程曉東，顧黎明， 周 晨

（1．浙江省電力試驗研究院，杭州 310014；2．臺州電業(yè)局，浙江 臺州 317000）

智能變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的應用

程曉東1，顧黎明2， 周 晨2

（1．浙江省電力試驗研究院，杭州 310014；2．臺州電業(yè)局，浙江 臺州 317000）

針對變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的不足，介紹了基于PLC的新型智能控制系統(tǒng)的結構、設計原理及優(yōu)點，總結了實際應用中存在的不足及需完善之處，以供變電站自動化系統(tǒng)建設參考。

變壓器；冷卻器；智能控制系統(tǒng)；PLC

冷卻器系統(tǒng)是變壓器非常重要的輔助設備，其能否可靠投入運行以及不同的冷卻器運行方式直接關系到變壓器的實際帶負荷能力。長期以來，變壓器冷卻器系統(tǒng)都是由接觸器、中間繼電器、時間繼電器、負荷電流繼電器和溫度繼電器等實現邏輯控制。隨著智能電網概念的提出以及無人值班或少人值班的變電站運行模式的不斷推廣，傳統(tǒng)的變壓器冷卻器系統(tǒng)控制方式已不能適應新的需求。近年來不少廠家已開發(fā)出基于可編程邏輯控制器（PLC）的智能型變壓器冷卻器控制系統(tǒng)。以下介紹基于PLC的變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的應用。

1 變壓器冷卻器系統(tǒng)

變壓器冷卻器系統(tǒng)主要由多組變壓器油循環(huán)油泵和空氣循環(huán)風機組成，以1臺型號為ODFPS-334000/500的單相變壓器為例，共配置了3組油泵和12組風機。變壓器投入運行后，油泵和風機的運行控制主要依據變壓器油溫、變壓器負荷電流等啟動條件，同時還考慮電源側斷路器的實際位置等閉鎖條件。

當變壓器油溫或負荷電流達到設定值時，變壓器冷卻器系統(tǒng)逐級投入風機，使充滿變壓器油的散熱器通過強迫空氣循環(huán)散熱，或逐級投入油泵使變壓器油強迫循環(huán)，達到變壓器散熱的效果。此外，還需考慮油泵和風機雙路交流電源供電切換、交流供電電源故障檢測、控制系統(tǒng)故障等。對于分相變壓器，還需考慮三相間協調控制。當冷卻器系統(tǒng)故障時，為避免因無法散熱而損壞變壓器，要求及時發(fā)出告警信號，便于運行人員及時調整系統(tǒng)運行方式；或發(fā)出跳閘信號，使變壓器自動切除負荷電流。

2 傳統(tǒng)冷卻器控制系統(tǒng)的缺點

傳統(tǒng)冷卻器控制系統(tǒng)主要存在以下缺點：

（1）控制回路由繼電器、接觸器等獨立元件構成，控制回路復雜，集成度不高。

（2）控制回路的溫度傳感器、負荷電流傳感器和時間繼電器等精度較低，控制精確度差。

（3）控制回路復雜，而繼電器、接觸器等元件的接點數量有限，不能完全實現相互監(jiān)視，控制邏輯不嚴密。

（4）不具備智能接口，很難實現遠程在線監(jiān)視功能。

另外，傳統(tǒng)冷卻器控制系統(tǒng)投入運行后缺陷多、運行不可靠，甚至出現因冷卻器故障導致主變負荷失去的事故。

3 智能冷卻器控制系統(tǒng)

3.1 控制系統(tǒng)結構

智能冷卻器控制系統(tǒng)以PLC為核心，為保障冷卻器系統(tǒng)的可靠運行，可采用兩套PLC并行控制的雙重化設計方案，如圖1所示，通過I/O模塊和模擬量采集模塊同時采集油溫度計輔助接點、斷路器輔助接點，工作電源、油泵運行、風機運行監(jiān)視信號和高壓側負荷電流等。系統(tǒng)所采集的運行信息經過PLC程序邏輯運算后，并行輸出工作電源切換、油泵投入、風機投入等冷卻器系統(tǒng)控制信號，以及冷卻器全停跳閘、遠動告警等輔助控制信號。同時，還可以充分利用PLC的通信功能配置顯示和操作終端，通過PLC的RS-485接口，采用PC/PPI等協議與兩套PLC通信，顯示告警信息、運行信息、控制參數設置，實現友好的人機交互功能。

3.2 自動控制邏輯設計

圖1 PLC冷卻器控制系統(tǒng)原理

冷卻器控制系統(tǒng)自動控制主要包括冷卻器控制邏輯和輔助功能邏輯。其中，冷卻器控制邏輯主要控制風機、油泵的投入和退出，控制邏輯設計原理見圖2。冷卻器控制設計時需考慮自動控制模式和手動控制模式。手動控制模式主要用于風機、油泵試驗時的投入和退出，或自動控制故障時使用，手動控制模式一般設計成多臺冷卻器間完全獨立控制，不互為備用。自動控制模式主要用于變壓器正常帶負荷后自動控制投入和退出冷卻器，多臺冷卻器間可以實現互為備用的運行模式。假如變壓器配置3臺油泵，可以根據運行時間長短或投入次數等設置2臺油泵運行、1臺油泵備用，多臺風機既可以實現分組運行和備用控制，也可以不分組控制。

