紫坪铺电站主变冷却控制系统改造

莫瑶　王中元　张璇

摘 要：主变压器是水电站最重要的设备之一，其运行的稳定性决定了发电机是否能够正常发电。目前，大型变压器大多采用风冷、水冷等方式，紫坪铺电站主变采用了强迫油循环水冷却的冷却方式。本文主要阐述了主变冷却控制系统改造过程中，电站技术人员通过相应的硬件配置和程序设计，解决了原控制系统中的设备隐患，实现了多种运行控制方式，提高了主变冷却系统工作的稳定性，为主变压器的安全运行提供技术保障。

关键词：主变压器；冷却系统；控制系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.107

0 引言

变压器在运行过程中会产生大量的热量，这些热量以传导、对流和辐射的方式向外扩散[1]。要保证变压器在良好的工况运行，就必须及时将热量转移，以维持变压器工作在正常的温度范围内。紫坪铺电站有4台主变压器，变压器容量为240MVA，低压侧电压为13.8kV，高压侧电压为500kV。每台主变压器配置4台冷却器，均采用了强迫油循环水冷却的冷却方式。

主变冷却器由主变冷却控制系统根据主变油面温度控制启停。原控制系统投运已有10年，存在元器件老化、硬件回路存在缺陷、控制逻辑不完善等问题，曾多次导致冷却系统故障，因此对主变冷却器控制系统进行改造。电站技术人员根据现场实际情况，提出了主变冷却控制系统改造的软硬件方案，并在改造后取得良好的效果。

1 设计思路

针对以往主变冷却控制系统出现的问题和硬件回路的一些不足之处，确定了控制系统的硬件选择的基本原则，即使用PLC作为控制器，PLC的品牌和型号要相对稳定，以防在后续的备品备件采购中遇到困难；人机界面应有数据记录功能、掉电保存等功能，还要与辅机监录装置软件平台有很好的兼容性；油面温度传感器作为最重要的传感器，应有冗余配置；数据传输方式抗干扰能力强等。

在软件编程上的基本原则为通过软件能及时有效的判断出硬件故障并进行相应的切换；冷却器启停应考虑行业标准要求；向上位机传输的数据丰富，为智能化电站建设提供技术基础等。

2 选择主要硬件

2.1 选择PLC

根据紫坪铺水电站辅机技改后使用IEC61850协议通讯为主的设想和既有监控系统MB+网络通讯要求，最终选用了法国施耐德Premium系列PLC，处理器模块选择了TSX P57 2634M，并在处理器CPU模块上配置MB+网络接口。

2.2 选择人机界面

要实现控制系统的现地数据记录功能、掉电保存等功能，还要与辅机监录装置软件平台有很好的兼容性，两者就必须采用稳定性高，兼容性好的统一软件平台。WinCC是一个能在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术控制系统。所以此次改造在人机界面中安装WinCC作为人机交互软件。

2.3 选择通讯方式

控制系统内部采用以太网通讯，所有设备均分配了唯一的IP地址。与监控系统的连接采用RS-485方式，使用MB+协议。主要传输一些辅机控制系统的重要信号，以便监控系统流程能够正常工作。主变冷却控制系统通过网线连接至交换机，再统一将数据送至辅机监录装置的服务器，最后通过中控室的辅机监录显示屏显示，如图1。

2.4 传感器配置

传感器的可靠性直接影响控制系统的可靠性。主变冷却控制系统改造后，配置了主变油面温度传感器，冷却器进、出油温度传感器，进油流量开关，进水流量开关，油压传感器、水压传感器等传感器。其中油面温度传感器作为控制冷却器启停的直接依据，在改造后增设为2路互为备用，以提高其工作的可靠性。考虑到PLC的AI模块有可能发生故障，影响主变油面温度的判断，因此将这2路传感器分别接入不同的AI模块。

2.5 动力电源冗余配置

主变冷却控制系统原有2路400V動力电源进线，每一路为2台冷却器供电。在一路电源故障后，不能实现动力电源的自动切换，因此在改造后的控制系统中增设YDK动力电源自动切换开关。增设动力电源自动切换开关后，原有2路动力电源接至开关进线，设置1路动力电源作为主用，出现失电等情况后自动切换至备用电源。自动切换开关配有辅助节点，接入PLC后可以做出相应的报警和状态显示。

3 主要程序设计

硬件是实现控制功能的基础，确定硬件配置后，就应通过软件编程来实现具体的功能。针对原主变冷却控制系统曾出现缺陷和一些不足，在改造后的系统中，已通过增加程序判断的方式解决。

3.1 主变油面温度故障判断

主变油面温度包括了油面温度1和油面温度2，这两个传感器互为备用。

油面温度故障判断包括了两种情况，一种情况是模拟量模块或者传感器故障；另外一种情况引入了温度梯度变化及温度测值合理性判定，即油面温度变化量≥5℃/s或超出合理范围0-120℃后，报传感器温度超限。这两种故障均置位故障，不能自动恢复，需要人工按动屏柜上的“复归”按钮才能复归，以防止处于软故障状态的传感器被误恢复为主用。

3.2 逐台停泵

为防止主变油面波动过大，导致主变气体继电器误动，所以设置了主变冷区器自动延时启停逻辑，该程序可使冷却器逐台启停，延时间隔为30秒。

4 WinCC组态注意事项

在开发过程中WinCC的组态非常重要。WinCC变量分为外部和内部变量，内部变量与PLC无关，一般起数值传递和实现画面动态的作用[2]。外部变量是对应于存在PLC或外部应用的存储器地址中数据的变量，这种变量可以通过PLC存储器地址的一一对应来访问，这样可建立WinCC与过程通信所要监视的对象。主变冷却控制系统人机界面，如图2。

5 结语

紫坪铺电站主变冷却控制系统改造后，已通过投运前试验验证了全部功能的可用性。投运后，现地人机界面和中控室均可观察设备动态参数、工作状态及报警信号、在线传感器的趋势曲线等，同时可进行远程编程及定值的修改。此次改造解决了原系统中的存在的缺陷与不足，提高了主变冷却控制系统的可靠性和稳定性，为主变压器的安全运行提供了技术保障。

参考文献：

[1]姚春球.发电厂电气部分[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]WinCC组态手册[S].2008（11）.

作者简介：莫瑶（1985-），男，吉林四平人，本科，工程师，从事自动控制系统检修维护。endprint