徐思遠(yuǎn)

摘要：主變壓器是變電站的關(guān)鍵設(shè)備，影響著變電站的運(yùn)行，而主變冷卻器控制系統(tǒng)又至關(guān)重要。但是，傳統(tǒng)的主變冷卻器控制系統(tǒng)應(yīng)用的是電磁型繼電器控制方式，存在控制方式復(fù)雜、功能簡單以及維護(hù)困難等問題，為了推動(dòng)變電站的發(fā)展應(yīng)當(dāng)結(jié)合PLC進(jìn)行主變冷卻器控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，即進(jìn)行主回路設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)組別自動(dòng)切換等功能。

關(guān)鍵詞：PLC;主變冷卻器;控制系統(tǒng)

前言：

主變壓器在變電站中發(fā)揮著重要作用，具有改變電壓等級、輸送交流電能等功能，但是主變壓器在進(jìn)行能量與電壓轉(zhuǎn)換時(shí)會產(chǎn)生熱量，若沒有及時(shí)排出熱量將會造成溫度上升，可能會導(dǎo)致主變壓器停運(yùn)。這就需要利用主變冷卻器控制系統(tǒng)降低主變壓器的溫度，而傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)存在較多問題，需要在PLC的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)。

1.PLC分析

PLC又被稱之為可編程邏輯控制器，是由多個(gè)部件共同構(gòu)成的，例如CPU、指令、電源等，可以通過可編程儲存器存儲執(zhí)行各項(xiàng)指令，也可以通過輸入輸出進(jìn)行機(jī)械設(shè)備與生產(chǎn)過程的控制【1】。PLC當(dāng)中含有微處理器，可進(jìn)行自動(dòng)化控制與數(shù)字運(yùn)算，且具有通信、診斷等功能。同時(shí)，相比于傳統(tǒng)的控制器，PLC具有多重優(yōu)勢。首先，PLC具有較高的可靠性。PLC采用的是單片微型計(jì)算機(jī)，集成度較高，可以保護(hù)電路，也可以進(jìn)行自我診斷，有利于增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。其次，PLC的編程難度較小。PLC的編程指令較少，甚至不具備專業(yè)知識的人也可以進(jìn)行編程。再次，PLC的組態(tài)較為靈活，積木式結(jié)構(gòu)的組合較為簡單。此外，PLC的功能模塊較全、安裝較為簡單，運(yùn)行速度也比較快。

2.以PLC為基礎(chǔ)的主變冷卻器控制系統(tǒng)的改造

2.1主回路設(shè)計(jì)

主變冷卻器控制系統(tǒng)當(dāng)中含有三路外部電源，其中一路外部電源是DC 220V，另外兩路電源是AC 380V。同時(shí)，為了達(dá)到兩路交流電源自動(dòng)切換的目的，在控制柜當(dāng)中安裝了雙電源自動(dòng)切換裝置，若工作電源出現(xiàn)故障，備用電源就會自動(dòng)投入，并發(fā)出故障信號。其次，主變冷卻器控制系統(tǒng)的控制電源應(yīng)用了DC 24V，且是一體化工業(yè)級電源模塊與雙電源模塊形式，可以利用二極管隔離輸出回路，而每一塊電源模塊的輸出回路都具備電源監(jiān)視功能【2】。

2.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC是一種應(yīng)用范圍廣泛的可編程邏輯控制器，具有可擴(kuò)展性強(qiáng)、性能可靠以及網(wǎng)絡(luò)配置靈活等優(yōu)勢，受環(huán)境影響較小。在進(jìn)行改造設(shè)計(jì)的過程中，為了使控制系統(tǒng)更加可靠，主變冷卻器控制系統(tǒng)應(yīng)用了西門子企業(yè)研發(fā)的S7-300型PLC這一核心組件，并利用相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了監(jiān)控系統(tǒng)的接入。

2.3邏輯設(shè)計(jì)

邏輯設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)較多，主要包括分組設(shè)定、PLC自動(dòng)控制邏輯等，需加強(qiáng)重視。①分組設(shè)定。某電站當(dāng)中含有三臺主變壓器，每一臺主變壓器都設(shè)置了七個(gè)冷卻器，為了保障在不同運(yùn)行情況下主變壓器的溫度都能保持在合理范圍內(nèi)，需要對主變冷卻器進(jìn)行分組設(shè)定?？梢栽谶壿嬙O(shè)計(jì)上對冷卻器進(jìn)行固定分組設(shè)定，例如將1號與4號冷卻器分為一組、2號與5號冷卻器分為一組、3號與6號冷卻器分為一組、7號冷卻器單獨(dú)設(shè)置一組【3】。組別設(shè)定方式有很多，例如123、231等。若冷卻器的分組定時(shí)器的時(shí)間超過了三千小時(shí)，主變冷卻器控制系統(tǒng)就會自動(dòng)切換組別方式，從而增強(qiáng)冷卻器運(yùn)行時(shí)間的均勻性。②PLC自動(dòng)控制邏輯。主變冷卻器PLC控制邏輯如圖一所示。主變冷卻器控制邏輯包括冷卻器啟動(dòng)邏輯、延時(shí)停冷卻器邏輯、組別自動(dòng)切換邏輯。第一，冷卻器啟動(dòng)邏輯。當(dāng)主變壓器高壓側(cè)的隔離開關(guān)合閘時(shí)會自動(dòng)啟動(dòng)“主用”冷卻器組;當(dāng)主變線的溫度超過65℃時(shí)會自動(dòng)啟動(dòng)“一備”冷卻器組，包括7號冷卻器;當(dāng)主變線的溫度超過75℃會自動(dòng)啟動(dòng)“二備”冷卻器組。總之，三組冷卻器的啟停是相互獨(dú)立的，可以避免出現(xiàn)由接點(diǎn)動(dòng)作異常造成的多組冷卻器同時(shí)啟動(dòng)等問題。第二，延時(shí)停冷卻器邏輯。隔離開關(guān)出現(xiàn)分閘動(dòng)作時(shí)，“主用”冷卻器會自動(dòng)停止;當(dāng)主變線的溫度超過65℃時(shí)，“一備”冷卻器組會延時(shí)30分鐘后再停止;當(dāng)主變線的溫度超過75℃時(shí)，“二備”冷卻器組會延時(shí)一小時(shí)后再停止運(yùn)行。第三，組別自動(dòng)切換邏輯。若冷卻器出現(xiàn)故障等異常情況，主變冷卻器控制系統(tǒng)可以自動(dòng)切除異常冷卻器，并自動(dòng)排列組別，確保其他冷卻器可正常運(yùn)行。

