智能变压器冷却器控制系统的应用

程晓东，顾黎明， 周 晨

（1．浙江省电力试验研究院，杭州 310014；2．台州电业局，浙江 台州 317000）

智能变压器冷却器控制系统的应用

程晓东1，顾黎明2， 周 晨2

（1．浙江省电力试验研究院，杭州 310014；2．台州电业局，浙江 台州 317000）

针对变压器冷却器控制系统的不足，介绍了基于PLC的新型智能控制系统的结构、设计原理及优点，总结了实际应用中存在的不足及需完善之处，以供变电站自动化系统建设参考。

变压器；冷却器；智能控制系统；PLC

冷却器系统是变压器非常重要的辅助设备，其能否可靠投入运行以及不同的冷却器运行方式直接关系到变压器的实际带负荷能力。长期以来，变压器冷却器系统都是由接触器、中间继电器、时间继电器、负荷电流继电器和温度继电器等实现逻辑控制。随着智能电网概念的提出以及无人值班或少人值班的变电站运行模式的不断推广，传统的变压器冷却器系统控制方式已不能适应新的需求。近年来不少厂家已开发出基于可编程逻辑控制器（PLC）的智能型变压器冷却器控制系统。以下介绍基于PLC的变压器冷却器控制系统的应用。

1 变压器冷却器系统

变压器冷却器系统主要由多组变压器油循环油泵和空气循环风机组成，以1台型号为ODFPS-334000/500的单相变压器为例，共配置了3组油泵和12组风机。变压器投入运行后，油泵和风机的运行控制主要依据变压器油温、变压器负荷电流等启动条件，同时还考虑电源侧断路器的实际位置等闭锁条件。

当变压器油温或负荷电流达到设定值时，变压器冷却器系统逐级投入风机，使充满变压器油的散热器通过强迫空气循环散热，或逐级投入油泵使变压器油强迫循环，达到变压器散热的效果。此外，还需考虑油泵和风机双路交流电源供电切换、交流供电电源故障检测、控制系统故障等。对于分相变压器，还需考虑三相间协调控制。当冷却器系统故障时，为避免因无法散热而损坏变压器，要求及时发出告警信号，便于运行人员及时调整系统运行方式；或发出跳闸信号，使变压器自动切除负荷电流。

2 传统冷却器控制系统的缺点

传统冷却器控制系统主要存在以下缺点：

（1）控制回路由继电器、接触器等独立元件构成，控制回路复杂，集成度不高。

（2）控制回路的温度传感器、负荷电流传感器和时间继电器等精度较低，控制精确度差。

（3）控制回路复杂，而继电器、接触器等元件的接点数量有限，不能完全实现相互监视，控制逻辑不严密。

（4）不具备智能接口，很难实现远程在线监视功能。

另外，传统冷却器控制系统投入运行后缺陷多、运行不可靠，甚至出现因冷却器故障导致主变负荷失去的事故。

3 智能冷却器控制系统

3.1 控制系统结构

智能冷却器控制系统以PLC为核心，为保障冷却器系统的可靠运行，可采用两套PLC并行控制的双重化设计方案，如图1所示，通过I/O模块和模拟量采集模块同时采集油温度计辅助接点、断路器辅助接点，工作电源、油泵运行、风机运行监视信号和高压侧负荷电流等。系统所采集的运行信息经过PLC程序逻辑运算后，并行输出工作电源切换、油泵投入、风机投入等冷却器系统控制信号，以及冷却器全停跳闸、远动告警等辅助控制信号。同时，还可以充分利用PLC的通信功能配置显示和操作终端，通过PLC的RS-485接口，采用PC/PPI等协议与两套PLC通信，显示告警信息、运行信息、控制参数设置，实现友好的人机交互功能。

3.2 自动控制逻辑设计

图1 PLC冷却器控制系统原理

冷却器控制系统自动控制主要包括冷却器控制逻辑和辅助功能逻辑。其中，冷却器控制逻辑主要控制风机、油泵的投入和退出，控制逻辑设计原理见图2。冷却器控制设计时需考虑自动控制模式和手动控制模式。手动控制模式主要用于风机、油泵试验时的投入和退出，或自动控制故障时使用，手动控制模式一般设计成多台冷却器间完全独立控制，不互为备用。自动控制模式主要用于变压器正常带负荷后自动控制投入和退出冷却器，多台冷却器间可以实现互为备用的运行模式。假如变压器配置3台油泵，可以根据运行时间长短或投入次数等设置2台油泵运行、1台油泵备用，多台风机既可以实现分组运行和备用控制，也可以不分组控制。

