基于PLC的變壓器冷卻控制系統設計

張爭剛

摘 要：變壓器冷卻系統運行的可靠性很大程度上取決于其冷卻控制系統，本文使用PLC為控制器，實現變壓器冷卻系統自動控制，實現變壓器降溫散熱；變壓器冷卻控制系統具有自動化程度高、硬件簡單、可靠性高的優點。適合在變壓器冷卻控制系統中應用。自動化程度高、硬件簡單、可靠性高的優點。能夠滿足變壓器冷卻系統控制要求。

關鍵詞：PLC 自動控制 變壓器 冷卻系統

PLC-based Transformer Cooling Control System Design

Zhang Zhenggang

Abstract：The reliability of the operation of the transformer cooling system largely depends on its cooling control system. This paper uses PLC as the controller to realize the automatic control of the transformer cooling system and realize the transformer cooling and heat dissipation. The transformer cooling control system has the advantages of high degree of automation， simple hardware and high reliability， and is suitable for use in transformer cooling control systems， and with the advantages of high degree of automation， simple hardware and high reliability， it can meet transformer cooling system control requirements.

Key words：PLC， automatic control， transformer， cooling system

1 引言

電力變壓器是電能輸送系統中重要的電氣設備，在供電系統中發揮著重要的作用，而變壓器冷卻系統是變壓器可靠運行的前提，變壓器冷卻控制系統直接影響變壓器的冷卻效果。常規冷卻控制系統機械觸點多、運行可靠性差，冷卻設備投/切不靈活，冷卻設備利用率低，現采PLC進行變壓器冷卻系統自動控制，具有結構簡單、可靠性高、自動化程度高的優點，能夠滿足變壓器冷卻系統控制要求。

2 控制要求

這里針對單臺變壓器具有兩組冷卻器的變壓器冷卻系統為對象進行控制系統設計，主冷卻器組，由1#油泵和1#、2#風機組成，輔冷卻器組（備用），由2#油泵和3#、4#風機組成，通過對1#、2#油泵和1#、2#、3#、4#風機的控制實現變壓器冷卻控制。系統有手動、自動兩種工作模式。自動模式下，根據變壓器頂部油溫度對油泵、風機進行控制，使變壓器油溫在合理范圍內；手動模式下，可按需要進行油泵、風機的控制；系統能夠顯示冷卻設備工作狀態（運行、故障）；應有故障檢測、報警、保護功能，在故障發生時提醒工作人員進行干預，保證油泵、風機安全。

3 控制系統設計

3.1 系統工作原理

系統控制原理框圖如圖1所示。由兩路溫度傳感器檢測變壓器頂部油溫，經A/D轉換后將油溫信息送入PLC，即PLC獲取變壓器頂部油溫信息，將變壓器油溫度（檢測值）與變壓器安全運行時的溫度（設定值）進行比較，若當前油溫高于安全運行油溫，PLC控制固態繼電器接通相應的油泵、風機進行散熱，使變壓器油溫會下降到安全運行溫度，保障變壓器的安全運行。

3.2 主電路設計

按變壓器冷卻系統要求，這里的變壓器冷卻系統有兩組冷卻器，一般情況下，任何一組冷卻器單獨工作都能滿足變壓器冷卻要求，僅在特殊情況下兩組冷卻器同時工作。這里主電路與其他變壓器冷卻系統主電路相似，為提高系統運行可靠性，采用固態繼電代替交流接觸器，固態繼電器為無觸點開關，通斷時不會產生電弧，使用壽命更長；另外為了更方便投入/切除各個油泵及風機，每一個油泵和風機由對應的一個固態繼電器進行單獨控制；每一個油泵和風機都接有電機保護器，如發生過電流、過電壓、缺相、過載情況，由保護裝置將故障信息發送給PLC，由PLC控制斷開相應故障冷卻設備，并報警。

3.3 控制線路設計

根據變壓器冷卻系統控制要求，進行PLC輸入、輸出地址分配，分配表如表1所示。

根據系統I/O分配表，需要18路數字量輸入，需要21路輸出，所以這里選擇三菱FX2N-48MR型PLC作為主控制器，其硬件資源包括24位數字量輸入、24位數字量輸出，同時可擴展連接2路模擬量輸入，滿足系統設計需求。

