张晨冬

(株洲冶炼集团股份有限公司,湖南株洲 412004)

·机械设备·

PLC在变压器冷却装置中的应用

张晨冬

(株洲冶炼集团股份有限公司,湖南株洲 412004)

文章介绍了变压器冷却装置的工作原理及采用PLC对冷却装置控制的原理。详细介绍了可编程控制器(PLC)的主要组成部分,西门子公司S7-200系列CPU226的功能及特点、软件编程,EM231的配置,TD-200显示器的组态。PLC依据变压器的油温调整冷却装置运行台数,达到冷却装置自动运行及节约电能的目的。

冷却器;PLC;自动;油温

变压器油风冷却装置是变压器的重要组成部分,它的运行是否正常直接影响变压器的安全运行。由于变压器油风冷却装置的控制部分大多采用继电器控制,其接线多而复杂、体积大、功耗高、可靠性低、维护量大,其故障甚至导致变压器停止运行,严重威胁电力系统的安全运行。

随着计算机技术和数据通讯技术的发展,以微处理器技术为基础的可编程控制器(PLC)不断发展和完善,使得PLC已经成为电气自动控制系统中应用最为广泛的核心装置,在工业自动控制领域占有十分重要的地位。PLC是专为工业控制而设计的,采用可编程的存储器,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算操作等面向用户的指令;并通过数字式或模拟式的输入/输出来控制各种机械或生产过程。PLC在性能上大大优于传统的继电器控制,除了具有可靠性高(平均无故障运行时间可达10万小时以上)、编程方便、维修方便、体积小、扩展时原系统改变小、功耗低、较强的通讯功能外,而且还具有如下特点:计算机代替继电器控制盘、用程序代替硬接线、输入/输出电平可与外部装置直接相连、结构易于扩展。

1 油风冷却装置及其控制系统

变压器在运行过程中由于存在铁芯损耗及线圈的铜损,将产生较大的热量,这些热量使变压器的油

四台独立的油风冷却装置组成了冷却装置组,各台油风冷却装置通过阀门与总汇流管并联连接。每台油风冷却装置由两台三相交流380 V、1.5 kW风扇电机及一台三相交流380 V、3 kW潜油泵电机组成,风扇电机、潜油泵电机控制回路设有转换开关、接触器、断路器、油流继电器和热继电器等继电器元件,PLC主控单元根据油温的变化确定油风冷却装置的运行或停止,PLC能够在线监测油风冷却装置的运行状况,发现故障及时报警。

2 系统结构及I/O分配

根据系统实现的功能和设备技术要求,采用西门子S7—200 CPU226(24输入/16输出),模拟量扩展模快EM231 RTD(4输入/无输出)、TD200显示屏。系统框架图如图1所示。

图1 冷却器系统结构图

西门子公司S7—200系列的CPU226功能具有大、中型PLC的水平,而价格却和小型PLC价格一样。其模块包括一个中央处理单元、电源以及数字I/O点,这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序,以便对工业自动化控制任务或过程进行控制。输入部分从现场设备中采集信号,输出部分则输出控制信号,控制工业过程中的设备。主要特点表现在以下几个方面:(1)主机输入和输出点数为40点,最大可扩展为248点数字量或35点模拟量;(2)增加了通讯口的数量,具有两个 RS—485通讯口,通讯能力大大增强;(3)主机上集成了24 V直流电源,可以直接用于连接传感器和执行机构;(4)可利用EEPROM存储模块存储用户程序和部分数据,无须用锂电池进行掉电保护;(5)用STEP7-Micro/Win32编程软件进行编程的用户程序,利用通讯设备非常方便地下装到PLC主机的存储器RAM中或将PLC中程序上装到计算机中进行修改;(6)可带7个扩展模块,用户程序存储量为6.6K字;(7)具有PPI、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

