變壓器風冷系統控制器的研究

張金良

摘 要： 本文提出了一種以可編程控制器（PLC）為核心的變壓器風冷系統控制器，以全面實現變壓器冷卻系統的控制與通信功能。

本裝置的控制策略采用的是以變壓器的頂油溫度與變壓器的負荷相結合的方式，進行控制投切冷卻器，以平衡冷卻器組的累積運行時間為原則，進行冷卻器的循環投切使用，試運表明，該裝置不但可靠性、準確性高，還有顯著節能，延長設備使用壽命的效果。

關鍵詞：變壓器 可編程控制器 冷卻系統 自動控制

Abstract：. This paper proposes a programmable controller （PLC） as the core of the transformer air cooling system controller to the full realization of control and communication functions transformer cooling system.

The device uses the control strategy is based on the top oil temperature of the transformer and the transformer load combination， controlled switching cooler， cooler cumulative run time balance group of principle and conduct a cooler cycle switching use ， trial operation showed that the device not only reliability， high accuracy， as well as significant energy savings， extended equipment life results.

Keywords：Transformer；Programmable logical controller；Colling system；Automatic control

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）09-0288-02

引言

電力變壓器的運行條件是影響變壓器的使用壽命和運行安全可靠性的重要因素之一，而變壓器運行的溫度狀況則是諸多影響因素中最至關重要的一個，因此監測和控制變壓器的運行溫度就顯得十分重要了，那么變壓器冷卻控制系統的不斷改進和升級便是大勢所趨。

在以電氣控制線路中的繼電開關來實現控制的傳統的變壓器冷卻控制系統中，冷卻系統頻繁啟動，再加上繼電開關老化、腐蝕，那么出現故障的概率就會大大提高，況且繼電開關無法實現通信功能。針對這一系列缺點，本文提出用可靠性高、功能強的PLC代替傳統的繼電式開關對冷卻系統進行控制，以提高變壓器運行的穩定性，延長其使用壽命，按照這一思路，設計出了一種以PLC為核心控制元件的變壓器新型風冷控制系統。

一、在電力變壓器運行規程中有關風冷控制的相關規定

電力變壓器的風冷控制系統設計必須嚴格符合電力變壓器運行（DL/T572-95）中有關電力變壓器運行及冷卻裝置的規定，有關規定如下。

1.電力變壓器的冷卻系統應符合下列要求

1.1油浸式的變壓器的本體冷卻裝置應符合GB6451中要求；

1.2全部冷卻裝置的安裝，都應嚴格按制造廠的規定執行；

1.3每個冷卻器的“工作”“備用”“停運”狀態，可通過控制開關手柄位置來進行選擇；

1.4強油循環式冷卻系統，必須有能自動切換的兩個獨立工作的電源，當主電源發生故障時，應自動投入備用電源，同時發出燈光及音響信號，而當主電源恢復工作時，備用電源應自動退出；

1.5強油循環電力變壓器，當冷卻器因故障而被切除時應發出燈光及音響信號，并自動投入備用冷卻器；

1.6油泵及風扇的附屬電動機必須裝有短路、過負荷及斷相保護，油泵處應裝有監視其轉向的裝置；

1.7強油循環冷卻的電力變壓器，應按負載和溫度的變化對冷卻器進行投切控制。

2.有關油浸式變壓器的頂層油溫的相關規定

油浸式變壓器的頂層油溫，一般按規定不應超過表1中所列相應數值，當冷卻介質的溫度較低時，頂層油溫會隨之相應降低。對自然循環冷卻式電力變壓器而言，其頂層油溫一般不應超過85℃。

3.強迫油循環冷卻式電力變壓器的運行條件

3.1強迫油循環冷卻式電力變壓器運行時，必須將冷卻器投入。當電力變壓器在輕載或空載狀態下，不應投入過多的冷卻器（空載狀態下可以短時不投冷卻器）。在不同負載下，應按制造廠的規定，投入相應臺數的冷卻器。并確保投切冷卻器的自動控制裝置能按負載和溫度的變化做出正確的投切決策。

3.2當強迫油循環風冷變壓器的冷卻器因冷卻系統故障而被全部切除時，允許電力變壓器帶額定負載運行20分鐘。如運行20分鐘后頂層油溫未達到75 ℃，則可繼續運行，但這種狀態下最長運行時間不得超過1小時。

