街面電站主變冷卻器控制回路改造

陳厚珍，何得瀾，彭云水

（福建水口發(fā)電集團公司，福建 尤溪 365100）

0 引言

主變壓器是水電廠三大主設(shè)備之一，其主要功能是改變電壓等級、輸送交流電能，過高的溫度使變壓器工作能力和效率降低、絕緣老化、使用壽命降低。主變冷卻系統(tǒng)運行的可靠性、穩(wěn)定性將直接影響變壓器的安全及機組的出力。主變冷卻器的控制系統(tǒng)擔負著自動啟停主變冷卻器組使主變溫升保持在允許范圍，必要時保護出口跳閘，同時向上位機傳送主變冷卻器運行信息的任務(wù)。其能否正常可靠的工作，決定了主變冷卻器系統(tǒng)的運行品質(zhì)。街面水電廠機組采取單元接線，共有2臺主變，主變冷卻器采用強迫油循環(huán)水冷卻方式，每臺變壓器由4臺冷卻器成組運行。原主冷卻器自動控制回路主要由常規(guī)繼電器組成，運行維護中主要存在如下問題：冷卻器運行方式由運行人員手動定期切換，回路元件數(shù)量多、接線復雜、通用性差，故障率高等，給檢修維護工作造成一定困難，已不能滿足公司運行“少人值守”的需要。

因此，對主變冷卻器的控制回路提出了技術(shù)改進方案，新回路主要采用可編程控制器（PLC）替代大部分繼電器，使控制線路具有簡單可靠、適應(yīng)性強和功能豐富等特點。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的控制核心為PLC，負責所有現(xiàn)場信息的采集處理、運算、輸出（如圖1 所示）。所監(jiān)測的開關(guān)量送入PLC開入模塊，溫度、負荷電流模擬量信號送入PLC模擬量輸入模塊，裝置按預定程序完成對主變油溫的自動測量和對冷卻器的自動控制，冷卻器全停保護出口，運行、故障信號通過網(wǎng)絡(luò)接口送至監(jiān)控系統(tǒng)上位機。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 主要控制功能

2.1 冷卻器組啟停控制

按變壓器廠家設(shè)計，主變滿負荷運行只需自動投入三套冷卻器組，一組備用。一旦主變投運，便投入1 組冷卻器作為基本冷卻負荷；當主變油溫在50℃～55℃區(qū)間運行時，不再啟動冷卻器；如果油溫上升至60℃時另啟動一臺冷卻器；當油溫繼續(xù)上升至65℃時，再啟動一臺冷卻器。當投運三套冷卻器組后，油溫再繼續(xù)上升至75℃以上，此時投入第四臺冷卻器，并報警，將報警信號上送給計算機監(jiān)控系統(tǒng)。反之，運行中當油溫由65℃下降至55℃時，PLC 將逐一停運冷卻器。主變溫升反映到傳感器有一定延時，當主變負載較快增加時（發(fā)電機帶50%～100%負荷），PLC 此時以功率變送器信息為優(yōu)先，輔以油溫上升梯度值即可啟動參與調(diào)節(jié)的一臺或二臺冷卻器。

2.2 冷卻器全停保護功能

冷卻器正常全部停止運行應(yīng)滿足：機組油開關(guān)跳、主變油溫下降至溫度開關(guān)復歸接點動作（50℃），PLC 同時判斷溫度開關(guān)動作順序（由高至低）和功率變送器所送的信息（功率為零）一致。否則冷卻器將保持運行。冷卻器全部故障出口跳閘，停止主變運行應(yīng)滿足：①冷卻器全部故障停運，延時60 min；②同時主變油溫上升至溫度傳感器與溫度開關(guān)關(guān)聯(lián)動作（75℃），延時10 min 情況出現(xiàn)時，PLC 出口跳閘并送出跳閘信號。當冷卻器全停時，PLC 分時多次送出報警信號，提醒運行人員注意。

2.3 自動輪換控制

程序設(shè)計正常運行時四組冷卻器自動輪換，其運行方式除了按主變油溫自動調(diào)節(jié)外，還自動執(zhí)行定時逐臺循環(huán)切換。當冷卻器在運行中出現(xiàn)故障，故障的冷卻器組自動退出輪換，同時，上送報警信號。

