可编程序控制器在大型变压器冷却控制系统中的应用.pdf

第 3 9眷第 2期 2 0 0 2年 2 月 多/ I 百 夕蕊 叼 喇f iW R刁 挽 R V o l 3 9 F e b r u a ryN o 22 0 0 2 笼 犷 编 r F-序 主 赶 制 4 94 S V 在 口 悦 型 变 I M4 9 冷 却 挽 制 又 民 统 中 的 应 用 釜继民’ ， 赵登福‘ ，端木凡洲’ ， 1 西安交通大学电气学院， 陕西 西安 7 1 0 0 4 9 ; 2 . 陕西电力公司， 工 大学. 陕 西 西安 7 1 0 0 4 8 王灵芳3 陕西 西安7 1 0 0 0 4 3 西安理 摘要 介绍了 用于大型变压器冷却控制系 统的可 编程控制器的功能、 控制原if. 自 适应保护原理及软件 设价 关健词 变压器; 可编程序控制器; 冷却器; 运行; 自 适应保护 中国分类号 T M 4 1 0 . 5文献标识码 B文章编号 1 0 0 1 - 8 4 2 5 2 0 0 2 0 2 - 0 0 3 0 - 0 4 四 气 1 引言 大型变压器是变电站和发电厂的主要变电设备 之一 在其运行过程中， 绕组和铁心中的电磁能量损 耗大部分转变为热能， 并使变压器各部分温度升高。 国外有关文献对变压器温升、冷却系统采用的绝缘 液体冷却效率进行了分析川 ， 提出了大型变压器冷 却控制系统的智能控制[[z 1 。 阐明了大型变压器冷却 泵的智能模糊控制[[3 1 。但目 前国内的大型电力变压 器冷却控制系统大部分仍沿袭传统的继电式控制模 式这种控制模式存在着以下问题 ①冷却器控制回 路有设计缺陷【 4 1 ; ②因温度硬触点控制引起冷却器组频繁启停; ③热继电器 对冷却器组的保护功能不全; ④冷却器组设定为运行、 辅助、 备用、 停止四种 固定状态， 不能在线调整; ⑤继电式开关故障率较高。 上述问题影响了变压器的正常冷却效率和使用 寿命 对此， 本文介绍了如何采用高可靠性的可编程 序控制器 P L C 及其相应的开关量和模拟量模块， 配以变压器温度传感器， 冷却器电流、 电压传感器， 对变压器的冷却器控制与保护系统进行改造。提出 了采用变压器温度及温度变化率结合冷却器组累积 运行的时间， 自动均衡控制冷却器组运行状态， 并以 冷却器组运行电流、电压对冷却器组进行各种故障 自适应保护的原理和方法 远程控制 { 远 程 l} 制 5 } 11 1 } 控制冷却器组 -一 飞 可编程 电流和电压传感器 就地控制 与显示 变压器温度传-- ②变压器温度的数字显示; ③冷却器组电流的数显及联锁，实现冷却器组 的缺相、 短路、 电流过大与电源缺相等自 适应保护与 报警 ; ④与变电站微机监控系 统接口， 上传运行工况， 接受控制命令; ⑤变压器超温、冷却器全停保护与主变 保护相 配合; ⑥控制 装置电 源采 用交直流 2 2 0 V 互备用， 具 有 事件记忆和上电自启动及装置的自诊断功能; ⑦备用冷却器的投人， 如果是水冷却时， 漏水保 护和水与油压差保护功能。 3 冷却器组运行控制原理 冷却机组启停的条件是变压器的温度.其温度 测量值可表示为 2 控制系统的功能 根据大型变压器冷却系统的功能要求设计控制 系统。所设计的】 L C 控制系统配置结构见图1 , B k }k , 叉N 1 6 1 式中 k 变压器实际温度转化为 模拟量比 例系 数 万方数据 第 2照董继民、 赵登福、 端木凡洲、 王灵芳 可编程序控制器在大型变压器冷却径制系统中的L I Z 至 气 - P L C 数模转化比 例系数 入 变压器温度离散测量值 对测量值0 进行均值平滑处理后， 将变压器温度分为儿个不同的区域 可按图2 所示 很低低中 、\\\尸 尸 4 9 高 尸 一 \/ - 一 丫 、/\ \ 1 1 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 图2 变压器温度分区图 在每个区域， 根据温度变化值 A B 是上升还是 卜 降的趋势，并考虑机组的启停时间和实际系统工 况形成冷却器组运行综合控制解析式 了 任日 “么口 2温 t / 3 式中A O 一 一变压器温度2 m i n 变化率， ℃ t 冷却器组启停延时时间， m i n a . R 可调整因子，根据变压器的容量 度范围、 温度变化率、 散热条件和冷 却器组功率及运行经验综合考虑取 值 如某变电站的2 2 0 k V 变压器， 当其运行温度在 3 6 - 5 0 f 区域时， a , 口 与A B 的关系见表1 所示 表1 中R 为正值时表示启动冷却器延时时间， 负 值时表示关闭冷却器延时时间 △ 口 值的大小直接反映 r 变压器负载变化的大 小 当变压器负载突然急速增大时， 会引起变压器温 度的急速上升， 么 e 也会随之急剧增大;但当变压器 负载突然降低时，因变压器的散热不会象发热那样 快， A O 只 能缓慢降低。 