2.4通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要在每一個(gè)主變冷卻器的控制柜當(dāng)中安裝可編程控制器，該控制器的人機(jī)界面是液晶觸摸屏，通信方式應(yīng)用的是MPI。通過人機(jī)界面可以實(shí)時(shí)展現(xiàn)冷卻器的運(yùn)行狀況以及交流電源的狀態(tài)和故障信號。檢修人員可以通過人機(jī)界面切換狀態(tài)，修改定值。應(yīng)用了PLC的主變冷卻器控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)穿越，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，為后續(xù)維護(hù)與檢修提供便利。同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)用了光纖，提高了通信效率。

3.以PLC為基礎(chǔ)的主變冷卻器控制系統(tǒng)的功能

3.1組別自動(dòng)切換功能

在進(jìn)行改造設(shè)計(jì)時(shí)，在PLC內(nèi)部增加了組別自動(dòng)切換功能，若冷卻器分組定時(shí)器超過了規(guī)定時(shí)間，PLC就會重新設(shè)定每一組冷卻器的運(yùn)行時(shí)間。其中，運(yùn)行時(shí)間最短的冷卻器是“主用”冷卻器，而運(yùn)行時(shí)間最長的是“二備”冷卻器，運(yùn)行時(shí)間處于兩者之間的是“一備”冷卻器【4】。同時(shí)，為了提高切換質(zhì)量，在進(jìn)行自動(dòng)切換時(shí)，1號與7號冷卻器需要處于運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中，完成組別自動(dòng)切換之后，冷卻器分組定時(shí)器就會清零。

3.2手動(dòng)設(shè)定組別功能

運(yùn)行人員可以通過系統(tǒng)當(dāng)中的人機(jī)界面設(shè)置冷卻器的組別方式，若運(yùn)行人員在設(shè)置過程中出現(xiàn)了錯(cuò)誤，系統(tǒng)也會自動(dòng)更改組別方式，避免出現(xiàn)組別設(shè)定錯(cuò)誤造成的冷卻器異常啟動(dòng)等情況。

3.3手動(dòng)控制功能

以PLC為基礎(chǔ)的主變冷卻器控制系統(tǒng)不僅含有自動(dòng)控制回路功能，也具有手動(dòng)控制回路功能。為了滿足傳統(tǒng)保持性回路的功能要求以及PLC開出保持回路的功能要求，可以將冷卻器的手動(dòng)控制回路方式的接點(diǎn)信號設(shè)計(jì)成雙接點(diǎn)，從而使一個(gè)接點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)控制，一個(gè)接點(diǎn)與PLC模塊相連接，進(jìn)行冷卻器運(yùn)行的遠(yuǎn)程控制【5】。手動(dòng)控制回路與PLC無關(guān)，即使PLC出現(xiàn)故障，也可以通過手動(dòng)控制進(jìn)行回路控制，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

3.4冷卻器全停出口功能

若主變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障，主變壓器保護(hù)可以通過硬接線的方式直接與控制柜當(dāng)中的消防接點(diǎn)連接，切除裝置當(dāng)中的電源輸出，停止冷卻器運(yùn)行。其次，運(yùn)行人員若需要恢復(fù)雙電源自動(dòng)切換裝置的供電，就需要將控制柜面板上的跳動(dòng)力電源開關(guān)恢復(fù)到原來的位置。

3.5控制柜內(nèi)溫濕度控制功能

控制柜當(dāng)中含有溫濕度傳感器，可以將這一傳感器的信號與PLC連接起來，這樣就可以通過PLC了解控制柜當(dāng)中的溫濕度情況，并自動(dòng)開啟或停止加熱器與風(fēng)機(jī)，確?？刂乒癞?dāng)中的溫濕度在合理范圍內(nèi)。

3.6SOE記錄功能

若不增設(shè)任何一款硬件或軟件，可以充分利用PLC掃描速度快這一優(yōu)勢開發(fā)SOE記錄功能。運(yùn)行人員可以利用SOE記錄功能詳細(xì)記錄系統(tǒng)當(dāng)中AI、DO、DI的變化情況，這樣就可以提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，為檢修人員分析設(shè)備情況、處理異常情況提供便利。SOE所記錄的數(shù)據(jù)可以傳送到三區(qū)數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，若設(shè)備出現(xiàn)故障，檢修人員就可以隨時(shí)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)的分析，及時(shí)處理設(shè)備的異常情況。

結(jié)語：

以PLC為基礎(chǔ)的主變冷卻器控制系統(tǒng)具有多重功能，例如組別自動(dòng)切換功能、手動(dòng)設(shè)定組別功能、手動(dòng)控制功能等，可有效滿足變電站的自動(dòng)化控制需求，增強(qiáng)了主變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性。

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