強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器冷卻系統(tǒng)自控裝置的研制

1、歡迎訪問Freekaoyan論文站強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器冷卻系統(tǒng)自控裝置的研制歡迎訪問Freekaoyan論文站    歡迎訪問Freekaoyan論文站    摘要: 提出了一種以AT89C51單片機(jī)和固態(tài)繼電器SSR為主要控制器件的強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器冷卻系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置的原理和實(shí)現(xiàn)方法。裝置以變壓器負(fù)荷、油面溫度結(jié)合的控制策略，進(jìn)行冷卻器的投切控制，以冷卻器組累積運(yùn)行時(shí)間基本均衡為原則進(jìn)行循環(huán)投切。介紹了自動(dòng)投切功能模塊的軟件設(shè)計(jì)和通訊模塊軟件設(shè)計(jì)。裝置還具有保護(hù)、故障定位、信息顯示、通訊等功能。試驗(yàn)運(yùn)行表明，該裝

2、置運(yùn)行可靠，控制準(zhǔn)確，具有顯著節(jié)能、延長(zhǎng)設(shè)備壽命效果。1前言強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的冷卻控制裝置，目前大都采用傳統(tǒng)的繼電器控制模式，通過溫度控制器機(jī)械觸點(diǎn)的開閉來(lái)驅(qū)動(dòng)交流接觸器的線圈，從而接通冷卻器的工作回路，用熱繼電器實(shí)現(xiàn)短路、過載、缺相等保護(hù)。這種模式線路復(fù)雜，器件故障率高，存在著不少的缺陷1。常規(guī)的溫度控制器接點(diǎn)少，容量小，誤差大，控制冷卻器工作電路的交流接 觸器啟動(dòng)頻繁，觸點(diǎn)容易燒傷，造成接點(diǎn)不良或粘死，成為電機(jī)缺相或絕緣破壞的一個(gè)不可 忽視的因素。單一熱繼電器構(gòu)成的保護(hù)功能不完善。本文研制的智能裝置以單片機(jī)為主控制器，以固態(tài)繼電器SSR作為執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)控制無(wú)觸點(diǎn)化。能根據(jù)變壓器負(fù)荷和

3、油溫綜合投切冷卻器組，根據(jù)冷卻器組累積運(yùn)行時(shí)間循環(huán)投切，并實(shí)現(xiàn)保護(hù)、故障定位、高溫報(bào)警、信息顯示等功能。通過裝置的通信串口，可將變壓器油溫和各臺(tái)冷卻設(shè)備狀態(tài)信號(hào)上傳至變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)。 2系統(tǒng)功能按照強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器風(fēng)冷系統(tǒng)運(yùn)行要求，裝置具有以下功能：a.能夠完成原冷卻控制裝置的所有功能。b.以變壓器負(fù)荷電流、頂層油溫為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)變壓器冷卻器組分組投切，確保主變運(yùn) 行中的油溫控制。并能精確監(jiān)視主變油溫、冷卻器運(yùn)行工況等信息。c.根據(jù)每組冷卻器的累積運(yùn)行時(shí)間，均衡分配運(yùn)行時(shí)間，使冷卻器組循環(huán)運(yùn)行。避免按 輔助、工作、備用分組，各組運(yùn)行時(shí)間嚴(yán)重不均衡的現(xiàn)象。d.溫度等運(yùn)行參數(shù)可在線調(diào)整。e.固

