基于PLC程序的多接口變壓器狀態數據異步采集變送器研制

曾文龍

（中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州，510000）

基于PLC程序的多接口變壓器狀態數據異步采集變送器研制

曾文龍

（中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州，510000）

文章在基于PLC單片機編程技術導入模型，研制出一種多接口變壓器狀態數據異步采集變送器，徹底解決后臺對變壓器部分監測數據采集存在較大誤差的問題，實現對后臺對變壓器狀態數據準確在線監測，同時實現消除不同廠家變壓器狀態數據變送與控制保護系統不完全匹配所造成的變壓器狀態數據采集誤差大的問題。

變壓器；PLC編程；變送器；研制

1 問題概述

某換流站換流變為ABB公司生產，其狀態數據監測與西門子換流變并不相同，與現行國內控制保護系統有部分存在非同步對應的問題，主要體現在：（1）ABB換流變油枕截面為多邊形，較之以往廣泛使用的截面為圓形的變壓器油枕有所不同，而油位變送器仍為依據圓形截面油枕數學模型計算的舊型號變送器，導致后臺監測油枕油位有較大誤差。（2）ABB換流變閥側套管SF6氣體壓力傳感器輸出為6.5~20mA電流，對應套管壓力0~470kPa，而后臺系統接收電流為4~20mA，同樣導致后臺監測套管壓力出現較大誤差。就上述問題該站已記錄多條缺陷，數次消缺均未能完全解決問題，目前廠家暫無較好解決辦法。

不同廠家變壓器所采取技術標準均有不同，其在連接不同廠家的控制保護系統時，容易出現配合變送不當的問題，對變壓器安全穩定運行造成較大風險隱患，現急需一種操作轉換較為簡便的數據異步采集變送器對此類問題進行解決。

2 變壓器狀態數據異步傳送邏輯分析

作者對變壓器狀態數據進行整合分析，根據該站運行實際狀況，挑選ABB換流變本體油枕油位數據及SF6氣體壓力傳感器數據異步傳送作為研究試點。

（1）ABB換流變油枕截面為多邊形，較之以往廣泛使用的截面為圓形的變壓器油枕有所不同，而油位變送器仍為依據圓形截面油枕數學模型計算的舊型號變送器，導致后臺監測油枕油位有較大誤差。研究一種數學算法，將輸入信號進行擬合運算得出誤差較小的輸出信號。

（2）ABB換流變閥側套管SF6氣體壓力傳感器輸出為6 5~20mA電流，對應套管壓力0~470kPa，而后臺系統接收電流為4~20mA，同樣導致后臺監測套管壓力出現較大誤差。研究一種變送裝置，使得輸入信號轉變為與后臺系統匹配的4~20mA電流。裝置應具備微調部分，使得輸出的信號更加精確。

根據現場設備實際參數整合，ABB換流變閥側套管SF6氣體壓力傳感器輸出6.5~20mA電流信號，其輸出與后臺控制保護系統不相匹配，本變送器裝置通過將其輸出電流信號經過電流采集模塊轉換成0~3.3V電壓信號，輸出的電壓信號經過電壓電流轉換模塊轉換成4~20mA電流信號，輸出的電流信號輸送到后臺系統進行后續運算控制。

而多邊形油枕油位數據由換流變本體油位表輸出電流信號，變送器裝置同樣通過將其輸出電流信號經過電流采集模塊轉換成0~3.3V電壓信號，電壓信號則經過模數轉換器轉換為供單片機識別的數字信號，數字信號經過單片機的數學運算得出擬合后的數字信號，擬合后的數字信號經過數模轉換器再次轉換成0~3.3V電壓信號輸出，輸出的電壓信號經過電壓電流轉換模塊轉換成4~20mA電流信號，輸出的電流信號輸送到后臺系統進行后續運算控制。