图2 冷却器控制逻辑设计原理

风机投入主要考虑主变负荷超过低限值或油温超过高值等控制条件，退出则要求主变负荷低于低限值且油温低于低限值。为了防止负荷电流在低限值附近来回波动时造成风机频繁投入和退出，负荷电流信号返回后增加延时返回控制逻辑设计。油泵投入的主要条件是负荷电流超高限值或油温超高高值，而退出条件主要是负荷电流低于高限值且油温低于高值。同时，风机和油泵投入还必需满足主变电源侧断路器在合闸状态，防止冷却器误投入。

辅助控制逻辑功能主要包括冷却器全停告警、冷却器全停延时告警、冷却器全停延时跳闸以及主备工作电源切换等。其中，冷却器全停逻辑功能设计原理见图3，主要包括冷却器全停告警、冷却器全停延时告警和冷却器全停延时跳闸等。当主变负荷较低时发生冷却器系统2路工作电源全失去，或风机和油泵全停，一般要求能瞬时告警，作为一般故障，提醒运行人员及时检查工作电源情况和控制主变负荷，防止主变过热损坏。如主变负荷较高时发生冷却器全停，经一定时间延时将触发严重告警信号，提醒运行人员采取措施调整潮流、降低主变负荷，否则可能导致主变油温快速上升。当主变油温达到100℃时，立即启动非电量保护跳闸回路切除主变负荷，防止主变过热引起绝缘老化击穿等设备故障。

3.3 智能控制系统的特点

变压器冷却器系统智能控制采用PLC逻辑控制技术，替代继电器接点构成的逻辑控制回路，与传统的冷却器控制相比具有以下优点：

（1）实现了双重化的冗余控制，并具备友好的人机接口界面和数据通信接口功能。

（2）采用可编程控制方式，既简化控制回路二次接线，又实现了更加灵活的控制方式和控制策略，且便于控制功能扩展。

（3）实现了冷却器工作电源的定时、定期轮换投切，还可以实现主备冷却器方便灵活地轮换投入，减少操作和维护工作量。

（4）可以设置灵活的冷却器系统复归方式，如冷却器故障恢复后自动复归或手动确认复归，电源故障恢复后自动复归或手动确认复归等。

（5）可以设置灵活的冷却器全停非电量保护跳闸方式，如脉宽跳闸方式或自保持跳闸方式。

图3 冷却器全停逻辑设计原理

4 智能冷却器控制系统工程应用

随着变电站自动化系统应用的不断深入，智能冷却器控制系统设计不断完善，从2007年开始逐步被采用，并替代了传统的冷却器控制系统，被广泛应用于220 kV及以上变压器。

在实际工程应用中，采用PLC智能控制系统后可以方便地实现不同厂家的变压器控制系统标准化设计，便于维护和管理，但也出现了一些新的问题：

（1）PLC控制系统普遍采用直流24 V弱电控制方式，容易受强电磁场环境干扰，且24 V电源需通过AC/DC变换器或DC/DC变换器获得，一定程度上降低了系统的可靠性。

（2）电源投退采用可控制的电子式开关，在短路故障时容易造成开关损坏。

（3）可编程控制逻辑、参数设置和限值整定比较灵活，容易导致误设置和误整定，增加了现场调试难度。

（4）智能通信接口和通信规约还不完善，不能完全适应数字化变电站设计的功能需求。

5 结语

智能型变压器冷却器控制系统的应用更好地适应了变电站综合自动化控制要求，满足了变电站无人值班的需求，提高了变压器运行的可靠性和经济性。但是，为了适应电网智能化建设，还需进一步完善设计，充分利用智能控制系统资源，集成主变负荷、主变油温等在线监测功能，开发设计IEC 61850标准通信，直接接入数字化变电站自动化系统，实现互操作。

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（本文编辑：李文娟）

Application of Intelligent Control System for Transformer Coolers

CHENG Xiao-dong，GU Li-ming，ZHOU Chen
（1.Zhejiang Electric Power Testand Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Taizhou Electric Power Bureau，Taizhou Zhejiang 317000，China）

In view of the shortcomings of control system for transformer coolers,this paper describes the structure,basic principles of design and advantages for the new intelligent control system based on PLC（Programmable Logic Controller），sums up the disadvantages in practical application and the functions requiring improvementto offer a reference for construction ofautomation system ofsubstations.

transformer；cooler；intelligent control system；PLC

TM401.+2

：B

：1007-1881（2010）08-0009-03

2009-07-03

程晓东（1976－），男，浙江龙游人，高级工程师，从事继电保护及计算机监控系统调试和技术服务等工作。