紫坪鋪電站主變冷卻控制系統(tǒng)改造

莫瑤　王中元　張璇

摘 要：主變壓器是水電站最重要的設(shè)備之一，其運行的穩(wěn)定性決定了發(fā)電機是否能夠正常發(fā)電。目前，大型變壓器大多采用風(fēng)冷、水冷等方式，紫坪鋪電站主變采用了強迫油循環(huán)水冷卻的冷卻方式。本文主要闡述了主變冷卻控制系統(tǒng)改造過程中，電站技術(shù)人員通過相應(yīng)的硬件配置和程序設(shè)計，解決了原控制系統(tǒng)中的設(shè)備隱患，實現(xiàn)了多種運行控制方式，提高了主變冷卻系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，為主變壓器的安全運行提供技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：主變壓器；冷卻系統(tǒng)；控制系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.107

0 引言

變壓器在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量以傳導(dǎo)、對流和輻射的方式向外擴散[1]。要保證變壓器在良好的工況運行，就必須及時將熱量轉(zhuǎn)移，以維持變壓器工作在正常的溫度范圍內(nèi)。紫坪鋪電站有4臺主變壓器，變壓器容量為240MVA，低壓側(cè)電壓為13.8kV，高壓側(cè)電壓為500kV。每臺主變壓器配置4臺冷卻器，均采用了強迫油循環(huán)水冷卻的冷卻方式。

主變冷卻器由主變冷卻控制系統(tǒng)根據(jù)主變油面溫度控制啟停。原控制系統(tǒng)投運已有10年，存在元器件老化、硬件回路存在缺陷、控制邏輯不完善等問題，曾多次導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)故障，因此對主變冷卻器控制系統(tǒng)進行改造。電站技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場實際情況，提出了主變冷卻控制系統(tǒng)改造的軟硬件方案，并在改造后取得良好的效果。

1 設(shè)計思路

針對以往主變冷卻控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問題和硬件回路的一些不足之處，確定了控制系統(tǒng)的硬件選擇的基本原則，即使用PLC作為控制器，PLC的品牌和型號要相對穩(wěn)定，以防在后續(xù)的備品備件采購中遇到困難；人機界面應(yīng)有數(shù)據(jù)記錄功能、掉電保存等功能，還要與輔機監(jiān)錄裝置軟件平臺有很好的兼容性；油面溫度傳感器作為最重要的傳感器，應(yīng)有冗余配置；數(shù)據(jù)傳輸方式抗干擾能力強等。

在軟件編程上的基本原則為通過軟件能及時有效的判斷出硬件故障并進行相應(yīng)的切換；冷卻器啟停應(yīng)考慮行業(yè)標準要求；向上位機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)豐富，為智能化電站建設(shè)提供技術(shù)基礎(chǔ)等。

2 選擇主要硬件

2.1 選擇PLC

根據(jù)紫坪鋪水電站輔機技改后使用IEC61850協(xié)議通訊為主的設(shè)想和既有監(jiān)控系統(tǒng)MB+網(wǎng)絡(luò)通訊要求，最終選用了法國施耐德Premium系列PLC，處理器模塊選擇了TSX P57 2634M，并在處理器CPU模塊上配置MB+網(wǎng)絡(luò)接口。

2.2 選擇人機界面

要實現(xiàn)控制系統(tǒng)的現(xiàn)地數(shù)據(jù)記錄功能、掉電保存等功能，還要與輔機監(jiān)錄裝置軟件平臺有很好的兼容性，兩者就必須采用穩(wěn)定性高，兼容性好的統(tǒng)一軟件平臺。WinCC是一個能在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和控制任務(wù)的工業(yè)技術(shù)控制系統(tǒng)。所以此次改造在人機界面中安裝WinCC作為人機交互軟件。

2.3 選擇通訊方式

控制系統(tǒng)內(nèi)部采用以太網(wǎng)通訊，所有設(shè)備均分配了唯一的IP地址。與監(jiān)控系統(tǒng)的連接采用RS-485方式，使用MB+協(xié)議。主要傳輸一些輔機控制系統(tǒng)的重要信號，以便監(jiān)控系統(tǒng)流程能夠正常工作。主變冷卻控制系統(tǒng)通過網(wǎng)線連接至交換機，再統(tǒng)一將數(shù)據(jù)送至輔機監(jiān)錄裝置的服務(wù)器，最后通過中控室的輔機監(jiān)錄顯示屏顯示，如圖1。