因此， 反映变压器温度变化率 也即变压器负载变化情况的调节系数a 和启停冷却 器的时间系数R 就要适时改变。这样， 当变压器的温 度还没到达规定值时，就会因变压器温度的上升趋 势使冷却器组提前投人;同样当变压器温度在下降 阶段充分冷却后， 才能关闭冷却器组 否则过早关闭 冷却器组会使变压器温度再次上升引起冷却器组频 繁启停.滞后投人冷却器组会使变压器温度急剧上 升 以温度综合表达式控制的是冷却器的组数。当 式 2 中7 在一定的范围时， 启动相应的冷却器组 数一至于启停哪几组决定于每个冷却器组目前累积 运行时间的统计和排序。在排序中当冷却器组连续 运行一定时间后发出 一 个重新排序切换命令.使冷 却器组轮流工作， 均衡使用。同样 当有冷却器组投 退或故障时也发一个重新排序切换命令尽快启动 好冷却器组和退出故障或需检修冷却器组，并将退 出或故障冷却器组排在序列最后， 以故障 或退出 标志及排序将自然被淘汰但保留退出或故障冷却 器组当前累积运行时间值， 以备再恢复运行时使用。 在排序切换命令中同时记录有冷却器组的故障 与投退信号。正常状态下定时排序可防I L 冷却器组 的频繁切换，异常状态下实时排序可保证及时调整 运行冷却器组， 防止因某冷却器组运行时间最短， 应 该运行， 但却发生故障或人为退出， 其它机组无法自 动补上这种情况 4 冷却器组自适应保护原理 为克服传统冷却控制装置热继电器保护方法存 在的缺陷， 本文采用自适应保护原理 “ ， 使冷却器组 保护、 电源缺相保护和出口时间保护的整定值， 随冷 却器组运行状况和故障类型的实际情况而改变， 可 表示为 3 厂.、1.J.es 式中了 『 一一电流定值, A T p时间定值， s I s 冷却器组额定电流， A 只 电源三相电压开人逻辑量 I , 。 一 二 A， B CA B ， 乓 若调整系数 为使保护的定值按 卜 式整定， P L C 实时在线检 测冷却器组和供电电源的每相电流、变压器温度和 运行冷却器组数， 然后根据冷却器组运行状况、 故障 类型、变压器温度和电源状态等实时确定相应的调 整系数人 . 氛 如电源缺相， 在冷却器组运行时发生这种故障， 其判据为 1 至少有个开入逻辑量P .- O ; 2 1 l , , ,1 0 .5 C , C 为运行冷却器组数，即电源 表1 变压器温度在3 6 - 5 0 ℃时民日 与△ 0 对应取值表 介1- 5 3.01.3 59 1.8 1 1.7 0 。 。一 。 2 01.4 一一 1.51.3 -1.0 -1.5 -2.0 -250.6 0.7 0.8 0.9-25 -0 -15 -10 一 3.0T in 买 1斗| 刀一2 ，孟11几 25一朽 30一16 万方数据 几活 第 3 9卷 回路该相总电流小于运行冷却器组总额定电流的 5 0 ; 3 连续判断f 0 . l s 后确定， 尽快投人另一路电 源 - 在无冷却器组运行时发生这种故障，以条件 刃 、 3 判定， 同样对于冷却器组过载故障 知 坛， 过载 程度A 1 . 1 5 - 1 .2 5 ; ②过载允许时间E -- 6 0 r 3 9 - 3 0 A , ; 根据不同季 节与冷却器组发热积累值 见图3 自动调整， 确保冷 却器组充分发挥潜能 圈3 u 5 冷却器组发热特性 对冷却器组启动时间过长、 短路和缺相等运行 状态， 其保护定值依不同状态而改变。如启动时， 冷 却器组的电流随时间变化曲线如图4 所示， 保护电流 定值自动随启动时间整定，与冷却器组启动电流同 步， 高出一个可靠系数。启动结束， 保护电流定值自 动恢复到正常运行状态的定值。 / 保护定值 冷却器组启动电1k 曲线 垂 圈5 P L C 程序流程图 冷却器组的各种运行状态和异常现象， 对变电站及 时上报了 所有信息。