新型變壓器冷卻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

李民萬，高啟祥，陳耀明，王惇，柯常軍

（1.福清核電有限公司，福建福清，350318；2.陜西金源自動化科技有限公司，陜西西安，710304）

0 引言

電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電等環(huán)節(jié)組成，各個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，變壓器的冷卻作為其中重要一環(huán)，它能否安全可靠運行對電力系統(tǒng)正常工作有重要意義[1]。

目前，我國220kV 及以上的變壓器多為強制油循環(huán)風(fēng)冷卻。冷卻系統(tǒng)包括陣列的冷卻裝置和控制裝置。在變壓器投入使用后，冷卻監(jiān)控系統(tǒng)也開始工作，根據(jù)負(fù)載電流大小及溫度的變化，將不同數(shù)量的冷卻裝置投入到工作中[2～3]。

現(xiàn)在普遍存在有變壓器冷卻監(jiān)控系統(tǒng)電源監(jiān)測繼電器頻繁故障問題，電源監(jiān)視繼電器又名相序繼電器，是用于判斷三相動力電源缺相、三相不平衡、反相功能的器件，判斷正常時應(yīng)投運的電源。若自身出現(xiàn)問題，則會導(dǎo)致電源的誤判而退出，使得控制柜失電失控而造成風(fēng)冷全停的事故發(fā)生。其次還存在斷電繼續(xù)工作及備用電源自動投入使用的需求[4]。

本文針對這類工程問題，設(shè)計了一種新型的變壓器冷卻監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)設(shè)計

■1.1 系統(tǒng)基本功能

變壓器的冷卻監(jiān)控系統(tǒng)是以微控制器為主要控制部件，以觸控屏為人機接口，以AC 觸點為電源，以斷路器和電機啟動保護為保護元件。該系統(tǒng)可以通過控制手柄設(shè)定操作參數(shù)，根據(jù)變壓器溫度、運行時間和運行負(fù)載信號調(diào)整對應(yīng)的冷卻監(jiān)控系統(tǒng)中的模塊，將運行狀況信息以接點方式發(fā)送至使用端。

該裝置將數(shù)據(jù)儲存在內(nèi)部計算機中，顯示在觸控屏上，并設(shè)置自動報警、自動記錄等功能，監(jiān)控者可快速讀取故障時間、故障內(nèi)容，并能定時切換工作電源、冷卻機運行方式。該系統(tǒng)具有控制自動化、狀態(tài)信息化、顯示和操作人性化等特點。

■1.2 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

該冷卻監(jiān)控系統(tǒng)主要針對電站大型變壓器設(shè)計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由放氣塞、溫度計座、繼電器、潛油泵等組成，其外形尺寸如圖1 所示，長1000mm， 高1800mm， 寬750mm。

圖1 外形尺寸圖

控制柜內(nèi)安裝有PLC 模塊、模擬量擴展模塊、通信擴展模塊、觸控屏、繼電器、接線端子、開關(guān)電源、空氣開關(guān)及避雷器、溫度巡檢儀、各種按鈕、指示燈等器件，其實物如圖2 所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)實物圖

2 系統(tǒng)電氣設(shè)計

■2.1 主電路設(shè)計

冷卻監(jiān)控系統(tǒng)接入兩個獨立電源，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選定一個電源為工作電源，另一個電源為備用電源，如“Ⅰ工作、Ⅱ備用”，這時母線接通Ⅰ電源，母線不接通Ⅱ電源。當(dāng)Ⅰ電源因某種原因電壓消失或斷相時，將Ⅰ電源與系統(tǒng)母線斷開，經(jīng)一定延時母線接通Ⅱ電源。

兩個電源各自以串聯(lián)方式接在冷卻設(shè)備電源與對應(yīng)冷卻監(jiān)控系統(tǒng)之間，兩個保護器的輔助觸點以并聯(lián)方式連接并接入到自動開關(guān)中，如果任意一臺電源發(fā)生故障，使得備用電源啟動繼續(xù)工作。四個冷卻監(jiān)控系統(tǒng)并聯(lián)在電路中可實現(xiàn)單獨工作。加熱照明，空調(diào)等輔助用電器通過智能開關(guān)與冷卻監(jiān)控系統(tǒng)并聯(lián)，使用單獨的供電線路，主電路的電路圖如圖3 所示。

圖3 主電路設(shè)計圖

該裝置共有4 組冷卻監(jiān)控系統(tǒng)，每組包含3 個風(fēng)扇及1個潛油泵。冷卻監(jiān)控系統(tǒng)保護控制裝置既可以可實現(xiàn)對變壓器的冷卻作用，又可以根據(jù)PLC 指令實現(xiàn)冷卻監(jiān)控系統(tǒng)組的投切狀況的改變，防止在過載、缺相等情況下?lián)p壞變壓器。

冷卻監(jiān)控系統(tǒng)的投切采用固態(tài)繼電器代替交流接觸器。和以往的交流接觸器和斷路器的開斷功能相似，但暫態(tài)繼電器內(nèi)部無機械部件，結(jié)構(gòu)上采用了灌注全密封方式，由固體器件完成觸點功能，其能在高沖擊，振動的環(huán)境下工作，固體繼電器還有耐腐蝕、長壽命及高可靠等優(yōu)點[5]。

