张金良

摘 要： 本文提出了一种以可编程控制器（PLC）为核心的变压器风冷系统控制器，以全面实现变压器冷却系统的控制与通信功能。

本装置的控制策略采用的是以变压器的顶油温度与变压器的负荷相结合的方式，进行控制投切冷却器，以平衡冷却器组的累积运行时间为原则，进行冷却器的循环投切使用，试运表明，该装置不但可靠性、准确性高，还有显著节能，延长设备使用寿命的效果。

关键词：变压器 可编程控制器 冷却系统 自动控制

Abstract：. This paper proposes a programmable controller （PLC） as the core of the transformer air cooling system controller to the full realization of control and communication functions transformer cooling system.

The device uses the control strategy is based on the top oil temperature of the transformer and the transformer load combination， controlled switching cooler， cooler cumulative run time balance group of principle and conduct a cooler cycle switching use ， trial operation showed that the device not only reliability， high accuracy， as well as significant energy savings， extended equipment life results.

Keywords：Transformer；Programmable logical controller；Colling system；Automatic control

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）09-0288-02

引言

电力变压器的运行条件是影响变压器的使用寿命和运行安全可靠性的重要因素之一，而变压器运行的温度状况则是诸多影响因素中最至关重要的一个，因此监测和控制变压器的运行温度就显得十分重要了，那么变压器冷却控制系统的不断改进和升级便是大势所趋。

在以电气控制线路中的继电开关来实现控制的传统的变压器冷却控制系统中，冷却系统频繁启动，再加上继电开关老化、腐蚀，那么出现故障的概率就会大大提高，况且继电开关无法实现通信功能。针对这一系列缺点，本文提出用可靠性高、功能强的PLC代替传统的继电式开关对冷却系统进行控制，以提高变压器运行的稳定性，延长其使用寿命，按照这一思路，设计出了一种以PLC为核心控制元件的变压器新型风冷控制系统。

一、在电力变压器运行规程中有关风冷控制的相关规定

电力变压器的风冷控制系统设计必须严格符合电力变压器运行（DL/T572-95）中有关电力变压器运行及冷却装置的规定，有关规定如下。

1.电力变压器的冷却系统应符合下列要求

1.1油浸式的变压器的本体冷却装置应符合GB6451中要求；

1.2全部冷却装置的安装，都应严格按制造厂的规定执行；

1.3每个冷却器的“工作”“备用”“停运”状态，可通过控制开关手柄位置来进行选择；

1.4强油循环式冷却系统，必须有能自动切换的两个独立工作的电源，当主电源发生故障时，应自动投入备用电源，同时发出灯光及音响信号，而当主电源恢复工作时，备用电源应自动退出；

1.5强油循环电力变压器，当冷却器因故障而被切除时应发出灯光及音响信号，并自动投入备用冷却器；

1.6油泵及风扇的附属电动机必须装有短路、过负荷及断相保护，油泵处应装有监视其转向的装置；

1.7强油循环冷却的电力变压器，应按负载和温度的变化对冷却器进行投切控制。

2.有关油浸式变压器的顶层油温的相关规定

油浸式变压器的顶层油温，一般按规定不应超过表1中所列相应数值，当冷却介质的温度较低时，顶层油温会随之相应降低。对自然循环冷却式电力变压器而言，其顶层油温一般不应超过85℃。

3.强迫油循环冷却式电力变压器的运行条件

3.1强迫油循环冷却式电力变压器运行时，必须将冷却器投入。当电力变压器在轻载或空载状态下，不应投入过多的冷却器（空载状态下可以短时不投冷却器）。在不同负载下，应按制造厂的规定，投入相应台数的冷却器。并确保投切冷却器的自动控制装置能按负载和温度的变化做出正确的投切决策。

3.2当强迫油循环风冷变压器的冷却器因冷却系统故障而被全部切除时，允许电力变压器带额定负载运行20分钟。如运行20分钟后顶层油温未达到75 ℃，则可继续运行，但这种状态下最长运行时间不得超过1小时。

