水電廠變壓器冷卻器控制系統技術改造研究

摘 要：文章針對北方電廠變壓器的冷卻器控制系統經過多年的運行，逐漸暴露出的冷卻器運行方式單一，設備老化，監控系統監控不到變壓器狀態信息；冷卻器的投退沒有通過變壓器的油溫來控制，控制系統的回路復雜及故障頻發等缺陷。通過變壓器控制系統改造，能有效的解決上述問題，運行方式靈活可靠。

關鍵詞：變壓器；控制系統；PLC；溫度控制

電廠采用廠用變壓器的型號為SFZ8-CY-20000/220，額定容量20000kVA，變壓器共裝有4臺軸流風冷冷卻裝置，裝有一個總控制箱，每組冷卻器裝一個分控制箱，用來控制油泵和風扇的自動投入或切除；同時，若一組冷卻器故障，其他冷卻器正常運行。經過長期運行發現，該變壓器控制系統及回路復雜及故障頻發，維護困難。另外，控制系統采用的PLC作為控制系統的核心，經過十五年的運行并已老化，出現了變壓器信息不能上傳；故障不能及時發現的問題。

1 問題的現狀及技術改造方案

電廠變壓器控制系統的主要任務是通過變壓器的油溫的變化來控制冷卻器的投退并將變壓器的電氣狀態的變化量通過以太網與監控系統連接并將信息量上傳，還可以根據環境的要求適時改變運行方式。而現在的變壓器控制系統經過十多年的運行，逐漸出現了下列問題。

1.1 問題現狀

1.1.1 冷卻器的投退由溫度表的輔助接點控制，易出現故障。

1.1.2 控制系統各設備老化，故障頻發。變壓器運行的各種狀態信息（包括油溫、油位、冷卻器投退、故障信息等）上傳問題因PLC長時間的運行老化而出現無法與監控系統聯網。

1.1.3 運行方式單一，使用不靈活。控制系統及回路復雜，給維護人員帶來很多麻煩。

1.2 改造方案

針對以上這些不足，為了保證變壓器控制系統穩定可靠的運行，必須對變壓器控制系統進行徹底的改造和完善。

1.2.1 增加溫度測量點，冗余配置，原機械式電接點溫度表保留作為備用，通過變壓器的溫度變化來智能控制冷卻器的投入和退出。

1.2.2 將原變壓器控制系統的PLC更換為新的更為可靠的PLC，與機組的PLC聯成以太網，使變壓器運行狀態的數據可靠上傳。

1.2.3 改變單一運行方式，增加一個外溫傳感器并接入PLC，自動冬季和夏季進行切換。

1.2.4 以上3點說明原控制回路已經不適合要求，需要對控制回路進行重新設計，并在PLC上增加上傳及控制點量。

以上技術措施改造完成后，在上位機增加變壓器狀態監控畫面，使運維人員對變壓器的監視很直觀可靠，及時發現缺陷，及時處理。

2 技術改造與實施

根據以上的方案，我們對變壓器冷卻系統各個關鍵部位進行技改。

2.1 電氣控制回路

在控制回路中，電源最為重要。現運行的控制系統由于以前在設計和控制策略方面不夠完善，容易出現故障，影響電源可靠運行。為了保證電氣控制回路的可靠，改造后的電源由I套和II套分別供電，由電源控制裝置來完成，可以實現兩套電源的相互閉鎖和自動切換功能，如果任何一套電源消失，自動切換到另一套供電，并通過PLC將信號通過以太網經上位機提醒運行人員注意或處理。現在的雙電源閉鎖裝置已非常成熟，并供選擇。我們采用機械聯鎖，輔以電氣閉鎖，機械與電氣雙重互鎖。在變壓器控制系統中，冷卻器有一個控制箱，內有熱繼電器和接觸器。在控制回路中由切換把手，熱繼電器及接觸器等組成，通過PLC可以分別控制各組潛油泵和風扇的啟停。

