电力变压器冷却器的自动化监控系统分析_郭辉煌.pdf

Application 创新应用194 电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月地”位置时，冷却器可通过转换开关来实现手动、自动控制方式的选择。（1）手动控制。将手/自动控制转换开关转到“手动”位置，配合投入/切除旋钮即可控制冷却器的投切，可供紧急情况或检修人员测试使用。（2）自动控制。将手/自动控制转换开关转到“自动”位置，信号被送入PLC。当满足以下条件时，可实现冷却器的自动启停。变压器运行。变压器运行工况经主控室送至控制柜，变压器运行时自动启动一组冷却器作为工作冷却器。变压器负荷电流超过设定值。变压器过负荷信号来时，依次投入两组冷却器作为辅助冷却器。过负荷信号失去时停止辅助冷却器。变压器顶层油温超过设定值。变压器顶层油温超过设定值2时，自动启动第一组辅助冷却器，超过设定值3时自动启动第二组辅助冷却器；油温低于设定值2时停止第二组辅助冷却器，低于设定值1时停止第一组辅助冷却器。信号回路。控制柜内设置了运行、故障、开关阀及过载指示灯，其他信号均经无源电气接点引至端子排，供现场用户自行选择取用。另外，触摸屏上也有相应的信号显示画面，重要信号将同步远传至主控室。一旦对应的信号来临，现场或主控室中的工作人员都能及时了解到冷却系统的工作情况，0 引言随着电力变压器容量增大，对其散热问题的考虑就变得尤为重要了，冷却系统也因此应运而生。稳定可靠的冷却系统可维持变压器的正常运行，并保证其使用寿命。探讨的系统采用西门子1200系列PLC作为控制的核心部件，以触摸屏为人机界面实现数据的显示和现场操控，通过MODBUS实现数据与信号的远传通信。1 冷却器自动监控系统 1.1 冷却系统原理本系统利用电力变压器顶层油面温度信号和二次侧负荷电流信号来控制冷却器的启停。同时，通过接入冷却器的水流、油流、水压、水温与油温等信号，来判断冷却器的故障情况，并在现场人机界面上显示或远传至主控室数据库。整个冷却系统主要由水冷却器、冷却器本体端子箱、控制柜与变压器本体端子箱构成，此处主要介绍控制柜部分，它由低压电气元件、PLC与触摸屏等主要设备组成。1.2 冷却系统控制过程远方控制。将远方/就地控制开关转到“远方”位置时，冷却器不受变压器状态影响，由主控室控制。就地控制。将远方/就地控制开关转到“就作者简介：郭辉煌，特变电工衡阳变压器有限公司，工程师；研究方向：电力变压器冷却系统控制、高低压开关柜。收稿日期：2022-08-17；修回日期：2023-05-12。摘要：阐述基于PLC的冷却器自动化监控系统的设计方案，包括系统的硬件设计、PLC软件设计、人机界面组态设计等。系统中的冷却器是对电力变压器进行冷却的一种设备，通过对变压器顶层油面温度及负荷电流情况的参数进行综合分析，从而控制冷却器的启停。关键词：控制系统，PLC，冷却器，监控系统。中图分类号：TM41文章编号：1000-0755(2023)05-0194-02文献引用格式：郭辉煌，唐立文.电力变压器冷却器的自动化监控系统分析J.电子技术,2023,52(05):194-195.电力变压器冷却器的自动化监控系统分析郭辉煌，唐立文（特变电工衡阳变压器有限公司，湖南 421007）Abstract This paper describes the design scheme of the cooler automatic monitoring system based on PLC,including the hardware design,PLC software design,man-machine interface configuration design,etc.The cooler in the system is a kind of equipment for cooling the power transformer.Through comprehensive analysis of the parameters of the top oil surface temperature and load current of the transformer,the start and stop of the cooler can be controlled.Index Terms control system,PLC,cooler,monitoring system.Analysis of Automatic Monitoring System for Power Transformer CoolerGUO Huihuang,TANG Liwen(TBEA Hengyang Transformer Co.,Ltd.,Hunan 421007,China.)Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月 195并针对其当前工况及时采取相应措施。2 控制系统硬件部分设计 2.1 原理图设计（1）动力电源。本系统由两路AC380/220V电源供电，二者互为备用，主备用电源的选用通过转换开关实现。（2）冷却器供电与控制回路。冷却器采用独立的供电与控制回路，任意一台冷却器故障或退出均不会影响其他冷却器。（3）控制电源。控制电源采用两路直流电源供电，分别来自现场直流屏与UPS电源。直流电源由开关电源模块转换成DC24V后供给控制系统。（4）PLC控制回路。PLC输入端引入变压器工况数据和冷却器状态信号，经程序处理后发出相应的启停冷却器指令。2.2 元器件选型（1）PLC选型。选用西门子PLC S7-1200，该产品规模适中，处理能力较强。（2）触摸屏选型。选用西门子TP900精智屏，为触摸屏操控设计，1 600万色LED背光，16:9宽屏显示。（3）低压电气元件选型。柜内电气元件主要选用西门子品牌，采用菲尼克斯端子。3 软件部分设计 3.1 控制流程控制系统接收到变压器运行信号时，若当前系统处于远程控制状态，则通过主控室内的启/停控制按钮来控制冷却器的投退；若当前系统处于就地控制状态，则可通过控制柜内门面板上的转换开关来选择冷却器的手/自动控制方式。手动方式下，通过各台冷却器对应的旋钮可控制其投入/退出状态。自动方式下则首先投入一台冷却器作为工作组，再分析当前变压器顶层油面温度、负荷电流情况及冷却器状态，根据实际需要投入辅助、备用冷却器。3.2 PLC程序设计PLC程序采用博图软件TIA Portal设计，主要设计思路为：由组织块OB调用功能块FB，FB1中调用了系统主程序、故障报警程序以及与人机界面互通需要的其他程序；FB2中调用了通讯用的数据块；FB3中调用了通讯用的块。明确的功能分区有利于读程序和功能维护等后续操作。编程流程如下：（1）系统设备和网络组态；（2）可编程控制器组态；（3）编辑变量表；（4）编程与画面组态；（5）调试运行。3.3 触摸屏软件设计触摸屏程序采用博图软件TIA Portal设计，主要思路为体现当前冷却器的工作方式，即是作为工作、辅助还是备用组冷却器开启；体现冷却器、系统电源和其他设备的工作状态；模拟就地手动操作功能；体现冷却器启动条件信号、故障信号及系统监测到的其他信号；可就地改变设定值；可就地方便观察系统采集到的各种工况数据等。4 硬件设计及软件编程技术在控制系统设计选型和编程组态过程中需注意以下细节问题。（1）在选择双回路动力电源和控制电源前需与现场沟通好，明确电源类型与容量等。（2）确认冷却器技术参数，保证其供电与保护回路能可靠高效运行。（3）配置可编程控制器时要注意中央处理器通讯方式的选取，以及模拟量模块对取样数据的兼容性。（4）编程过程中注意PLC各输入输出类型的选择，避免在处理数据时遇到不必要的数据转换环节。（5）组态过程中注意变量的对应关系及数据的类型选择等。5 结语本系统采用硬件直连控制柜实现对电力变压器冷却器的控制，并通过通讯方式将现场各种数据传送至主控室，同时可在控制柜人机界面上观察各种工况信息。可靠性是电气设备的关键性能，PLC采用现代大规模集成电路技术和严格的生产工艺来制造内部电路，具有非常好的抗干扰性；此外，PLC还具有控制能力强、构成系统简单、设计周期短以及可维护性好等特点，从而保证了控制系统的稳定性。MODBUS通讯方式以其高速、安全等性能为资源的有效利用和工作效率的提高提供了有力保障。参考文献1 向晓汉.西门子PLC高级应用实例精解M.北京：机械工业出版社,2010.2 崔坚.西门子工业网络通信指南M.北京：机械工业出版社,2005.3 柴瑞娟,孙承志,孙书芳,等.西门子PLC高级培训教程M.北京：人民邮电出版社,2009.4 高强,马丁.西门子PLC 200/300/400应用程序设计实例精讲M.北京：电子工业出版社,2009.5 谢毓城,保定天威保变电气股份有限公司组.电力变压器手册M.北京：机械工业出版社,2014.6 吕品.PLC和触摸屏组合控制系统的应用J.自动化仪表,2010,31(08):45-47+51.7 宋伯生.PLC网络系统配置指南M.北京：机械工业出版社,2011.8 常玮.PLC控制系统干扰及抗干扰措施研究J.通讯世界,2017(23):321-322.9 毛源,黄栋.冶金电力变压器强迫油循环导向冷却器的设计与应用J.电气应用,2013,32(20):58-61.10 李长华,齐向东.基于WinCC的变压器冷却监控系统设计J.电子器件,2014,37(04):763-766.