基于PLC的有載調容調壓變壓器控制系統

作者/戴蕾、周國平，南京林業大學信息科學技術學院

基于PLC的有載調容調壓變壓器控制系統

作者/戴蕾、周國平，南京林業大學信息科學技術學院

在現代社會，電力成為人們生活生產的必需品，變壓器的出現使得電力傳送和節能得到一定改善，但也由此帶來了變壓器本身對電力系統造成浪費的問題。有載調容調壓變壓器的出現，有效地解決了變壓器因為容量過大造成的電能損耗，并且及時調整電壓使得電能質量得到保障。對長期節能計劃起到了至關重要的作用。本文對有載調容調壓變壓器進行拓展，加入控制系統，使得有載調容調壓變壓器更加智能化。

有載調容調壓；節能；智能

引言

傳統變壓器在工作時容量是一定的。如果變壓器的容量過大，那么勢必有相當一部分的容量剩余，造成資源的浪費；更加嚴重的是，剩余容量如果太大，那么變壓器的空載損耗將會變得非常大。如果變壓器的容量選的過小，一方面電力需求在快速增長，對變壓器的容量要求就會越來越高；另一方面負載占比增大之后，變壓器的負載損耗會隨之增大。所以如何靈活地選擇變壓器的容量就會顯得很關鍵。負載在變化的同時電壓也隨之波動，電壓的變化決定了電能質量的好壞。本文旨在傳統變壓器上加一個控制系統，由于PLC較于其他的控制手段更為靈活，便捷，操作也更為簡單，可以讓變壓器的控制更為安全，滿足控制需求，本次設計采用PLC作為CPU。

運用 PLC 自動控制技術實現變壓器的自動化，可以將計算機技術、傳感器、電力電子等各種手段結合起來并且該系統可以在比較極端的情況下控制，在各種環境中高效穩定運行，工作人員只需在控制室中實時地觀測即可，有效地減小了工作量。更重要的是可以降低人為操作時誤操作可能性，保證設備穩定安全的運行，也保證了工作人員的人身安全。

1. 總體設計

有載調壓調容控制系統的工作原理為：首先，上位機通過傳感器進行數據采集，采集到電壓、電流、功率等信息，然后將這些模擬量經過A/D轉換電路轉換為數字量，通過作為下位機的PLC進行約定通信規約，以約定的規約將這些信息傳遞到PLC中，經過PLC內部的處理器進行信息的整合與處理，發出指令，即開關量信號控制接觸器觸點動作，控制不同的線圈進行動作，從而達到調整變壓器分接頭位置以及變壓器的接線方式，實現變壓器的調壓和調容。可以通過RS232與上位機實現串口通訊，也可以通過WIFI模塊實現。

2. 硬件設計

本次設計的基于PLC的有載調容調壓變壓器控制系統本由200KVA/63KVA，10KV/400V的配電變壓器、有載分接開關、有載調容控制器、傳感器及其相關元器件等組成。在這個控制系統中主要有數據采集模塊、數據處理模塊、驅動模塊，完成數據傳輸、分析判斷、發送指令、顯示等功能。其中,數據采集模塊主要由上位機利用傳感器進行采集，并且進行模數轉換之后，傳遞到作為下位機的PLC之中，以此來實現數據的傳遞；在數據處理模塊，主要由PLC實現；驅動輸出主要包括接觸器輸出單元，數據顯示單元、以及無功補償模塊等。

2.1 電量采集與通訊模塊

變壓器電量采集部分是由各個硬件電路模塊共同構成的，為適應當前電網公司對電力營銷現代化信息管理的要求和發展，保證能夠及時、準確且可靠地采取電能信息，針對有載調壓調容變壓器的特點和電能信息采集與管理系統關于計量、采集和傳輸的要求，利用微處理器及應用技術、傳感器技術等，本次設計采用CS5464計量芯片實現了對電壓，電流，功率等參數的測量，可以通過串口與上位機進行通訊。這一部分電路以CS5464芯片作為主體結構，外圍配備電壓電流采集電路，整流濾波電路，串口通訊電路等，可以直接和不同量程的電壓電流傳感器配合，簡化接口設計，提高功率測量的精確和穩定。芯片采集有載調壓調容變壓器的所有電量，包括電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率、周期、相位等。并將采集出來的數據通過串口通訊至上位機進行變壓器的PLC控制。

2.2 無功補償模塊

有載調容調壓變壓器在進行調壓調容時，也將同時對其無功調容形成改變，所以在對有載調壓調容變壓器控制系統系統完成初步的設計后，需要對這個電力系統進行無功功率補償的分析、研究，進而能夠使電力系統的無功功率滿足電網運行要求的補償，以達到節約電能的目的。

在系統已經對電量進行采集等工作后，主要是利用控制器對采集的數據進行計算處理，得到哦實時的無功功率數據，設計出無功功率補償系統的硬件，以及它的軟件控制策略，驅動繼電器的線圈，最后控制接觸器的開關閉合來投切相應的補償電容器，制定出電容器的無功補償組合等，最后達到對電力系統的無功功率進行實時補償。

無功功率補償硬件系統圖如圖1所示。

圖1 無功補償裝置系統圖

2.3 Wi fi模塊

調壓調容變壓器的wif控制如同智能電器，從復雜繁瑣的操作轉變為更方便更快捷的操作方式，自動調壓調容實現了減少更多的人力操作的功能，且可以遠距離安全操作，wif控制保證了人生安全，在時間上也更靈活多變。

要進行wif控制首先需將管理終端接入計算機，可利用計算機進行對終端的訪問，計算機開啟熱點，手機連入熱點利用app對終端進行訪問，也可以將終端ip置于云端，手機app利用ip對云端終端進行訪問即可實現遠程wif控制。

2.4 調容調壓開關的配合

傳統的變壓器采用機械開關，機械開關簡單方便，使用門檻低且價格低廉，缺點是控制難度大，反應時間長，對外界要求高，且對電能質量有影響，還必須外加絕緣油保持開關的安全，因此需要增加額外的輔助裝置。為了使得有載調容調壓變壓器更加智能，本次設計將用電力電子有載分接開關取代機械開關，電力電子開關調壓速度快，可控性高，穩定安全，且設備體積小，不需要額外的輔助設備。

3. 軟件設計

3.1 整體控制流程圖

上位機采集電壓、電流、功率等信息，通訊至PLC中，輸入模塊將這些數據變換輸送到PLC的數據寄存器中，經過CPU的計算、處理輸出相關的開關量驅動繼電器線圈閉合與斷開，繼而接觸器的線圈通過繼電器的得電與失電，從而得電與失電，然后驅動相應的分接開關閉合與斷開，調整變壓器分接頭位置和變壓器繞組的聯結方式，實現系統所需要的功能。

由此，可以設計出整個PLC控制系統的流程圖，如圖2所示。

圖2 電量采集通訊模塊流程圖

3.2 Wi fi控制模塊

利用現有軟件進行設計簡單的app，對app的結構進行布局，排版并可進行簡單的操作，針對app的制作，流程圖如圖3所示。

4. 總結

本文對基于PLC的有載調容調壓控制系統做了一個簡

圖3 Wifi控制模塊流程圖

單大體的介紹。在主控上采用可編程控制器，從而使得系統簡單可靠地運行。輔助以各種智能有效的模塊：電量采集通訊模塊負責電量等數據的收集傳輸，無功功率補償模塊使得電能更加穩定安全，再對開關進行設計和改造，輔助以Wif控制，使得變壓器更加節能和安全，對電力系統的發展有至關重要的推進作用。

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