(tǒng)冷卻器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)

傳統(tǒng)冷卻器控制系統(tǒng)主要存在以下缺點(diǎn)：

（1）控制回路由繼電器、接觸器等獨(dú)立元件構(gòu)成，控制回路復(fù)雜，集成度不高。

（2）控制回路的溫度傳感器、負(fù)荷電流傳感器和時(shí)間繼電器等精度較低，控制精確度差。

（3）控制回路復(fù)雜，而繼電器、接觸器等元件的接點(diǎn)數(shù)量有限，不能完全實(shí)現(xiàn)相互監(jiān)視，控制邏輯不嚴(yán)密。

（4）不具備智能接口，很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)視功能。

另外，傳統(tǒng)冷卻器控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后缺陷多、運(yùn)行不可靠，甚至出現(xiàn)因冷卻器故障導(dǎo)致主變負(fù)荷失去的事故。

3 智能冷卻器控制系統(tǒng)

3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能冷卻器控制系統(tǒng)以PLC為核心，為保障冷卻器系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，可采用兩套PLC并行控制的雙重化設(shè)計(jì)方案，如圖1所示，通過I/O模塊和模擬量采集模塊同時(shí)采集油溫度計(jì)輔助接點(diǎn)、斷路器輔助接點(diǎn)，工作電源、油泵運(yùn)行、風(fēng)機(jī)運(yùn)行監(jiān)視信號(hào)和高壓側(cè)負(fù)荷電流等。系統(tǒng)所采集的運(yùn)行信息經(jīng)過PLC程序邏輯運(yùn)算后，并行輸出工作電源切換、油泵投入、風(fēng)機(jī)投入等冷卻器系統(tǒng)控制信號(hào)，以及冷卻器全停跳閘、遠(yuǎn)動(dòng)告警等輔助控制信號(hào)。同時(shí)，還可以充分利用PLC的通信功能配置顯示和操作終端，通過PLC的RS-485接口，采用PC/PPI等協(xié)議與兩套PLC通信，顯示告警信息、運(yùn)行信息、控制參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互功能。

3.2 自動(dòng)控制邏輯設(shè)計(jì)

圖1 PLC冷卻器控制系統(tǒng)原理

冷卻器控制系統(tǒng)自動(dòng)控制主要包括冷卻器控制邏輯和輔助功能邏輯。其中，冷卻器控制邏輯主要控制風(fēng)機(jī)、油泵的投入和退出，控制邏輯設(shè)計(jì)原理見圖2。冷卻器控制設(shè)計(jì)時(shí)需考慮自動(dòng)控制模式和手動(dòng)控制模式。手動(dòng)控制模式主要用于風(fēng)機(jī)、油泵試驗(yàn)時(shí)的投入和退出，或自動(dòng)控制故障時(shí)使用，手動(dòng)控制模式一般設(shè)計(jì)成多臺(tái)冷卻器間完全獨(dú)立控制，不互為備用。自動(dòng)控制模式主要用于變壓器正常帶負(fù)荷后自動(dòng)控制投入和退出冷卻器，多臺(tái)冷卻器間可以實(shí)現(xiàn)互為備用的運(yùn)行模式。假如變壓器配置3臺(tái)油泵，可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短或投入次數(shù)等設(shè)置2臺(tái)油泵運(yùn)行、1臺(tái)油泵備用，多臺(tái)風(fēng)機(jī)既可以實(shí)現(xiàn)分組運(yùn)行和備用控制，也可以不分組控制。

圖2 冷卻器控制邏輯設(shè)計(jì)原理

風(fēng)機(jī)投入主要考慮主變負(fù)荷超過低限值或油溫超過高值等控制條件，退出則要求主變負(fù)荷低于低限值且油溫低于低限值。為了防止負(fù)荷電流在低限值附近來回波動(dòng)時(shí)造成風(fēng)機(jī)頻繁投入和退出，負(fù)荷電流信號(hào)返回后增加延時(shí)返回控制邏輯設(shè)計(jì)。油泵投入的主要條件是負(fù)荷電流超高限值或油溫超高高值，而退出條件主要是負(fù)荷電流低于高限值且油溫低于高值。同時(shí)，風(fēng)機(jī)和油泵投入還必需滿足主變電源側(cè)斷路器在合閘狀態(tài)，防止冷卻器誤投入。

輔助控制邏輯功能主要包括冷卻器全停告警、冷卻器全停延時(shí)告警、冷卻器全停延時(shí)跳閘以及主備工作電源切換等。其中，冷卻器全停邏輯功能設(shè)計(jì)原理見圖3，主要包括冷卻器全停告警、冷卻器全停延時(shí)告警和冷卻器全停延時(shí)跳閘等。當(dāng)主變負(fù)荷較低時(shí)發(fā)生冷卻器系統(tǒng)2路工作電源全失去，或風(fēng)機(jī)和油泵全停，一般要求能瞬時(shí)告警，作為一般故障，提醒運(yùn)行人員及時(shí)檢查工作電源情況和控制主變負(fù)荷，防止主變過熱損壞。如主變負(fù)荷較高時(shí)發(fā)生冷卻器全停，經(jīng)一定時(shí)間延時(shí)將觸發(fā)嚴(yán)重告警信號(hào)，提醒運(yùn)行人員采取措施調(diào)整潮流、降低主變負(fù)荷，否則可能導(dǎo)致主變油溫快速上升。當(dāng)主變油溫達(dá)到100℃時(shí)，立即啟動(dòng)非電量保護(hù)跳閘回路切除主變負(fù)荷，防止主變過熱引起絕緣老化擊穿等設(shè)備故障。

