基于PLC的主變冷卻器控制系統的改造設計

徐思遠

摘要：主變壓器是變電站的關鍵設備，影響著變電站的運行，而主變冷卻器控制系統又至關重要。但是，傳統的主變冷卻器控制系統應用的是電磁型繼電器控制方式，存在控制方式復雜、功能簡單以及維護困難等問題，為了推動變電站的發展應當結合PLC進行主變冷卻器控制系統的改造設計，即進行主回路設計、控制系統設計、邏輯設計與通信系統設計，從而實現組別自動切換等功能。

關鍵詞：PLC;主變冷卻器;控制系統

前言：

主變壓器在變電站中發揮著重要作用，具有改變電壓等級、輸送交流電能等功能，但是主變壓器在進行能量與電壓轉換時會產生熱量，若沒有及時排出熱量將會造成溫度上升，可能會導致主變壓器停運。這就需要利用主變冷卻器控制系統降低主變壓器的溫度，而傳統的控制系統存在較多問題，需要在PLC的基礎上進行系統改造設計。

1.PLC分析

PLC又被稱之為可編程邏輯控制器，是由多個部件共同構成的，例如CPU、指令、電源等，可以通過可編程儲存器存儲執行各項指令，也可以通過輸入輸出進行機械設備與生產過程的控制【1】。PLC當中含有微處理器，可進行自動化控制與數字運算，且具有通信、診斷等功能。同時，相比于傳統的控制器，PLC具有多重優勢。首先，PLC具有較高的可靠性。PLC采用的是單片微型計算機，集成度較高，可以保護電路，也可以進行自我診斷，有利于增強系統的可靠性。其次，PLC的編程難度較小。PLC的編程指令較少，甚至不具備專業知識的人也可以進行編程。再次，PLC的組態較為靈活，積木式結構的組合較為簡單。此外，PLC的功能模塊較全、安裝較為簡單，運行速度也比較快。

2.以PLC為基礎的主變冷卻器控制系統的改造

2.1主回路設計

主變冷卻器控制系統當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，為了達到兩路交流電源自動切換的目的，在控制柜當中安裝了雙電源自動切換裝置，若工作電源出現故障，備用電源就會自動投入，并發出故障信號。其次，主變冷卻器控制系統的控制電源應用了DC 24V，且是一體化工業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視功能【2】。

2.2控制系統設計

PLC是一種應用范圍廣泛的可編程邏輯控制器，具有可擴展性強、性能可靠以及網絡配置靈活等優勢，受環境影響較小。在進行改造設計的過程中，為了使控制系統更加可靠，主變冷卻器控制系統應用了西門子企業研發的S7-300型PLC這一核心組件，并利用相應網絡進行了監控系統的接入。

2.3邏輯設計

邏輯設計的環節較多，主要包括分組設定、PLC自動控制邏輯等，需加強重視。①分組設定。某電站當中含有三臺主變壓器，每一臺主變壓器都設置了七個冷卻器，為了保障在不同運行情況下主變壓器的溫度都能保持在合理范圍內，需要對主變冷卻器進行分組設定。可以在邏輯設計上對冷卻器進行固定分組設定，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號冷卻器單獨設置一組【3】。組別設定方式有很多，例如123、231等。若冷卻器的分組定時器的時間超過了三千小時，主變冷卻器控制系統就會自動切換組別方式，從而增強冷卻器運行時間的均勻性。②PLC自動控制邏輯。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邏輯、延時停冷卻器邏輯、組別自動切換邏輯。第一，冷卻器啟動邏輯。當主變壓器高壓側的隔離開關合閘時會自動啟動“主用”冷卻器組;當主變線的溫度超過65℃時會自動啟動“一備”冷卻器組，包括7號冷卻器;當主變線的溫度超過75℃會自動啟動“二備”冷卻器組。總之，三組冷卻器的啟停是相互獨立的，可以避免出現由接點動作異常造成的多組冷卻器同時啟動等問題。第二，延時停冷卻器邏輯。隔離開關出現分閘動作時，“主用”冷卻器會自動停止;當主變線的溫度超過65℃時，“一備”冷卻器組會延時30分鐘后再停止;當主變線的溫度超過75℃時，“二備”冷卻器組會延時一小時后再停止運行。第三，組別自動切換邏輯。若冷卻器出現故障等異常情況，主變冷卻器控制系統可以自動切除異常冷卻器，并自動排列組別，確保其他冷卻器可正常運行。