4、態(tài)繼電器作為執(zhí)行元件，控制無(wú)觸點(diǎn)化。f.通過檢測(cè)冷卻器組電流電壓，實(shí)現(xiàn)缺相、短路、過載、電源缺相等保護(hù)，并能對(duì)冷 卻器故障顯示、報(bào)警。g.變壓器超溫、冷卻器全停與主變保護(hù)相配合出口，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。h.與變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信，上傳主變油溫、冷卻器故障等信息。 3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由于大型變壓器容量不同，生產(chǎn)廠家不同，冷卻器臺(tái)數(shù)一般從4到12臺(tái)不等，因此裝置采用 可擴(kuò)展設(shè)計(jì)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況自由組合。裝置采用AT89C51單片機(jī)為主控制器，整個(gè)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、CPU控制模塊、輸入模塊、輸出模塊、通訊模塊五部分組成。系統(tǒng)組成原理圖如圖1所示。   a.數(shù)據(jù)采集模塊。本模塊完成變壓器頂層

5、油溫、變壓器負(fù)荷電流、冷卻器回路電流、冷卻器母線電壓的數(shù)據(jù)采集功能。變壓器頂層油溫通過鉑電阻測(cè)量，電阻信號(hào)通過變送電路轉(zhuǎn)換成420mA電流信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。變壓器CT二次側(cè)負(fù)荷電流、冷卻器回路電流、冷卻器母線電壓通過精密電流電壓傳感器轉(zhuǎn)換成05V電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)濾波處理。b.CPU控制模塊。由單片機(jī)AT89C51和看門狗復(fù)位電路，串行E2PROM存儲(chǔ) 器等組成。串行E2PROM中存儲(chǔ)設(shè)置的冷卻器啟停溫度、累積運(yùn)行時(shí)間等運(yùn)行參數(shù)，掉電不丟失，可通過按鍵現(xiàn)場(chǎng)修改回存。c.輸入模塊。通過按鍵可完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置冷卻器啟停溫度、手動(dòng)啟停某組冷卻器、調(diào)試、復(fù)歸等操作，實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口

6、。d.輸出模塊。單片機(jī)根據(jù)一定的控制策略，控制固態(tài)繼電器(SSR)的導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)冷卻器的無(wú)觸點(diǎn)控制。并在冷卻器發(fā)生短路、缺相、過載時(shí)及時(shí)關(guān)斷固態(tài)繼電器，完成保護(hù)功能。本模塊還包括溫度、狀態(tài)的顯示控制部分。e.通訊模塊。采用MAX公司高可靠性芯片MAX232作為核心器件，通過裝置的RS-232串口，選配RS-232、RS-485轉(zhuǎn)接頭，可按照部頒CDT循環(huán)式遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約發(fā)送信號(hào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能，將變壓器油溫和冷卻設(shè)備狀態(tài)等運(yùn)行工況上傳至變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，邏輯功能清晰，其功能模塊包括數(shù)據(jù)采集處理模塊、綜合投切模塊、循環(huán)投切模塊、故障檢測(cè)處理模塊、輸入輸出

7、控制模塊、通訊模塊等。主程序流程圖如圖2所示。   4.1綜合投切模塊本模塊首先根據(jù)變壓器負(fù)荷電流大小和頂層油溫確定應(yīng)該運(yùn)行的冷卻器組數(shù)，然后由循環(huán)投 切模塊根據(jù)冷卻器組累積運(yùn)行時(shí)間決定具體啟動(dòng)哪幾組冷卻器，負(fù)荷和油溫判據(jù)如下：a.負(fù)荷判據(jù)。當(dāng)變壓器負(fù)荷達(dá)到其額定值75%及其以上時(shí)，經(jīng)過一段延時(shí)，冷卻器全部 投入，延時(shí)的目的是為了避免負(fù)荷波動(dòng)帶來(lái)的影響，當(dāng)負(fù)荷小于額定值75時(shí)，投切由油溫判據(jù)決定。b.油溫判據(jù)。為了防止冷卻器組隨油溫變化頻繁啟停，模仿繼電器動(dòng)作特性曲線的滯環(huán) ，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況把冷卻器分成n組，相應(yīng)地溫度劃分n+2個(gè)區(qū)間，其分界溫度分別為t 0，t1，tn當(dāng)油溫上升