二、基于PLC的變壓器風冷控制系統的工作原理

在此變壓器風冷控制系統中PLC為核心控制元件，此風冷控制系統的結構原理如圖1所示。PLC邏輯控制模塊采集變壓器環境（包括變壓器負荷、油溫等）、電源狀態、風冷裝置狀況等信息，通過綜合判斷所采集信息產生控制決策，并通過通訊模塊將變壓器、風冷系統及風冷裝置的信息上傳給上位機，同時接收上位機的命令，來實現風冷系統的智能控制。

三、變壓器油溫自動控制的方法

因風冷裝置的工作特性，且只能按組投切，要實現自動控制變壓器油溫的功能，在設計中需采用斷續負反饋控制方式。自動控制系統如圖2所示，在此控制系統中，被控量是變壓器頂層油溫，被控對象是風冷裝置，執行機構是固態繼電器，控制器是PLC，溫度控制器作為變送器，將引起油溫變化的因素（繞組溫度、環境溫度和負荷變化）作為外部擾動。

當變壓器負荷或環境溫度等因素引起油溫變化時，溫度控制器將采集到的油溫與要求參考溫度進行對比并將數據送入PLC，然后可編程控制器根據已編好的控制程序產生控制風冷裝置投切的控制決策，通過固態繼電器執行投切決策，進而投切冷卻器控制油溫。

此控制系統采用的斷續負反饋控制不同于一般的隨動負反饋控制和恒值負反饋控制，斷續負反饋控制的特點是控制系統對被控對象的控制作用是不連續的，與此對應的是，當被控量因外部擾動而變化時，經控制作用，被控量（變壓器油溫）最終穩定在某一溫度范圍內，而不是一個定值上。

四、按累計時間投切控制

與繼電式控制方式不同，投切的只是處于“輔助”運行狀態的風冷裝置，采用溫度負反饋方式，取消了“工作” “備用” “輔助”的區分方式，而是以冷卻裝置的累計運行和停止時間為判斷依據，使有差值裕度的投切策略產生投切某組風冷裝置的控制決策。

那么該怎樣界定冷卻裝置的累計運行與停止時間呢？冷卻裝置每次投入運行的時間為累計運行時間，從冷卻裝置投入運行開始計時，到冷卻裝置退出運行為止這一時間段，退出運行計時清零，待下一次投入運行后重新開始計時。累計停止時間表示冷卻裝置每次退出運行的時間，從冷卻裝置退出運行開始計時，冷卻裝置投入運行為止，投入運行計時清零，待下次退出運行后重新開始計時。

有差值裕度的溫度控制投切與按累計時間控制投切綜合做出具體投切某組冷裝置的工作流程如圖3所示。

首先有差值裕度閥值的投切控制策略產生是否投切控制決策的輸出；然后判斷是否允許進行投切控制，因為在剛做完投切風冷裝置動作后必須延時一段時間待變壓器油溫穩定后再做投切動作，否則在短時間內會投入或切除過多的風冷裝置，可能造成風冷裝置的頻繁投切。

如果允許投切，則進行投切處理；如果不允許投切，則進入是否有風冷裝置累計運行時間超時的判斷；如果判斷有風冷裝置累計運行時間超時，則執行切處理，風冷裝置累計運行時間最長的被切除；若沒有風冷裝置累計運行時間超時，則反回到有差值裕度閥值的投切器。

投入風冷裝置的過程是選取累計停止時間最長的風冷裝置，由固態繼電器控制投入，風冷裝置投入后開始計時累計運行時間；切除冷卻器的過程是選取累計運行時間最長的風冷裝置，由固態繼電器控制切除，風冷裝置切除后開始計時停止時間。

五、結束語

該控制系統采用軟件設計代替原來的繼電器控制方式，去掉了原來繁雜的邏輯電路，并將網絡技術、計算機技術和可編程控制器（PLC）進行有機結合，使控制對象分散、結構功能分層，使龐大的硬件邏輯電路得到簡化改善，不僅大大地提高了系統的穩定性，還能將系統的運行狀態及時反映到上位機，實現了對遠程的監控作用。

參考文獻

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