根據系統I/O 分配表進行系統I/O接線圖設計，如圖2所示。溫度信息采集A/D轉換接線電路如圖3所示。

3.4 系統軟件設計

系統設計有自動、手動兩種工作模式，在系統調試或其他特殊情況下，需要人為操作控制時，可切換為手動工作模式，人為手動操作各個冷卻設備控制開關，來控制對應冷卻油泵、風機的運行/停止。一般情況下，系統處于自動工作模式，不需要人為干預，自動完成變壓器頂層油溫采集，經A/D轉換后與正常工作油溫上限值、下限值進行數據比對，若檢測變壓器油溫高于上限值時，啟動1臺油泵和2臺風機對變壓器油（繞組、鐵芯）進行冷卻，隨著冷卻的進行變壓器油（繞組、鐵芯）溫度下降，為避免冷卻設備頻繁啟動、停止，當變壓器油溫降到正常油溫上限時，冷卻設備繼續工作，變壓器油溫將繼續降低，直到變壓器油溫降到工作油溫下限值，冷卻設備停止工作，但在變壓器工作過程中，變壓器發熱元件鐵芯、繞組持續發熱，變壓器油溫會慢慢升高，直到油溫再次上升到正常工作油溫上限值，冷卻油泵和風機啟動工作，如此循環，保證變壓器油溫始終在上限值和下限值之間波動（即溫度的區間控制），而變壓器油溫上限值、下限值之間都是變壓器安全運行范圍，保證了變壓器的安全運行，達到控制目標。軟件流程圖如圖4所示。

為保障系統供電可靠性，使用雙電源供電，一組主電源，一組備用電源，由兩路電源監測繼電器采集電源信號，當一路電源停電或故障時，電源監測繼電器將停電信號發送給PLC，由PLC斷開故障電源，接入另外一組電源進行供電。系統以變壓器油溫度為關鍵參量進行變壓器冷卻系統控制，所以采集的油溫信息必須是可靠的，為避免變壓器油溫度傳感器及轉換電路工作故障，系統采用兩組（A組、B組）溫度傳感器分別采集變壓器頂部同一位置變壓器油溫信息（理論上同一位置的油溫應該是相同的），兩組傳感器采集的溫度信息，分別經兩路A/D轉換通道轉換后的數字量送入PLC，由程序比較兩路傳感器采集的溫度值是否相同，若相同或接近，說明傳感器工作正常，采集的油溫度真實可信，可由PLC根據油溫信息控制散熱器工作情況；若采集的兩路溫度信息偏差較大，說明至少有1路溫度信息不可靠，為保證變壓器安全，此時按采集溫度最高值對待，控制散熱器工作，同時發出警報，通知檢修人員，檢查油溫檢查回路故障。在冷卻設備安全方面，由電機保護器對冷卻設備（油泵、風機）進行過載、短路、缺相保護，并將故障信息發送給PLC，由PLC控制切斷故障設備，接通備用設備進行替換，同時故障設備故障指示燈點亮，既能保證部分冷卻設備故障時依舊能實現變壓器冷卻控制要求，同時方便工作人員進行故障設備檢修。由2個油流繼電器分別監測兩個油泵工作情況，若期中一個油泵發生故障，導致變壓器油循環減慢影響變壓器散熱，該油泵的油流繼電器將故障信息發送給PLC，PLC將切斷故障油泵，接通另一油泵工作，同時故障油泵故障指示燈點亮，提醒工作人員檢修。為提高冷卻設備利用率及延長冷卻設備使用壽命，1#油泵和2#油泵互為備用，1#油泵累計工作8小時后輪換2#油泵工作8小時，如此循環；1#、2#風機累計工作4小時后輪換3#、4#風機工作4小時，如此循環。

4 系統調試

變壓器冷卻控制系統硬件安裝完畢后，將PLC程序下載入PLC存儲器，進行通電測試。經試驗：系統在自動模式下能可靠檢測變壓器油溫信息，并根據變壓器油溫信息控制油泵、風機工作或停止，保證變壓器頂層油溫在上、下限范圍內；在手動模式下，可手動控制各油泵、風機工作或停止，并由指示燈顯示各個油泵、風機工作或停止工作狀態。

5 結語

經過測試，變壓器冷卻控制系統能控制各風機、油泵進行散熱，使變壓器繞組、鐵芯工作在安全溫度范圍內，保證變壓器的安全運行；此外，該散熱系統具有自動化程度高、硬件簡單、可靠性高的優點。能夠滿足變壓器冷卻系統控制要求。

基金項目：楊凌職業技術學院自然科學基金項目（ZK20-49）。