PLC和變頻技術在主變風冷系統上的應用

彭松 劉東強 傅新 吳星潼

摘要：本文基于對高溫對電力變壓器的不利影響和傳統主變風冷系統的存在的問題的討論，提出了依靠PLC和變頻技術解決問題的思路，并對方案可行性和基于PLC和變頻技術的主變風冷系統結構功能做了簡要概述，另外總結了在實際運用中遇到的問題和對應的解決辦法。

關鍵詞：PLC;變頻技術

1變頻技術在變壓器風冷系統上的應用

1.1主變風冷控制回路采用PLC控制系統

傳統繼電器控制系統，主要由各類繼電器和接觸器構成，利用其機械觸點的串、并聯等組合成控制邏輯，其連接線較多且復雜，造成體積和功耗大，且系統一旦完工，修改系統功能或維修系統比較復雜。另外，繼電器的觸點數量有限，限制了傳統繼電器控制系統的靈活性和可擴展性。機械觸點存在磨損、電弧灼傷、抖動等問題，降低了其可靠性和可維護性。與傳統繼電器控制系統相比，PLC控制系統主要具有以下優點：

可靠性高。為適應惡劣的現場運行環境，同時又能滿足高可靠性的要求，專門在PLC設計和制造工藝方面采取一系列措施，使得PLC的平均無故障間隔時間長達幾十萬小時，遠遠超過傳統繼電器控制系統。

體積小。PLC采用半導體集成電路，反應速度快，噪聲低，功耗低，體積小，重量輕。

靈活性和可擴展性高。PLC采用標準化的通用模塊結構，便于根據實際需求增減擴展模塊或功能模塊。接線簡單，便于修改和維護系統。

控制邏輯程序化，且編程簡單。PLC采用計算機技術，控制邏輯以程序的方式存放在存儲器中，編程方式一般采用梯形圖，直觀、簡單、易于掌握。

1.2主變風機的調速方法選擇變頻調速

變極調速，就是通過改變定子繞線方式，進而改變電機極對數，達到調速的目的。該方法只能按階躍方式調速，且調速范圍很有限。

變轉差率調速通常指串電阻調速和串級調速。串電阻調速就是通過在繞線式異步電動機轉子回路中串接電阻從而達到調速的目的，方法簡單，但是效率低。串級調速，通過在電機轉子回路中串接電力電子變換器獲得附加電動勢，從而達到調速的目的，雖然克服了串電阻調速效率低的缺點，但是并不適用主變風機這種小型電機。

變頻調速是利用電機的同步轉速隨頻率變化的特性，通過改變電機的供電頻率進行調速的方法。研究發現，與其他調速方法，變頻調速的性能最好，主要表現在調速范圍寬，穩定性好，效率高，另外變頻可以保證啟動和加速具有足夠的轉矩，能夠實現電機的軟啟動，消除啟動電流對電機的沖擊，從而提高電機的使用壽命。

2基于PLC和變頻技術的主變風冷系統結構

2.1系統硬件部分

基于PLC和變頻技術的主變風冷系統硬件部分主要包括兩路交流電源、三組風機、變頻器、PLC模塊、開關電源、溫度傳感器、接觸器等。

2.2系統主要功能

冷卻系統采用兩路獨立電源供電，具備電氣和機械閉鎖功能，其中一路主供，另一路備用，當某一路電源故障時，能夠自動切換至另一路。由于系統采用PLC模塊進行控制，可以考慮不采用傳統的雙電源自動切換裝置，這樣更加經濟。兩路電源的切換模式，可以利用PLC編程靈活便于修改的特點，根據實際情況采取一主一備或互為主備等模式。

每組風機都可以選擇其運行狀態，即自動、停運、手動狀態。靈活的運行方式，易于系統故障處理和檢修每組主變風機。

每臺風機回路都應設置單獨的電動機綜合保護器和電源開關，能夠對電動機出現過負荷、短路及斷相運行等情況進行保護，并且達到將故障風機隔離，方便維修的目的。

當運行中變頻模塊發生故障時，能夠自動隔離變頻模塊，將主變風機切至工頻運行模式。同時為了避免將工頻電源誤接到變頻器輸出側，風機工頻和變頻電源切換時應加入電氣和機械閉鎖，并設置合適的切換時間。

變壓器上層油溫或繞組溫度達到一定值時，變頻模塊自動跟隨溫度調節輸出電源頻率，進而調節風機轉速;電力變壓器投入電網運行時，冷卻系統可按負荷電流自動投入主變風機并根據負荷大小調節風機轉速。

系統能夠通過指示燈、控制面板和后臺顯示兩路電源、風機、PLC、變頻器等裝置的實施運行狀態，并對異常和故障信號發出告警信息。

2.3變頻器的選擇

變頻器的類型的選擇要依據其負載的要求進行選擇，對于本應用中，風機的轉矩與轉速的平方成正比，低速時負載轉矩較小，可以考慮選擇普通功能型。變頻器的容量應根據風機的額定電流和額定功率來選擇，通常變頻器的額定容量或額定電流應大于等于風機的額定功率或額定電流。具體的應根據不同品牌和不同型號的變頻器參數說明而定。

2.4其他外圍電路的注意事項

系統的運行除了PLC、變頻器和電動機等主要設備外，還需要合理配置外圍電路。配置外圍電路的目的：一是提高變頻器的某些性能，二是保護系統內主要設備，三是減小變頻器對其他設備的影響。通常需要配置的器件有：無線電噪聲濾波器、輸入輸出交流電抗器。無線電噪聲濾波器用于抑制變頻器產生的高次諧波對周圍的電子、通信和其他設備的干擾。輸入交流電抗器用于抑制變頻器輸入側的諧波電流，改善功率因數。輸出交流電抗器用于改善變頻器輸出電流的波形，減小對電動機造成噪音。

2.5安裝接線與抗干擾

交流電源不能接入變頻器的輸出端，并且工頻電源與變頻電源相互切換時，應注意電氣與機械的互鎖，防止兩電源并接，燒壞變頻器逆變元件。變頻器與主變風機之間的接線不能超過變頻器允許的最大布線距離，且應使用屏蔽電纜，做好接地，防止感應電壓的存在燒毀變頻器?？刂苹芈肪€纜與主變風機電源線之間的距離控制在100mm以上，并且不能在同一槽盒內布線，當無法避免兩種線纜相交時要互成直角布線。控制回路線纜應采用屏蔽雙絞線，雙絞線的節距應小于15mm。做好接地，除了能防止人身觸電外，也能起到抑制噪聲的作用。

3結論

本文在梳理高溫對電力變壓器的不利影響和傳統主變風冷系統存在的問題的基礎上，創新地提出了利用PLC和變頻技術解決問題的思路，并介紹了PLC控制技術的優勢、變頻技術在主變風冷系統中應用的可行性和基于PLC和變頻技術的主變風冷系統結構功能，另外還總結了在實際運用中遇到的問題和對應的解決辦法。將PLC和變頻技術應用在主變風冷系統上，提升了主變風冷系統的智能化水平和電力變壓器的健康水平，減小了其故障率，另外還達到了節約能源的效果。

參考文獻

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