圖2 冷卻器控制邏輯設計原理

風機投入主要考慮主變負荷超過低限值或油溫超過高值等控制條件，退出則要求主變負荷低于低限值且油溫低于低限值。為了防止負荷電流在低限值附近來回波動時造成風機頻繁投入和退出，負荷電流信號返回后增加延時返回控制邏輯設計。油泵投入的主要條件是負荷電流超高限值或油溫超高高值，而退出條件主要是負荷電流低于高限值且油溫低于高值。同時，風機和油泵投入還必需滿足主變電源側斷路器在合閘狀態(tài)，防止冷卻器誤投入。

輔助控制邏輯功能主要包括冷卻器全停告警、冷卻器全停延時告警、冷卻器全停延時跳閘以及主備工作電源切換等。其中，冷卻器全停邏輯功能設計原理見圖3，主要包括冷卻器全停告警、冷卻器全停延時告警和冷卻器全停延時跳閘等。當主變負荷較低時發(fā)生冷卻器系統(tǒng)2路工作電源全失去，或風機和油泵全停，一般要求能瞬時告警，作為一般故障，提醒運行人員及時檢查工作電源情況和控制主變負荷，防止主變過熱損壞。如主變負荷較高時發(fā)生冷卻器全停，經一定時間延時將觸發(fā)嚴重告警信號，提醒運行人員采取措施調整潮流、降低主變負荷，否則可能導致主變油溫快速上升。當主變油溫達到100℃時，立即啟動非電量保護跳閘回路切除主變負荷，防止主變過熱引起絕緣老化擊穿等設備故障。

3.3 智能控制系統(tǒng)的特點

變壓器冷卻器系統(tǒng)智能控制采用PLC邏輯控制技術，替代繼電器接點構成的邏輯控制回路，與傳統(tǒng)的冷卻器控制相比具有以下優(yōu)點：

（1）實現了雙重化的冗余控制，并具備友好的人機接口界面和數據通信接口功能。

（2）采用可編程控制方式，既簡化控制回路二次接線，又實現了更加靈活的控制方式和控制策略，且便于控制功能擴展。

（3）實現了冷卻器工作電源的定時、定期輪換投切，還可以實現主備冷卻器方便靈活地輪換投入，減少操作和維護工作量。

（4）可以設置靈活的冷卻器系統(tǒng)復歸方式，如冷卻器故障恢復后自動復歸或手動確認復歸，電源故障恢復后自動復歸或手動確認復歸等。

（5）可以設置靈活的冷卻器全停非電量保護跳閘方式，如脈寬跳閘方式或自保持跳閘方式。

圖3 冷卻器全停邏輯設計原理

4 智能冷卻器控制系統(tǒng)工程應用

隨著變電站自動化系統(tǒng)應用的不斷深入，智能冷卻器控制系統(tǒng)設計不斷完善，從2007年開始逐步被采用，并替代了傳統(tǒng)的冷卻器控制系統(tǒng)，被廣泛應用于220 kV及以上變壓器。

在實際工程應用中，采用PLC智能控制系統(tǒng)后可以方便地實現不同廠家的變壓器控制系統(tǒng)標準化設計，便于維護和管理，但也出現了一些新的問題：

（1）PLC控制系統(tǒng)普遍采用直流24 V弱電控制方式，容易受強電磁場環(huán)境干擾，且24 V電源需通過AC/DC變換器或DC/DC變換器獲得，一定程度上降低了系統(tǒng)的可靠性。

（2）電源投退采用可控制的電子式開關，在短路故障時容易造成開關損壞。

（3）可編程控制邏輯、參數設置和限值整定比較靈活，容易導致誤設置和誤整定，增加了現場調試難度。

（4）智能通信接口和通信規(guī)約還不完善，不能完全適應數字化變電站設計的功能需求。

5 結語

智能型變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的應用更好地適應了變電站綜合自動化控制要求，滿足了變電站無人值班的需求，提高了變壓器運行的可靠性和經濟性。但是，為了適應電網智能化建設，還需進一步完善設計，充分利用智能控制系統(tǒng)資源，集成主變負荷、主變油溫等在線監(jiān)測功能，開發(fā)設計IEC 61850標準通信，直接接入數字化變電站自動化系統(tǒng)，實現互操作。

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[4]鄧麗娟.強迫油循環(huán)變壓器冷卻器控制系統(tǒng)改造[J].安徽電力，2007，24（1）:21-23.

[5]莊洪波,王立新.對于變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的幾點思考[J].湖南電力，2006，26（2）:49-51.

（本文編輯：李文娟）

Application of Intelligent Control System for Transformer Coolers

CHENG Xiao-dong，GU Li-ming，ZHOU Chen
（1.Zhejiang Electric Power Testand Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Taizhou Electric Power Bureau，Taizhou Zhejiang 317000，China）

In view of the shortcomings of control system for transformer coolers,this paper describes the structure,basic principles of design and advantages for the new intelligent control system based on PLC（Programmable Logic Controller），sums up the disadvantages in practical application and the functions requiring improvementto offer a reference for construction ofautomation system ofsubstations.

transformer；cooler；intelligent control system；PLC

TM401.+2

：B

：1007-1881（2010）08-0009-03

2009-07-03

程曉東（1976－），男，浙江龍游人，高級工程師，從事繼電保護及計算機監(jiān)控系統(tǒng)調試和技術服務等工作。