3 設(shè)備選型

PLC 選用m340 模塊化plc，它是施耐德公司生產(chǎn)的性能價格比很高的可編程控制器，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。cpu 模塊選用高性能、大內(nèi)存的bmx p34 2020，帶一個100 m 以太網(wǎng)、一個485 串行口；輸入、輸出模塊可根據(jù)現(xiàn)場實際需求靈活配置。

4 軟件設(shè)計

4.1 編程步驟

PLC的硬件配置、控制程序采用施奈德的編程軟件包Unity Pro 完成，PC 通過網(wǎng)絡(luò)或USB 與M340 PLC 進行程序傳送。首先進行PLC 硬件組態(tài)，含底版、電源、CPU、輸入輸出模塊等。通過電源模塊屬性可查看電源使用情況，應(yīng)保留一定余量，否則需更換容量更大的電源模塊；創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)鏈路Ethernet1 并配置IP 地址等網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)，將CPU 模塊的Ethernet 口鏈接到網(wǎng)絡(luò)鏈路Ethernet1；定義相關(guān)變量等。

4.2 PLC程序設(shè)計

可編程控制器流程的合理設(shè)計是回路的正常工作和穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。根據(jù)冷卻器工作特性和控制目標，程序采用模塊化設(shè)計，具有較高可讀性、可維護性，其程序結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 程序結(jié)構(gòu)圖

初始化程序Init（）：在PLC 上電首次掃描時執(zhí)行完成通信參數(shù)初始化，溫度、負荷電流定值設(shè)置，冷卻器啟停標志初始化等。

設(shè)置輪換標志turns（）：根據(jù)啟動時間、次數(shù)、是否故障等設(shè)置每組冷卻器啟動和停止標志。

啟停條件判斷judge（）：根據(jù)溫度、負荷確定是否需要啟停冷卻器。

啟停開出處理exec（）：根據(jù)啟停需求和輪換標志，真正開出控制冷卻器球閥，和循環(huán)泵。

故障、全停處理alarm（）：①全停故障分時報警、保護出口處理；②開入信號防抖處理，模入信號濾波處理；③對現(xiàn)場自動化元件信號進行自檢與互檢，如溫度開入信號與模入信號互檢，球閥開關(guān)狀態(tài)與示流器信號互檢等。

數(shù)據(jù)上送sent（）：完成運行狀態(tài)、故障信號上送上位機信文組織。

4.3 上位機監(jiān)控軟件設(shè)計

街面電廠的計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用水科院的H9000 系統(tǒng)。H9000計算機監(jiān)控系統(tǒng)是水科院面向水利水電領(lǐng)域的計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件，將可編程控制器直接入以太網(wǎng)以獲得高速通訊能力和資源共享能力。上位機與施奈德PLC 網(wǎng)絡(luò)通信采用TCP/IP ModBus 規(guī)約，在組態(tài)環(huán)境下，設(shè)計人員對PLC 進行驅(qū)動配置，運行環(huán)境以圖形畫面形式的人機界面監(jiān)控主變冷卻器運行信息、故障報警，對有關(guān)數(shù)據(jù)存儲歷史庫，生成報表，同時利用Web 功能使系統(tǒng)具有在線監(jiān)控功能，即在授權(quán)的情況下在任何一臺聯(lián)網(wǎng)的計算機上用標準的瀏覽器可遠程監(jiān)控。限于篇幅，上位機程序不再詳述。

5 結(jié)束語

系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，測控功能完善，完全能夠滿足電廠主變冷卻器自動控制要求，以可編程控制器為核心提高了系統(tǒng)的自動化程度，保證了系統(tǒng)運行的可靠性。該系統(tǒng)在街面電站投運后2年多的運行結(jié)果表明，系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠，完善了以前沒能實現(xiàn)的自動控制功能，降低了設(shè)備的故障率，減少了運行、維護人員的勞動強度等，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，有廣泛的推廣應(yīng)用價值。