输入端子分为两组,第一组输入端子由I0.0～I0.7、I1.0～I1.4共13个输入点组成,每个外部输入的开关信号均由各输入端子接出,经一个直流电源终至公共端1M,第二组输入端子由I1.5～I1.7、I2.0～I2.7共11个输入点组成,每个外部输入的开关信号均由各输入端子接出,经一个直流电源终至公共端2M,由于是直流输入模块,所以采用直流电源作为检测各输入接点状态的电源。M、L+两个端子提供DC24V/400mA电源作为模拟量扩展模快EM231的工作电源。输出端子为继电器输出方式,所以既可带直流负载也可带交流负载,负载的激励源由负载性质确定。PLC输入输出点列于表1。

表1 PLC输入输出点

配置EM231 RTD:EM231热电阻模块为S7—200连接各种型号的热电阻提供了方便的接口。它也允许S7—200测量三个不同的电阻范围,连接到模块的热电阻必须是相同的类型。

组态EM231RTD使用DIP开关可以选择热电阻的类模型块、接线方式、温度测量单位和传感器熔断方向。热电阻模块EM231与PT100热电阻传感器采用4线连接,此连接方式精度最高。可以通过设定DIP开关1、2、3、4、5来选择RTD的类型。DIP配置开关位于模块的底部,要使DIP开关设置起作用,需要重新给PLC或用户的24V电源上电。

3 软件编程

PLC梯形图程序采用西门子 STEP7-Micro/ Win32编程软件编写,在编辑程序过程中具有简单语法检查功能。利用此功能可提前避免一些语法和数据类型方面的错误;具有用户程序的文档管理和加密等功能;还可以直接用编程软件设置PLC工作方式、运行参数以及进行运行监控和强制操作等。软件功能的实现可以在联机工作方式下进行,部分功能的实现也可以在离线工作方式下进行。联机方式下可直接针对相连的PLC进行操作,如上装和下载用户程序和组态数据等。离线方式下不直接与PLC联系,所有程序和参数都暂时存放在计算机磁盘上,等联机后再下载到PLC中。程序主要由以下几部分组成:(1)总电源的自动投入程序,默认1#总电源自动投入运行,在1#电源故障情况下,经过一定的延时投入2#总电源运行;(2)变压器油温、控制箱内温度模拟量采集初始化;(3)设定各寄存器、计时器、冷却器启动温度、冷却器停止温度、总电源工作模式、冷却器工作模式、通讯方式等参数初始值; (4)冷却器按变压器油的温度自动投入运行、停止运行程序;(5)两路总电源均有故障时,变压器停止运行程序;(6)冷却器故障提示程序。

当油风冷却器采用PLC自动控制时,1#总电源自动投入运行,当工作电源有故障时,自动延时切换至另一路正常的电源工作,如果两路电源同时出现故障,则将延时一段时间,迫使变压器停止运行;冷却器的自动运行,主要是根据变压器当时的油温来决定,冷却器自动运行时的设定温度与冷却器自动停止时的设定温度,两者存在一定的差值,大约相差15～20℃,主要是为了避免冷却器的频繁启动。该程序设有手动控制部分,一旦PLC失效,总电源、油风冷却器仍能在手动情况下继续工作。解决了一旦PLC故障,将引起整个系统瘫痪的问题。

其软件编程流程图如图2所示。

TD200是西门子公司生产的、可以与S7—200相连的20字符的双行文本显示器,使用TD200向导程序进行编程,能很方便地显示所需要的文本信息和数据。TD200为监控数据、修改参数提供了一个价格低廉的人机界面。

TD200与S7—200通讯采用一对一网络配置, TD200用 TD200提供的 TD/CPU电缆与S7—200 CPU通讯并由S7—200 CPU供电。

TD200是一个文本显示设备,显示 S7—200 CPU允许的信息,不必对 TD200进行组态和编程,唯一存储在TD200里的操作数是TD200地址、CPU地址、波特率和参数块的位置。TD200的组态存储在CPU可变存储器(V存储器)里的一个TD200参数内。TD200的操作数,例如语言、更新速率、信息和信息使能位,存储在CPU中TD200参数块内。