2.4 傳感器配置

傳感器的可靠性直接影響控制系統(tǒng)的可靠性。主變冷卻控制系統(tǒng)改造后，配置了主變油面溫度傳感器，冷卻器進、出油溫度傳感器，進油流量開關(guān)，進水流量開關(guān)，油壓傳感器、水壓傳感器等傳感器。其中油面溫度傳感器作為控制冷卻器啟停的直接依據(jù)，在改造后增設(shè)為2路互為備用，以提高其工作的可靠性。考慮到PLC的AI模塊有可能發(fā)生故障，影響主變油面溫度的判斷，因此將這2路傳感器分別接入不同的AI模塊。

2.5 動力電源冗余配置

主變冷卻控制系統(tǒng)原有2路400V動力電源進線，每一路為2臺冷卻器供電。在一路電源故障后，不能實現(xiàn)動力電源的自動切換，因此在改造后的控制系統(tǒng)中增設(shè)YDK動力電源自動切換開關(guān)。增設(shè)動力電源自動切換開關(guān)后，原有2路動力電源接至開關(guān)進線，設(shè)置1路動力電源作為主用，出現(xiàn)失電等情況后自動切換至備用電源。自動切換開關(guān)配有輔助節(jié)點，接入PLC后可以做出相應(yīng)的報警和狀態(tài)顯示。

3 主要程序設(shè)計

硬件是實現(xiàn)控制功能的基礎(chǔ)，確定硬件配置后，就應(yīng)通過軟件編程來實現(xiàn)具體的功能。針對原主變冷卻控制系統(tǒng)曾出現(xiàn)缺陷和一些不足，在改造后的系統(tǒng)中，已通過增加程序判斷的方式解決。

3.1 主變油面溫度故障判斷

主變油面溫度包括了油面溫度1和油面溫度2，這兩個傳感器互為備用。

油面溫度故障判斷包括了兩種情況，一種情況是模擬量模塊或者傳感器故障；另外一種情況引入了溫度梯度變化及溫度測值合理性判定，即油面溫度變化量≥5℃/s或超出合理范圍0-120℃后，報傳感器溫度超限。這兩種故障均置位故障，不能自動恢復(fù)，需要人工按動屏柜上的“復(fù)歸”按鈕才能復(fù)歸，以防止處于軟故障狀態(tài)的傳感器被誤恢復(fù)為主用。

3.2 逐臺停泵

為防止主變油面波動過大，導(dǎo)致主變氣體繼電器誤動，所以設(shè)置了主變冷區(qū)器自動延時啟停邏輯，該程序可使冷卻器逐臺啟停，延時間隔為30秒。

4 WinCC組態(tài)注意事項

在開發(fā)過程中WinCC的組態(tài)非常重要。WinCC變量分為外部和內(nèi)部變量，內(nèi)部變量與PLC無關(guān)，一般起數(shù)值傳遞和實現(xiàn)畫面動態(tài)的作用[2]。外部變量是對應(yīng)于存在PLC或外部應(yīng)用的存儲器地址中數(shù)據(jù)的變量，這種變量可以通過PLC存儲器地址的一一對應(yīng)來訪問，這樣可建立WinCC與過程通信所要監(jiān)視的對象。主變冷卻控制系統(tǒng)人機界面，如圖2。

5 結(jié)語

紫坪鋪電站主變冷卻控制系統(tǒng)改造后，已通過投運前試驗驗證了全部功能的可用性。投運后，現(xiàn)地人機界面和中控室均可觀察設(shè)備動態(tài)參數(shù)、工作狀態(tài)及報警信號、在線傳感器的趨勢曲線等，同時可進行遠程編程及定值的修改。此次改造解決了原系統(tǒng)中的存在的缺陷與不足，提高了主變冷卻控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，為主變壓器的安全運行提供了技術(shù)保障。

參考文獻：

[1]姚春球.發(fā)電廠電氣部分[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]WinCC組態(tài)手冊[S].2008（11）.

作者簡介：莫瑤（1985-），男，吉林四平人，本科，工程師，從事自動控制系統(tǒng)檢修維護。endprint