3 變送器裝置實物研制

按照上述邏輯分析框圖，項目組按照模塊化思路對變送器裝置進行設計，如圖1所示。

變送器具備電源接口、電流輸入端、電流輸出端、輸入調零及調滿旋鈕、輸出調零及調滿旋鈕、輸出指示、LCD液晶顯示、工作指示等功能。

圖1 變送器裝置實物設計示意圖

根據現場換流變屏柜內部結構，制定變送器裝置實際尺寸,結合加工廠家實際制作經驗，最終實物如圖2所示。

圖2 變送器裝置內部實物圖

裝置實物基本實現原設計方案所有功能，其操作簡介如下。

(1)主界面

上電自動進入主界面并開始工作；

主界面上顯示的數值為 “輸入電流 -> 輸出電流”；

【17工作時指示燈】閃爍。

(2)微調設置

接好線檢查無誤后上電（【16電源接口】DC 8-15V供電）；

開機完畢后【17工作指示燈】閃爍；

按一下【15設置按鈕】，進入輸入調零設置，【17工作指示燈】常亮；

輸入調零：使液位傳感器處于零值位置，調節【8輸入調零旋鈕】，使顯示屏上數字為0.000；

按一下【15設置按鈕】，進入輸入調滿設置；

輸入調滿：使液位傳感器處于滿值位置，調節【6輸入調滿旋鈕】，使顯示屏上數字為1.000；

按一下【15設置按鈕】，進入輸出調零設置；

輸出調零：調節【9輸出調零旋鈕】，測量輸出電流，使輸出電流為4.000mA；

按一下【15設置按鈕】，進入輸入調滿設置；

輸入調滿：調節【12輸出調滿旋鈕】，測量輸出電流，使輸出電流為20.000mA；

按一下【15設置按鈕】，退出設置模式，開始工作，【17工作指示燈】閃爍。

4 現場應用

從研制起，作者研發的“基于PLC程序的多接口變壓器狀態數據異步采集變送器”已在廠內模擬實際工況進行了多次測試試驗，均表現良好，預計實現的功能均正常準確，目前，該裝置已在該站備用換流變進行實際測試。

通過推廣應用及試驗，該套工具組可以達到以下預期成果：（1）可以實現多接口，多通道，異步數據整合的功能，通用性強；（2）通過擬合建模，完善多邊形油枕油位數據傳送的準確性，保證設備運行的安全穩定性；（3）完成SF6氣體壓力傳感器輸出電流范圍與后臺系統不匹配的整合變送，為變壓器狀態數據異步傳送提供解決方案。

5 結論

本文根據某站ABB換流變實際運行工況下難以解決的缺陷問題提出的研究分析，經過作者的努力，基于PLC編程研制多接口變壓器狀態數據異步采集變送器實現了預期設計功能，能從本質上解決該站ABB換流變本體油枕油位及SF6氣體壓力傳感器遠方就地顯示不一致的問題，也為后續變壓器狀態數據異步采集及傳送提供了實際案例，同時提供了因國內外一次設備數據傳送與后臺控制保護系統不匹配的很好的解決方案。

[1]熊浩,孫才新,杜鵬,代姚,王謙.基于物元理論的電力變壓器狀態綜合評估[J].重慶大學學報(自然科學版).2006(10).

[2]廖玉祥.一種電力變壓器運行狀態綜合評估模型的研究[D].重慶大學.2006.

[3]丁志鋒.智能變壓器狀態在線監測系統的研究[D].華北電力大學.2012.

The multi-interface transformer status data asynchronous acquisition transmitter based on PLC program is developed

Zeng Wenlong
(China southern power grid co.,LTD.,guangzhou bureau,Guangzhou Guangdong, 510000)

The article based on programmable logic controller (PLC) in the MCU programming technology import model, developed an asynchronous data acquisition interface transformer transducer, completely solve the background part of transformer monitoring data acquisition problem, there is a big error in the background to the state of transformer on-line monitoring, data accurate and eliminate data change with different manufacturer transformer control caused by the incomplete matching transformer protection system state data acquisition of the problem of the great error

transformer; PLC programming; The transmitter; To develop