STEP7-Micro/Win提供一个“TD200向导”,它便于在S7—200 CPU数据存储区中组态参数块和信息。在完成选择项的选择和信息的建立后, TD200组态向导自动把参数块和信息文本写入数据块编辑器,然后将数据块下装到CPU中。TD200组态向导建立了一个包含 TD200参数块和消息的数据块,可以打开数据块编辑器来游览向导格式化了的参数块和消息。

上电后,TD200从CPU读参数块,对所有参数均进行合法性检查。如果一切合格,TD200开始主动轮询信息使能位以决定要显示的信息,并从CPU读取信息,然后显示信息。

4 应用效果

株洲冶炼集团股份有限公司电力自动化中心220 kV变电站于2005年9月应用了PLC控制的变压器油风冷却装置,该装置应用在一台额定电压为220 kV、额定容量为90MW的电力变压器油风冷却装置中。该装置使用一段时间以来,取得了较好的效果,在稳定性、灵敏度、故障率等方面较继电器的控制有较大的优势,特别是冷却器能够根据变压器的油温进行自动运行,减少了冷却器的运行台数,以及冷却器运行的总时间,节约了大量的电能。公司电力负荷实行分时供电,即在整个电网的用电高峰时,电力负荷小;在整个电网的用电低谷时,电力负荷大;这样一来,变压器负荷峰谷差相当大,峰谷差值一般达到1∶2.5,最大时达到1∶3,变压器的油温也随着电力负荷的变化而变化,变压器在高负荷时,变压器油温高达80℃,而变压器在低负荷时,变压器油温低至20℃,如果冷却器不实行根据变压器的油温进行自动控制,冷却器将持续不间断运行,在变压器低负荷时段,冷却器将浪费大量的能源。冷却器自动运行时的设定温度与冷却器自动停止时的设定温度,两者之间必须存在一定的差值,大约相差15～20℃,主要是为了避免冷却器的频繁启动。冷却器自动运行时的设定温度要根据环境温度的不同、负荷的大小来设定,主要根据温升的速率来决定。一般来说,冷却器自动运行时的设定温度,夏季要比其他季节时低,负荷高时比负荷低时低。

修改冷却器自动运行及自动停止的油温值是非常方便的,同时也可以方便地修改冷却器工作电源全停时,引起变压器跳闸的延时时间等运行参数。修改运行参数时:按住文本显示器TD200[F3]功能键,使参数设定信息行显示,按向下键,直到需编辑参数行,按回车键,通过密码校验后,再按回车键,就可以用上/下键修改参数。修改参数正确后,按回车键,待全部修改结束,按[F4]键使参数信息行退出显示,程序就可以按新的参数运行了。

图2 软件编程流程

5 结 论

采用可编程序控制器(PLC)、文本显示器解决了变压器油风冷却器根据油温变化的自动运行,使变压器油风冷却器运行稳定性进一步得到提高,且节约了大量的电能。因此,可编程控制器在工业自动控制领域将会有很好的应用前景,而可编程序控制器的发展,也将推动工业自动控制达到更高的水平。

[1] 王永华.现代电气控制与PLC应用技术[M].北京:航空航天大学出版社,2006.

Application of PLC in the Cooling Equipment of Transformer

ZHANG Chen-dong
(Zhuzhou S melter Group Co.,Ltd,Zhuzhou412004,China)

The paper introduces the principle of the cooling equipments of transformer and PLC control of cooling equipments.It introduces the details of Siemens S7-200 such as the main components,the function,feature and programming.It also introduces the details about the configuration of EM231 and TD-200.PLC adjusts the number of cooling equipments in term of the oil temperature of transformer so that the cooling equipments work automatically and the power energy can be saved.

cooling equipments;PLC;automatic control;oil temperature

TH86

A

1003-5540(2010)02-0051-05

张晨冬(1965-),男,工程师,主要从事电气设备自动化控制技术管理工作。温上升,严重影响变压器的安全运行。油风冷却装置采取强迫油循环、风冷却来降低变压器的油温,其工作原理为:从变压器油箱上部汇油管输入的载热油进入油风冷却装置,将热量传递给由风扇带动的运动空气,冷却后的变压器油通过油泵加压,经下部汇油管重新进入变压器油箱吸收热量,依此循环。

2009-11-20