二、基于PLC的变压器风冷控制系统的工作原理

在此变压器风冷控制系统中PLC为核心控制元件，此风冷控制系统的结构原理如图1所示。PLC逻辑控制模块采集变压器环境（包括变压器负荷、油温等）、电源状态、风冷装置状况等信息，通过综合判断所采集信息产生控制决策，并通过通讯模块将变压器、风冷系统及风冷装置的信息上传给上位机，同时接收上位机的命令，来实现风冷系统的智能控制。

三、变压器油温自动控制的方法

因风冷装置的工作特性，且只能按组投切，要实现自动控制变压器油温的功能，在设计中需采用断续负反馈控制方式。自动控制系统如图2所示，在此控制系统中，被控量是变压器顶层油温，被控对象是风冷装置，执行机构是固态继电器，控制器是PLC，温度控制器作为变送器，将引起油温变化的因素（绕组温度、环境温度和负荷变化）作为外部扰动。

当变压器负荷或环境温度等因素引起油温变化时，温度控制器将采集到的油温与要求参考温度进行对比并将数据送入PLC，然后可编程控制器根据已编好的控制程序产生控制风冷装置投切的控制决策，通过固态继电器执行投切决策，进而投切冷却器控制油温。

此控制系统采用的断续负反馈控制不同于一般的随动负反馈控制和恒值负反馈控制，断续负反馈控制的特点是控制系统对被控对象的控制作用是不连续的，与此对应的是，当被控量因外部扰动而变化时，经控制作用，被控量（变压器油温）最终稳定在某一温度范围内，而不是一个定值上。

四、按累计时间投切控制

与继电式控制方式不同，投切的只是处于“辅助”运行状态的风冷装置，采用温度负反馈方式，取消了“工作” “备用” “辅助”的区分方式，而是以冷却装置的累计运行和停止时间为判断依据，使有差值裕度的投切策略产生投切某组风冷装置的控制决策。

那么该怎样界定冷却装置的累计运行与停止时间呢？冷却装置每次投入运行的时间为累计运行时间，从冷却装置投入运行开始计时，到冷却装置退出运行为止这一时间段，退出运行计时清零，待下一次投入运行后重新开始计时。累计停止时间表示冷却装置每次退出运行的时间，从冷却装置退出运行开始计时，冷却装置投入运行为止，投入运行计时清零，待下次退出运行后重新开始计时。

有差值裕度的温度控制投切与按累计时间控制投切综合做出具体投切某组冷装置的工作流程如图3所示。

首先有差值裕度阀值的投切控制策略产生是否投切控制决策的输出；然后判断是否允许进行投切控制，因为在刚做完投切风冷装置动作后必须延时一段时间待变压器油温稳定后再做投切动作，否则在短时间内会投入或切除过多的风冷装置，可能造成风冷装置的频繁投切。

如果允许投切，则进行投切处理；如果不允许投切，则进入是否有风冷装置累计运行时间超时的判断；如果判断有风冷装置累计运行时间超时，则执行切处理，风冷装置累计运行时间最长的被切除；若没有风冷装置累计运行时间超时，则反回到有差值裕度阀值的投切器。

投入风冷装置的过程是选取累计停止时间最长的风冷装置，由固态继电器控制投入，风冷装置投入后开始计时累计运行时间；切除冷却器的过程是选取累计运行时间最长的风冷装置，由固态继电器控制切除，风冷装置切除后开始计时停止时间。

五、结束语

该控制系统采用软件设计代替原来的继电器控制方式，去掉了原来繁杂的逻辑电路，并将网络技术、计算机技术和可编程控制器（PLC）进行有机结合，使控制对象分散、结构功能分层，使庞大的硬件逻辑电路得到简化改善，不仅大大地提高了系统的稳定性，还能将系统的运行状态及时反映到上位机，实现了对远程的监控作用。

参考文献

[1]中华人民共和国电力部：DL/T572-95.电力变压器运行规程.北京电力出版社

[2]李建兴.可编程序控制器应用技术.北京：机械工业出版社，2004：92-102

[3]杨孟弟，夏仲平.变压器冷却控制方式的改进.电力安全技术，2003，20（6）18-20