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1、毕业设计说明书(论文)基于PLC的电力变压器冷却控制装置的研究 2011年06月 南 京摘要针对目前运行的大型电力变压器冷却控制装置存在的控制回路复杂、可靠性低、故障率高、控制误差大等问题，提出并研制了一种新型的变压器强迫油循环风冷控制装置。装置以西门子S7-200(CPU224)型PLC作为控制器构建了变压器冷却控制系统；系统以变压器顶层油温为被控量，提出了有差值裕度的投、切温度阀值的控制策略；提出了按冷却器的持续运行和累积运行时间自动均衡投切冷却器的控制方法；此外装置还具有通信及远方监视、故障定位、信息显示等功能。目前，装置已经在福建漳州莆美、角美220kV变电站投入使用。运行表明，该装置
2、可靠性高、控制精确、并能延长冷却器组寿命，满足了大型变压器冷却控制装置智能化控制的要求。关键字：变压器，冷却控制系统，可编程序控制器，负反馈控制AbstractTo the problem exit in the cooling control device for large capacity transformer，such as the complicated control circuit，low reliability, high fault rate，large control error, the principle and implementation of a cooling
3、 control device for forced oil-circulated large capacity transformer based on PLC is presented in this paperThe device use siemens S7-200 PLC(CPU224)as controller, construct the cooling control system for transformer；the transformer temperature as the control systems controlled variable，use control
4、strategy of switch on and off value，which have margin in them，combine the accumulate operating time and continual operating time of cooling units，realize balanced，integrated auto control of cooling deviceBeside this，the device has other functions such as，communication and remote surveillance，fault l
5、ocating，information displayThe devices have been used in Pumei and Jiaomei 220kV transformer substationZhangzhouFujian provinceThe results of operations show that the device is of high operation reliability, accurate controlCan prolong the service life of the cooling unitThe requirements of the inte
6、lligent control for large capacity transformer cooling device are satisfiedKEY WORDS：transformer, cooling control system，PLC，negative feedback control 目录摘要IAbstractII第一章 绪论21.1课题来源及研究目的与意义21.2冷却控制装置研究现状31.3本毕业设计的具体工作4第二章 强迫油循环冷却及控制系统运行分析52.1强油循环风冷却器及控制器的结构和工作原理52.2大型油冷变压器发热和散热计算8第三章 冷却控制装置的功能和控制方法12
7、3.1电力变压器运行规程中关于冷却控制的规定123.2变压器冷却控制装置的功能设计133.3冷却控制装置功能模块设计143.4 控制方法和策略研究16第四章 冷却控制装置的硬件设计214.1电气元件及在装置中的应用214.2可编程序控制器234.3装置电气连接264.4通讯连接33第五章 软件设计355.1可编程序控制器编程355.2上位机监视软件设计40第六章 结论和展望456.1结论456.2展望46参考文献47附录1 英文文献翻译50附录2 英文文献原文61第一章 绪论1.1课题来源及研究目的与意义在输变电系统中，变压器是实现电能转换的最基本、最重要的设备，对供电可靠性有着重大的影响。变
8、压器在运行中是有损耗的，一种是空载损耗，它与负荷大小无关：另一种是负载损耗，与负载电流的平方成正比。变压器运行中产生的损耗将转换为热量散发出来，使变压器绕组、铁芯和变压器油温上升。变压器的温升影响它的带负荷能力，同时会加速变压器绕组和铁芯所采用绝缘材料的老化，影响它的使用寿命。变压器运行中所带负荷随时都在发生变化，这将使变压器的损耗也随之发生变化，从而造成变压器油温的变化；同时不管是一年四季环境气温的变化，还是每天昼夜气温的变化，也都造成了变压器油温的变化。为了保证变压器安全，稳定，经济的运行，要随时检测变压器的油温并由冷却控制装置控制冷却器组运行来控制变压器油温的变化，使其油温维持在一个固定
