基于PLC设计的变压器冷却控制方案

基于PLC设计的变压器冷却控制方案

彭仨姓，夏友才，黄梓茁，吴勇，张钦渭，刘志鹏

特变电工衡阳变压器有限公司421001

摘要：非自然冷却的变压器需依靠可靠、高效的冷却控制方案对冷却系统进行控制，以达到控制变压器温升、确保运行性能的目的。基于PLC设计的变压器冷却控制系统具有硬件简单、自动化程度高、维护方便、可靠性高的优点。本文以实际应用为例，阐明基于PLC设计的变压器冷却控制方案。

关键词：PLC、变压器、冷却控制、冷却系统

1引言

油浸式变压器内部温度过高将导致变压器绝缘受损，影响变压器的运行性能和寿命。在实际运行中，变压器受负荷大小改变以及气温变化影响，其内部温度随之波动。因此，变压器需要高效可靠的冷却控制系统对变压器温度进行控制。常规变压器冷却控制系统采用继电器搭建，机械触点多、回路复杂，且冷却设备投/切不灵活、维护成本高。为解决这类问题，现采用PLC控制器对变压器冷却系统进行控制，其结构简单、自动化程度高、维护方便，能满足各类型变压器冷却控制的需求。

2控制需求

以实际应用为例，对型号为OSFPS-JT-1000000/500的单台变压器的风冷却器进行冷却控制方案设计。单个冷却器由1个油泵、4个风机组成，共7个冷却器，控制需求如下表1。

表1变压器冷却系统控制需求

除上述运行控制的需求外，冷却器控制系统还应能检测和显示故障状态、发出告警和保护信号，以便运行人员根据运行状态和故障类型及时做出应对措施，确保变压器运行安全。

3控制系统

3.1 系统工作原理

冷却系统控制原理如图1。由两个油面温控器检测变压器油面温度，当温度达到设定值，给出非电量开关信号。PLC获取温度信号后进行判断，输出变压器冷却器的启/停指令。另由安装于变压器高压侧套管的电流互感器测量变压器电流，输入电流继电器整定比较，给出冷却器按负荷启动信号，经PLC判断输出冷却器启/停指令。

图1冷却系统控制原理图

3.2 主电路

根据变压器冷却控制需求，工作冷却器在变压器投运后连续运行，辅助冷却器在变压器温度上升到65℃时投入运行，而备用冷却器在其它冷却器出现故障或变压器温度达75℃并维持一定时间后投入运行。为避免部分冷却器运行时间过长导致故障率提高，做到合理分配各个冷却器的工作时间，需通过PLC程序对冷却器的分组进行定期轮换。因此，在设计主电路时将每个冷却器的电源回路独立，7个冷却器均由单独的交流接触器控制。每个冷却器的油泵和风机都有各自的电机保护器。如油泵或风机发生过电压、过电流、过载、缺相等情况，由电机保护器辅助接点将故障发送给PLC，再由PLC经逻辑判断发出指令切除故障冷却器，同时发出告警信号。冷却器主电路示意如图2。

图2冷却器主电路示意图

3.3 控制电路

根据变压器冷却器控制需求，对PLC的输入、输出地址进行分配，如表2所示。

表2 PLC I/O分配表

根据I/O分配表，选择西门子6ES7288-1ST60-0AA0型PLC作为主控制器，其硬件资源包括36位数字量输入、24位数字量输出，可满足系统设计需求。

根据I/O分配表设计控制系统如图3所示，变压器温度、负荷扩展回路及运行、故障显示回路如图4所示。

图3冷却器控制系统I/O接线图

图4 温度及负荷信号、运行及故障显示接线图

用于冷却器控制的温度及负荷信号经中间继电器K1~K4扩展后输入PLC的I0.0~I0.4。用于选择PLC工作/试验模式的转换开关SA2接点接入I0.5。转换开关S1~S7用于切换7组冷却器的手动/自动模式，经I0.7~I1.5接至PLC。主回路中的动力电源有两路，互为备用，KMS1和KMS2为两路电源的接触器接点，接入I1.6~I1.7。冷却器油流故障及电机故障接入I2.0~I3.5。此外，主变保护强制停止冷却器信号经继电器K7扩展后接入I3.6。

在PLC的输出侧，冷却器启动信号经Q0.0~Q0.6输出，与继电器KD1~KD7的线圈连接。KD1~KD7触点与相应的接触器线圈构成冷却器启停控制回路。冷却器的运行或故障信号则经Q1.0~Q2.5输出，与继电器KD9~KD22连接，最终将运行或故障状态就地显示并上送至用户端。

3.4 系统软件设计

冷却控制系统的软件流程图如图5。

通过自投开关SA2选取工作/试验状态，当SA2的1-2接点接通时，控制系统处于工作状态。当SA2的1和2接点断开时，控制系统处于试验状态。

冷却控制系统设有手动、自动模式。当需要手动控制冷却器时，将转换开关S1~S7切换到手动位置，接点1-2接通时启动冷却器，接点3-4接通时停止冷却器。一般情况下，将转换开关S1~S7打至5-6接点位置，控制系统处于自动模式，冷却器可由变压器油温、负荷信号控制。

在自动控制模式下，7个冷却器的分组依次轮换，轮换周期为7天。当变压器处于运行状态时， 3个工作冷却器启动运行；当变压器油面温度达到65℃或负荷达到67%时，增加3个辅助冷却器投入运行；当油面温度低于50℃时，3个辅助冷却器退出运行；当任一冷却器故障或当变压器油温达75℃并维持一定时间后，PLC发出指令投入1个备用冷却器。

为保证变压器运行安全，当冷却器全部停运时，由PLC发出冷却器全停瞬时告警信号；当冷却器全部停运后如油温未达到75℃，则允许变压器继续运行1h后发出全停延时跳闸信号；当冷却器全部停运后油温达到75℃，则延时20min发出全停延时跳闸信号。当PLC发生故障时，提供PLC故障告警信号。

图5冷却控制系统软件流程图

4系统调试

变压器冷却控制系统硬件安装完成后，将程序下载到PLC存储器，进行通电试验。经测试：冷却控制系统在自动模式下能根据变压器油温和负荷信号，可靠、准确的启停冷却器；在手动模式下，可手动控制各个冷却器的启/停；各个指示灯指示信息准确，能正确反映冷却器的运行状态。

5结语

经试验，上述变压器冷却控制系统能根据变压器油温、负荷信号准确控制冷却器运行、停止，保证了变压器运行温度在安全范围内。此外，该冷却器控制系统自动化程度高、硬件简单，满足了变压器的实际控制需求。在运行维护方面，冷却控制程序灵活机动，能够为用户提供必要的告警和保护信号，方便用户及时采取必要措施，安全运行性能高。

作者简介：彭仨姓、本科、从事变压器二次设计