2.2 可編程控制器（PLC）

PLC是變壓器冷卻控制系統的核心，它決定控制系統的性能，所以選用的PLC同時還要與斷相保護器、交流接觸器、冷卻器及風扇共同組成變壓器的冷卻系統。它同時采集的信號有電源的狀態、用開關的狀態、冷卻器的油流和電動機狀態、溫度及各種選擇運行狀態綜合判斷產生智能控制決策和發出故障報警信號，并處理通訊將各種狀態信息和故障信息上傳到監控機，實現監控機對變壓器冷卻監視。在變壓器冷卻器控制系統中，PLC具有可靠性、實用性和維護及編程方便的特點，這樣可以給變壓器的安全運行帶來了更加可靠的保證。在PLC中，開入點量主要包括四臺冷卻器的手自動切換把手，冬、夏季轉換開關，油流故障信息和熱繼電器的動作情況，測溫表接點輸出、還有工作電源指示信息等；開出點量主要控制風扇運行、潛油泵工作、加熱器工作情況等，測溫模塊主要采集變壓器的實時油溫并通過模擬量模塊接入PLC。

2.3 控制柜現場參數顯示

為了便于巡檢人員現場檢查變壓器運行狀態，及時處理故障，在現場設置變壓器信息顯示裝置。變壓器冷卻器控制系統現場顯示主要包括：電源故障、PLC正常指示、冷卻器故障以及變壓器過流、超溫、風冷卻器全停等信息。故障等信息，投入狀態信息非常方便的識別，滿足工作人員巡檢的要求。

2.4 變壓器冷卻器的控制方法

冷卻器的控制方式有自動和手動兩種，其中自動控制的電氣回路又分為電氣回路控制和PLC回路控制，PLC控制使用編程通過溫度量變化來控制冷卻器的啟停。

2.4.1 手動控制

現場檢修或檢查潛油泵及風扇運行情況，往往需要現場手動運行。若切換到“手動控制”方式時，冷卻器的潛油泵及風扇直接啟動，控制不通過PLC。換到停止位置時，潛油泵及風扇停止工作。

2.4.2 自動控制

切換把手切到“自動位置”時，為正常運行方式。正常情況下啟動兩臺冷卻器，冬季兩臺冷卻器只啟動潛油泵，不啟動風扇，如果溫度達到第二溫控點時，啟動兩臺備用冷卻器，如果溫度回到第一溫控點時，停止后啟動的冷卻器。冷卻器分為兩組輪流啟動。同時運行的冷卻器有一臺發生故障時，另一組及時更換，這樣就能保障變壓器的正常運行。

2.4.3 變壓器溫度啟停控制

變壓器負荷變化或外溫變化引起變壓器油溫的變化，通過溫度傳感器采集送入到PLC，PLC根據預定的控制策略產生控制冷卻器投切決策輸出，最后通過接觸器實現對冷卻器投切，通過冷卻器的投切控制變壓器油溫的變化。

3 技術改造效果

經過電廠一年來的運行，改造后的變壓器冷卻器控制系統滿足了變壓器電源自動切換要求。可靠的實現電動機的過載、斷相保護及故障時可靠地停泵退出運行并報警。實時可靠地根據變壓器油溫的變化實現冷卻器及潛油泵自動啟停。冷卻系統運行狀態、各種故障信號可通過網絡傳送到監控系統，并通過簡報或語音的方式通知工作人員。該系統接線、編程簡單，使用方法及維護方便。增加變壓器的畫面功能，使變壓器的溫度，控制柜的溫度，環境溫度、及報警信息一目了然。

4 結束語

通過對變壓器冷卻器系統改造，滿足了運維人員遠方監控的要求，給電廠的安全運行提供了很好的保障，取得了很好的經濟效益。同時此電廠的變壓器控制系統的改造，給其它電廠提供了寶貴的值得借鑒的經驗。

參考文獻

[1]黎賢鈦.電力變壓器冷卻系統設計[M].浙江大學出版社.2009.

[2]朱莉.變壓器[M].化學工業出版社.2009.

[3]陳啟卷，南海鵬.水電廠自動運行[M].中國水利水電出版社.2009.

作者簡介：徐波（1973，9-），女，大學專科學歷，工作單位：黑龍江省電力有限公司牡丹江水力發電總廠，助理工程師職稱，主要從事電廠自動化信息管理工作。