9、的范围内。但目前大型电力变压器的冷却控制仍然主要采用传统的继电式控制方式，这种控制方式存在许多弊端：控制回路接线复杂、可靠性差、故障率较高、维护工作量大，例如漳州电业局角美变电站、莆美变电站和总山变电站的5台强迫油循环风冷变压器在2001年至2005年期间，共出现冷却控制系统的问题56次，其中热耦继电器损坏14条次，接触器的损坏26条次，元器件接头的发热7条次，其他缺陷9条次；冷却器组设定的“工作”、“辅助”、 “备用”3种运行方式不能进行在线调整，造成冷却器运行不均衡，影响冷却器组使用寿命，同时不利于节能；变压器负荷波动较大造成变压器油温变化时，因采用温度硬触点控制，造成冷却器组频繁启停，降
10、低了冷却器组的使用寿命，同时加重了油流带电现象；不能对冷却器风扇、油泵电动机提供完善的保护。继电式控制装置因控制系统故障而使变压器冷却系统带病运行，严重地影响了变压器的可靠运行，已不适应于现如今电网的发展。本课题针对存在的问题提出并研制了基于PLC的大型变压器冷却控制装置。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、功能强大、智能化等优点，采用PLC实现变压器冷却装置的控制，可以实现对变压器油温的精确控制；控制功能通过编程实现，极大的简化了系统接线，提高了装置本身的可靠性；完善了对冷却器的保护和控制，提高了它的可靠性和工作寿命；此外还可以通过通信实现远方监视冷却系统运行。随着对电网安全可靠运行要求的不断
11、提高，本文提出的基于PLC的大型变压器冷却控制装置的研制，对变压器及电网安全、可靠运行有重要意义和实用价值。1.2冷却控制装置研究现状目前国内运行的电力变压器冷却及其控制装置现状的分析和研究。文献分析了我国大型电力变压器冷却装置配置情况、运行特点和对变压器运行的影响，电力负荷变化和环境气温变化造成的变压器运行中温度变化和对变压器运行影响的分析。强迫油循环风冷变压器电源自投切换回路运行的分析，并针对缺陷提出了具体的改造措施，为冷却装置的可靠供电提供了保障。有文献提出了单负载双电源切换控制及缺相保护控制电路和双负载双电源切换控制电路的原理和实现方法，对冷却控制装置电源控制部分的设计提供了借鉴。强迫
12、油循环风冷变压器油流带电问题的研究。从试验的角度对变压器局部放电现象进行相关试验并测量结果，从试验结果上对油流带电现象进行了分析和探讨，并提出了一些预防及改善油流带电现象的措施。从理论角度分析变压器油流带电产生的原理，并对影响油流带电的因素和产生条件进行了分析，同时也提出了一些预防及改善油流带电现象的措施。针对继电式控制装置存在的问题和设计上存在的缺陷很多文献针对具体故障分析故障原因，提出了具体的改造措施和方案，在运行中取得了一定的效果。由于继电设备自身的局限问题，改造不能大幅度提高控制装置的安全可靠性和实现先进的功能和控制策略，但文献提出的冷却控制装置的问题和改造思路，方案对设计开发具有指导
13、意义。有文献提出了用可编程控制器、单片机或变频器等元件实现变压器冷却控制，实现了一些新功能，诸如：按月或按季度轮换冷却器的运行方式，使机组轮流工作，均衡使用；与变电站工控机进行通信，实现远方的监视和控制。在控制策略方面，有文献提出了更加优越的控制策略：如根据变压器负荷和油温综合投切冷却器组；用温度变化率预测负荷，用温度及温度变化率结合变电站及发电厂实际情况进行自动控制投切冷却器等，使变压器油温满足了变压器运行的要求。在PLC与上位计算机通信设计方面，有文献分析了两种串行通信标准：RS232C和RS485，并比较了RS232C和RS485应用于计算机通信系统时的优缺点，并给出了与通信相关的软件流
14、程。有的文献设计了OMRON和SIMENS系列PLC与上位计算机机之间的通信方案，并通过编程实现将所设计的通信方案应用到实际的控制系统中。1.3本毕业设计的具体工作1搜集相关资料，论述冷却控制装置的重要性及研究现状2收集现运行变压器冷却及控制系统的运行资料，分析大型变压器冷却器及其控制装置运行中存在的问题和不足，对大型变压器损耗和温升的计算分析3根据要求，完成电力变压器的冷却控制装置的功能设计和结构设计。4根据电力变压器冷却装置的控制策略和算法，对可编程序控制器编程实现控制策略和算法。5对大型电力变压器进行实例分析，将理论数据和实测数据进行比较分析，采取改进措施。第二章 强迫油循环冷却及控制系
15、统运行分析2.1强油循环风冷却器及控制器的结构和工作原理冷却系统是变压器的重要组成部分，它的工作保证了变压器各部分的温度保持在规定值以内。强迫油循环风冷却系统由风冷却器和风冷控制控制装置两部分组成，下面就对冷却系统这两部分的工作原理及我国现运行大型变压器冷却装置的配置和特点进行分析和介绍。2.1.1风冷却器变压器的风冷却器包括两部分：内部冷却系统，它保证绕组、铁芯的热散入油中；外部冷却系统，它保证油的热散人周围介质中。由于大型变压器采用油自然循环冷却系统不能满足散热的要求，故采用强迫油循环的冷却系统。强迫油循环风冷却器(简称风冷却器)与油自然循环风冷却器的主要区别是采用潜油泵强迫油进行循环，这
16、样油流速度加快，冷却效率得以提高。风冷却器的总体结构如图所示：风冷却器的工作过程是潜油泵把变压器顶层高温油送入冷却管内几次折流后，热量就传给冷却管壁，再由管壁向空气放出热量。与此同时，在空气侧，由风扇强制吹风。冷空气带走放出的热量，从而使热油加速冷却。冷却后的油从冷却器下端再进入变压器油箱内。风冷却器主要部件有冷却器本体、潜油泵、风扇、净油器。冷却器本体是由一簇冷却管与上、下集油室焊接而成的整体。潜油泵是一种特制的油内电动机型离心泵，电动机的定子和转子浸在油中使油系统构成密闭循环系统。潜油泵强迫油循环，提高冷却效率。风扇由轴流式单级叶轮与三相异步电动机两部分构成。风扇吹风，加速变压器油的冷却。净油器，