2.4通信系統設計

在進行通信系統設計時，需要在每一個主變冷卻器的控制柜當中安裝可編程控制器，該控制器的人機界面是液晶觸摸屏，通信方式應用的是MPI。通過人機界面可以實時展現冷卻器的運行狀況以及交流電源的狀態和故障信號。檢修人員可以通過人機界面切換狀態，修改定值。應用了PLC的主變冷卻器控制系統可以實現網絡穿越，進行遠程控制，為后續維護與檢修提供便利。同時，系統應用了光纖，提高了通信效率。

3.以PLC為基礎的主變冷卻器控制系統的功能

3.1組別自動切換功能

在進行改造設計時，在PLC內部增加了組別自動切換功能，若冷卻器分組定時器超過了規定時間，PLC就會重新設定每一組冷卻器的運行時間。其中，運行時間最短的冷卻器是“主用”冷卻器，而運行時間最長的是“二備”冷卻器，運行時間處于兩者之間的是“一備”冷卻器【4】。同時，為了提高切換質量，在進行自動切換時，1號與7號冷卻器需要處于運行狀態當中，完成組別自動切換之后，冷卻器分組定時器就會清零。

3.2手動設定組別功能

運行人員可以通過系統當中的人機界面設置冷卻器的組別方式，若運行人員在設置過程中出現了錯誤，系統也會自動更改組別方式，避免出現組別設定錯誤造成的冷卻器異常啟動等情況。

3.3手動控制功能

以PLC為基礎的主變冷卻器控制系統不僅含有自動控制回路功能，也具有手動控制回路功能。為了滿足傳統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控制回路方式的接點信號設計成雙接點，從而使一個接點進行手動控制，一個接點與PLC模塊相連接，進行冷卻器運行的遠程控制【5】。手動控制回路與PLC無關，即使PLC出現故障，也可以通過手動控制進行回路控制，增強了系統的可靠性。

3.4冷卻器全停出口功能

若主變壓器內部出現故障，主變壓器保護可以通過硬接線的方式直接與控制柜當中的消防接點連接，切除裝置當中的電源輸出，停止冷卻器運行。其次，運行人員若需要恢復雙電源自動切換裝置的供電，就需要將控制柜面板上的跳動力電源開關恢復到原來的位置。

3.5控制柜內溫濕度控制功能

控制柜當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了解控制柜當中的溫濕度情況，并自動開啟或停止加熱器與風機，確保控制柜當中的溫濕度在合理范圍內。

3.6SOE記錄功能

若不增設任何一款硬件或軟件，可以充分利用PLC掃描速度快這一優勢開發SOE記錄功能。運行人員可以利用SOE記錄功能詳細記錄系統當中AI、DO、DI的變化情況，這樣就可以提供相應的數據信息，為檢修人員分析設備情況、處理異常情況提供便利。SOE所記錄的數據可以傳送到三區數據庫當中，若設備出現故障，檢修人員就可以隨時進行設備狀態的分析，及時處理設備的異常情況。

結語：

以PLC為基礎的主變冷卻器控制系統具有多重功能，例如組別自動切換功能、手動設定組別功能、手動控制功能等，可有效滿足變電站的自動化控制需求，增強了主變壓器運行的穩定性、可靠性與經濟性。

參考文獻

[1]楊虎， 付恩狄. 基于PLC的主變冷卻器控制系統的改造設計[J]. 廣西電力， 2020， 043（002）：79-81，85.

[2]祝石厚， 卓旺權， 張淑芳. 基于PLC的500kV主變冷卻器控制系統可靠性分析[J]. 電力安全技術， 2019， v.21;No.273（01）：65-68.

[3]林豐應. 基于PLC的煤礦主通風機變頻電控系統改造設計[J]. 山東煤炭科技， 2020， No.240（08）：89-91+98.

[4]金興偉、石存秀、湯秀紅. 基于PLC控制的一體化污水處理設備控制系統改造設計[J]. 湖北工業職業技術學院學報， 2020， v.33;No.151（04）：85-87.

[5]劉迎新. 基于PLC與變頻技術的主變風冷控制柜設計[J]. 輕松學電腦， 2019， 001（027）：P.1-1.