智能監控技術在220kV 變壓器冷卻系統中的應用分析

黃昌威

（廣東電網公司佛山供電局,廣東佛山,528000）

目前在國內針對220KV 及其以上的變電站電壓器通常采用的是一種強迫油循環風冷冷卻方式，該冷卻系統通常是由數組控制裝置和冷卻器共同組成，每組當中包含著1 太油泵、1 組散熱片和2 臺風扇，其具體的工作原理是當變壓器在被投入進行使用的時候，其冷卻器也同時被投入使用。變壓器的負荷電流和其中的油溫大小的不同，其投入運行的冷卻器也不相同。因此，對該裝置進行研究，對保障我國電力系統的智能化具有重要的推動作用。

1 傳統變壓器冷卻系統缺陷

傳統冷卻系統控制裝置則主要是由接觸器、時間繼電器、中間繼電器等組成，其對油溫和變壓器負荷電流的設置通常都是通過硬件直接來進行，而不能進行在線的設定與修改，同時也不能將采集到的相關數據傳送給數據中心。從元器件構造方面，傳統變壓器冷卻系統接線復雜、元件多，從而使其發生故障的頻率較高。其中交流接觸器則長期帶點運行，因運行的環境比較差，從而導致其接點發生燒結及線圈燒毀的問題時常發生，同時因年久問題，也給維修工作帶來了很大的問題。而除上述的原因以外，因為其不具備及時通信的功能，一旦發生機械故障，則會延誤對裝置的修復，使得變壓器不能科學投入運行，并在一定的程度縮短變壓器的使用的壽命，給整個電網的運行帶來潛在的隱患。

2 新型變壓器冷卻系統智能監控裝置的結構框圖

根據變壓器冷卻系統的功能分析，將該智能冷卻監控系統功能分為電源電流采集、冷卻器投切保護、油溫溫度監控、就地控制與顯示、遠程通信、上位計算等模塊構成，其具體的整體框架如圖1 所示。

圖1 系統整體框架設計

其中，電源監視控制則主要是由小型的電壓繼電器對兩路獨立的電源狀態進行監視，從而判斷整個電路是否存在缺相，并由兩個不同的斷路器控制電源進行投切。在探測到兩路電源中存在故障之后，其將故障信號和斷路器輔助接點上所反映出來的工作狀態信號傳送給可編程序的控制器，在經過可編程序控制器的綜合判斷之后，對系統做出投切的控制命令，并最終由斷路器進行執行。

冷卻器保護系統則采用交流接觸器來對冷卻器進行投切，自動的空氣開關與電動機保護器相互之間進行配合進行使用，實現對其中的潛油泵電動機和風扇短路、缺相和過載等進行保護。可編程控制器則主要對變壓器的溫度、狀態和油流繼電器、空氣開關和交流接觸器的狀態信號進行采集，并通過對新阿紅的綜合判斷，有交流接觸器來實現對保護動作的投切。

溫度監控則主要是由溫度傳感器構成。通過對周圍環境溫度的實時監控，在溫度達到一定設定的標準的之后，傳感器會將相應的信號直接傳輸給可編程控制器，通過該控制器的動作對變壓器風冷卻器進行投運。而當空氣中溫度在達到設定的值后，控制裝置會啟動冷卻控制的裝置，對箱體內進行加熱，從而使得整個形體中保持干燥的環境。在溫度達到設定值后會自動啟動裝置內風扇，給控制裝置進行散熱。

控制功能主要是分為手動/自動與遠程/就地模式。其中手動則通過人工對其中的投切冷卻器進行控制；手動會故障信號進行復位。自動則是通過PLC 技術，結合不同的控制策略所自動控制的方法；遠程/就地則是不同控制地點的切換。同時顯示器則對發生的各種故障進行顯示，包括溫度、過流等。

遠程通信則主要通過PLC 上RS485 口實現與遠方計算機的通信，并定期將冷卻器、變壓器和冷卻控制裝置的相關運行信息、故障信號等通過該串口直接上傳給計算機。同時其也可以接收來自計算機的相關信息。

在該設計當中，可編程控制是該裝置的核心，也是其中樞。通過該裝置內部對電源、電流等數據的采集，將其傳送帶該程序模塊進行綜合的評價，并通過控制功能實現對對不同故障信號的處理，以此達到對變壓器的全天候監控。

3 可編程控制器流程設計

結合系統的功能需求，其整體的流程設計如圖2 所示。

圖2 PLC 可編程控制器流程設計

其具體的流程則為首先對該PLC 硬件進行初始化操作，對其從停止到運行的整個完整的周期進行初始化的操作，在完成后即可對其進行通訊設置；同時在對程序進行初始化的過程中會用到包括計數器、故障標志位、持續運行時間、累積運行時間存儲區、定時器等。

在對電源進行處理之后，根據“主”“輔”電源選擇標志的輸入，并根據電源的狀態和其投入的狀態進行綜合的判定，從而置位其相應的輸出為，以此為冷卻裝置提供電源，而如果沒有電源的投入，則自動跳轉為停止處理；如果有，則進行三側開關的處理。核心控制器對三側開關的狀態輸入進行檢測，三側開關由無效變成為有效的時候，程序則會自動延時，并在去復位后顯示“允許投切”，而延時的最重要的目的則是讓變壓器停止工作，使得冷卻器工作一段時間，從而充分使得變壓器能夠冷卻，“允許投切”再由無效變為提高至處理；而其中的三側開關的輸入信號為無效，則表示變壓器在正常工作，并置位“允許投切”的標志位。

如果其投切成功，接下來則對其控制進行判斷，如處于停止，則跳轉到停止的處理狀態；如為手動，則條狀到超時處理；如為自動則運行到“首次投入”，而在該狀態是指冷卻器的工作由手動或者是停止切換為自動；同時，如果為首次投入，則需要對其進行初始化的投切處理，在一定的時間間隔之后，以此則投入5 組不同的冷卻器；否則則直接進行投入計時的處理。

在投入到計時處理之后，包括投入或者是切斷兩部分的判斷。當PLC 在采用定時器結合計數器的時候，其冷卻器在開始投入的時候則開始計時，而在冷卻器進行切除的時候，則需要對本次運行的時間進行累加，并將其存儲到時間存儲區。而對投、切的判斷，則主要是依靠PLC 的溫度設置的值來進行投切的判斷：當在運行的時候達到設定的值的時候，則需要進行一次切處理，并將計時的時間達到的冷卻器進行切除；溫度傳感器在接通并持續超過系統自身所設定的時間之后，則進行投操作，并將無故障的冷卻器全部投入到其使用中。

針對投處理則主要是在其停止運行的冷卻器當中去選取累計時間運行最短的，而切處理則是對其運行持續時間最長的冷卻器進行復位，并進行投冷卻器輸出。同時在該過程中，還必須確保其油溫的穩定，從而避免出現反復的投切。

當通過上述的數據在采集后，通過PLC 的綜合評判，并結合油溫、電流等數據，將其評判的結果傳送到相應的數據存儲位當中。在經過判斷后，冷卻器則全部停止運行，并通過通信將相關的信息傳送給主機，并通過手動或者是自動進行處理。

總之，智能化監控處理將隨著電力的發展在不斷的推廣，從而使得在偏遠山區的變電站能夠通過無人的方式，實現對變電站變壓器的智能監控和故障處理，以此更好地促進對電力系統的管理和發展。

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