冷卻監(jiān)控系統(tǒng)電源包含220V 電源與110V 電源保護組電源，其分配如圖4 所示，配電盤向保護組提供220V 電源。它們被分配為空調(diào)電源、端子箱電源、電動機構(gòu)及濾油器電源等如圖4(a)所示。

圖4 電源分配電路設(shè)計圖

冷卻監(jiān)控系統(tǒng)電源分配如圖4(b)、4(c)所示，控制組電源包括面板指示燈控制電源及信號回路控制電源。其中面板指示燈電源負(fù)責(zé)各類正常運行指示燈和故障指示燈用電，信號回路電源用于各傳感器傳遞信號用電[6]。

■2.2 冷卻監(jiān)控系統(tǒng)電路設(shè)計

冷卻監(jiān)控系統(tǒng)分為四組冷卻裝置，其電氣原理圖如圖5 所示，采用電氣控制箱進行PLC 控制。對于冷卻監(jiān)控系統(tǒng)，在冷卻裝置前，通過觸控屏啟動電源，通過并聯(lián)分配給Q1、Q2、Q3，電源指示燈亮，冷卻裝置開始工作。

圖5 冷卻監(jiān)控系統(tǒng)電路設(shè)計圖

冷卻監(jiān)控系統(tǒng)擁有自動、手動、備用模式來控制冷卻監(jiān)控系統(tǒng)的正常使用，當(dāng)旋鈕旋轉(zhuǎn)135°時觸點3、4 和5、6 接觸冷卻監(jiān)控系統(tǒng)正常工作；當(dāng)旋鈕旋轉(zhuǎn)-90°時1、2 和15、16 觸點接觸進行手動操作。

當(dāng)旋鈕旋轉(zhuǎn)45°時3、4 和11、12 觸點接觸進行備用操作；當(dāng)旋鈕旋轉(zhuǎn)至0°時停止。其余電機組與第一組電氣接線相同。

■2.3 備用電源自投電路設(shè)計

備用電源自投指在具備兩回線及以上的多回供電線路中，當(dāng)一路電源由于故障引起跳閘后，另外一路電源即可投入使用。

主電源故障備用電源自投入，當(dāng)主電源故障恢復(fù)后，只有按相應(yīng)復(fù)位按鈕才可投入主電源。

系統(tǒng)中兩路電源雖然互為備用，但卻可獨立供電。既可手動設(shè)置，也可定時自動切換來完成供電電源的選擇。對電路進行電氣和PLC 雙邏輯互鎖設(shè)定，確保有且只有一路電源有效供電[6～7]。

為避免因斷開線路引起的誤操作，分別將兩個繼電器的常閉接口串聯(lián)，并將閉鎖接口串接在合閘回路和分閘回路上，使兩組斷路器不能同時合閘，避免當(dāng)一條線路斷開時，另一條線路反向輸送，從而有效地保障了供電的可靠性。其電路設(shè)計如圖6 所示。

圖6 雙電源備自投電路設(shè)計圖

■2.4 延時啟動電路設(shè)計

采用延時啟動電路設(shè)計，當(dāng)plc 控制器使直流電源失電后，繼電器失磁觸發(fā)延時模塊，執(zhí)行延時動作流程[8]。

經(jīng)過規(guī)定延時后，依次啟動各臺冷卻監(jiān)控系統(tǒng)。其工作原理如圖7 所示，斷電延時的即按下停止按鈕或電源斷路后電機不立即停轉(zhuǎn)而是等待一段時間后，它與基本控制電源區(qū)別是停止按鈕自鎖驅(qū)動KT2，原來停止按鈕的位置用KT2 的常閉觸點代替停止時接觸器KM3 依然吸合，等過了延時時間KT2 線圈得電常閉觸點斷開則全部斷電停止，保證plc 控制器或直流電源失效后仍使冷卻監(jiān)控系統(tǒng)正常工作，確保變壓器安全服役。

圖7 延遲啟動電路設(shè)計圖

3 結(jié)語

采用基于PLC 的變壓器風(fēng)冷控制系統(tǒng)，設(shè)計了新型電氣控制系統(tǒng)，采用雙電源備自投、延遲啟動以及三相電路設(shè)計，使變壓器冷卻監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、靈活性和運行狀況的可監(jiān)視性得到了加強。降低了變壓器冷卻系統(tǒng)的故障率。其便捷化、智能化的特點大大減少了監(jiān)控人員工作量，實現(xiàn)了變壓器冷卻系統(tǒng)全部實時信息的自動采集和準(zhǔn)確記錄。

該冷卻監(jiān)控系統(tǒng)運行可靠、收集數(shù)據(jù)快速、數(shù)據(jù)傳輸精確，能夠?qū)崟r監(jiān)控和記錄數(shù)據(jù)。并進行簡單問題的分析和診斷，自動進行預(yù)設(shè)流程。