现场运行表明该系统改变r 传 统的变压器冷却控制模式，解决了目前冷却控制装 置存在的问题。 参考文献 [ 1 」 1 / s 图 4 冷却器组启动时保护电流定值圈 对变压器的高温、 油流速采用同样的保护原理， 使变压器处于最佳安全运行状态。 [ 2 1 闭[5 5 软件设计 软件设计采用模块化结构， 逻辑功能清晰， 易于 编程与查错， 其流程结构见图5 所示 6 结论 该冷却控制系统在现场运行中，能反映并控制 [ 31 C o r k r a n J L , M c s h a n e C P . A c o m p a r a t i v e s t u d y o f t r a n s f o r m e r c o o f i n g p e rf o r m a n c e w it h fi r e - r e s i s ta n t d i e l e c t r i c f l u i d s [ J ] . E l - D i s t ri b . , 1 9 9 8 , I 1 - 5 . N e l s o n J K , P l a n 击 J A , i n te l l i g e n t c u ; tr o ] o f a la r g e p o w e r tr a n s f o rm e r c o o l i n g s y s te m l P美国专* 11 0 8 / 5 0 2 , 8 2 9 , 1 9 9 5 - 0 7 -1 4 . P a m f r J A , N e l s o n J K . I n t e l li g e n t c o n t ro l o f l a r g , P o w e rT ran s m tr a n s f o r m e r c o o l i n g p u m p s [ J l . I E E P r a t. G e n 2 .S h a n x i E l e c t r i c P o w e r C o m p a n y , W a n 7 1 0 0 0 4 , C h i n a ; 3 . X i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , W a n 7 1 0 0 4 8 , C h i n a A b s t r a c t ; T h c s y s t e m f u n c t i o n , c o n t r o l p r i n c i p l e a n d a d a p t i v e p r o t e c t i o n p r i n c i p l e o f t h e p r o g r a n u n a b l c c o n t r o l l e r , w h i c h i s u s e d t o t h e c o n t r o l s y s t e m o f t h e c o o l e r i n l a r g e t r a n s f o r m e r , e n d i t s S o f t w a r e d e s i g n a r c i n tr o d u c e d . K e y w o r d s T r a n sf o r m e r ; P r o g r a m m a b l e c o n t r o l l e r ; C o o l e r ; O p e r a t i o n ; A d a p t i v e p r o t e c t i o n 收 稿日 期 2 0 0 1 - 0 9 - 0 3 作者简介 董继民 1 9 6 0 - . 男， 陕西西安市人. 西安交通大学电气学院工程师. 从事电力系统自动装置的教学 与科研工作; 赵登福 1 9 5 1 - ， 男， 四川间中县人. 西安交通大学电气学院副教授， 从事电力系统运行与 控制的教 学与科研工作 端木凡洲 1 9 6 7 -, 男， 陕西西安巾人， 陕西电力公司工程帅， 从事电网的生产与管理丁作 王灵芳 1 9 6 3 - . 女， 陕西澄城县人， 西安理工大学计算中心工程师 从事计算机教学与软件开发工 作 万方数据