3.3 智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

變壓器冷卻器系統(tǒng)智能控制采用PLC邏輯控制技術(shù)，替代繼電器接點(diǎn)構(gòu)成的邏輯控制回路，與傳統(tǒng)的冷卻器控制相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)了雙重化的冗余控制，并具備友好的人機(jī)接口界面和數(shù)據(jù)通信接口功能。

（2）采用可編程控制方式，既簡(jiǎn)化控制回路二次接線，又實(shí)現(xiàn)了更加靈活的控制方式和控制策略，且便于控制功能擴(kuò)展。

（3）實(shí)現(xiàn)了冷卻器工作電源的定時(shí)、定期輪換投切，還可以實(shí)現(xiàn)主備冷卻器方便靈活地輪換投入，減少操作和維護(hù)工作量。

（4）可以設(shè)置靈活的冷卻器系統(tǒng)復(fù)歸方式，如冷卻器故障恢復(fù)后自動(dòng)復(fù)歸或手動(dòng)確認(rèn)復(fù)歸，電源故障恢復(fù)后自動(dòng)復(fù)歸或手動(dòng)確認(rèn)復(fù)歸等。

（5）可以設(shè)置靈活的冷卻器全停非電量保護(hù)跳閘方式，如脈寬跳閘方式或自保持跳閘方式。

圖3 冷卻器全停邏輯設(shè)計(jì)原理

4 智能冷卻器控制系統(tǒng)工程應(yīng)用

隨著變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用的不斷深入，智能冷卻器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不斷完善，從2007年開始逐步被采用，并替代了傳統(tǒng)的冷卻器控制系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于220 kV及以上變壓器。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，采用PLC智能控制系統(tǒng)后可以方便地實(shí)現(xiàn)不同廠家的變壓器控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，便于維護(hù)和管理，但也出現(xiàn)了一些新的問題：

（1）PLC控制系統(tǒng)普遍采用直流24 V弱電控制方式，容易受強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境干擾，且24 V電源需通過AC/DC變換器或DC/DC變換器獲得，一定程度上降低了系統(tǒng)的可靠性。

（2）電源投退采用可控制的電子式開關(guān)，在短路故障時(shí)容易造成開關(guān)損壞。

（3）可編程控制邏輯、參數(shù)設(shè)置和限值整定比較靈活，容易導(dǎo)致誤設(shè)置和誤整定，增加了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試難度。

（4）智能通信接口和通信規(guī)約還不完善，不能完全適應(yīng)數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)的功能需求。

5 結(jié)語(yǔ)

智能型變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的應(yīng)用更好地適應(yīng)了變電站綜合自動(dòng)化控制要求，滿足了變電站無人值班的需求，提高了變壓器運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。但是，為了適應(yīng)電網(wǎng)智能化建設(shè)，還需進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)，充分利用智能控制系統(tǒng)資源，集成主變負(fù)荷、主變油溫等在線監(jiān)測(cè)功能，開發(fā)設(shè)計(jì)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)通信，直接接入數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)互操作。

[1]黃獻(xiàn)生，吳啟良.可編程控制器在變壓器冷卻器控制中應(yīng)用的探討[J].廣西電力，2002，25（3）:67-69.

[2]顏世鋼，魏殿杰.一種新型強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器冷卻自控裝置的研制[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2002，22（8）:57-59.

[3]李曉慧.可編程控制器及變頻技術(shù)在變壓器風(fēng)冷卻器系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].廣東電力，2006，19（11）:59-61.

[4]鄧麗娟.強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器冷卻器控制系統(tǒng)改造[J].安徽電力，2007，24（1）:21-23.

[5]莊洪波,王立新.對(duì)于變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的幾點(diǎn)思考[J].湖南電力，2006，26（2）:49-51.

（本文編輯：李文娟）

Application of Intelligent Control System for Transformer Coolers

CHENG Xiao-dong，GU Li-ming，ZHOU Chen
（1.Zhejiang Electric Power Testand Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Taizhou Electric Power Bureau，Taizhou Zhejiang 317000，China）

In view of the shortcomings of control system for transformer coolers,this paper describes the structure,basic principles of design and advantages for the new intelligent control system based on PLC（Programmable Logic Controller），sums up the disadvantages in practical application and the functions requiring improvementto offer a reference for construction ofautomation system ofsubstations.

transformer；cooler；intelligent control system；PLC

TM401.+2

：B

：1007-1881（2010）08-0009-03

2009-07-03

程曉東（1976－），男，浙江龍游人，高級(jí)工程師，從事繼電保護(hù)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試和技術(shù)服務(wù)等工作。