8、到t1，t2，tn時(shí)，分別運(yùn)行一組，兩組，n組冷卻器，而當(dāng)油溫下降到tn-1，tn-2，t0時(shí)，才分別切除一組，兩組，n組冷卻器，因此即使在同一溫度值上升和下降時(shí)也可能投入不同的冷卻器組數(shù)，程序中可由上次投入的冷卻器組數(shù)來(lái)判斷本次應(yīng)該投入的組數(shù)。冷卻器組數(shù)和溫度區(qū)間的劃分不宜過細(xì)，一般冷卻器組數(shù)以2到4組為宜，劃分組數(shù)過多，區(qū)間過窄反而會(huì)引起冷卻器組頻繁動(dòng)作。溫度分界值可根據(jù)變壓器負(fù)荷實(shí)際情況加以調(diào)整。現(xiàn)以兩組情況為例，溫度分界值設(shè)為45 、55 、65 ，用S0,1,2分別表示上次投入0、1、2組冷卻器，當(dāng)本次測(cè)量溫度在各個(gè)區(qū)間時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)投入的冷卻器組數(shù)如表1所示。 4.2循環(huán)投切模塊本模塊

9、根據(jù)對(duì)各個(gè)冷卻器組累積運(yùn)行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)和排序，結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志位和故障標(biāo)志位，使冷卻器組輪流工作，均衡使用。利用單片機(jī)的計(jì)時(shí)器來(lái)分別統(tǒng)計(jì)每組冷卻器的運(yùn)行時(shí)間 ，送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。時(shí)時(shí)排序會(huì)導(dǎo)致冷卻器頻繁切換啟動(dòng)，所以程序每隔一定時(shí)間間隔對(duì)冷卻器組的累積運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行排序，得出按累積運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短排序的隊(duì)列。投入時(shí)優(yōu)先選擇累積運(yùn)行時(shí)間最短且無(wú)故障的非運(yùn)行冷卻器組，退出時(shí)優(yōu)先選擇累積運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的運(yùn)行冷卻器組。當(dāng)冷卻器發(fā)生故障或人為退出檢修時(shí)，保存該冷卻器組當(dāng)前累積運(yùn)行時(shí)間值，以備該冷卻器組恢復(fù)運(yùn)行時(shí)重新讀入該時(shí)間值，并暫時(shí)把其累積運(yùn)行時(shí)間設(shè)為最大，立即重新排序并發(fā)切換脈沖，這樣該冷卻器由于累積運(yùn)行時(shí)間

10、最長(zhǎng)自然就排到了最后，程序?qū)⑼度肫渌鋮s器代替之，避免了出現(xiàn)該冷卻器累積運(yùn)行時(shí)間短而又無(wú)法投入的情況。4.3通訊模塊本模塊參照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CDT循環(huán)式遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約，可以向上位機(jī)發(fā)送主變油溫、各冷卻器運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)等信息。發(fā)送順序?yàn)檫b測(cè)、遙信、遙測(cè)、遙信，接口標(biāo)準(zhǔn)為：異步串行，2 400b/s，一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。4.3.1幀結(jié)構(gòu)每幀以同步字開頭，并有控制字，信息字1，信息字N，信息字的數(shù)量依實(shí)際需要設(shè)定，每字6個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度，幀長(zhǎng)度可變。同步字以連續(xù)發(fā)送三次0EBH，90H定義。4.3.2遙測(cè)幀本幀主要用來(lái)發(fā)送主變油溫。遙測(cè)幀幀類別代碼為61H，控制字節(jié)為71H，數(shù)據(jù)傳

11、送校驗(yàn)采用CRC8循環(huán)冗余碼校驗(yàn)，每次發(fā)送數(shù)據(jù)之前，計(jì)算出校驗(yàn)碼，附加在發(fā)送數(shù)據(jù)之后一并發(fā)送，上位機(jī)在收到數(shù)據(jù)后可通過計(jì)算收到數(shù)據(jù)的校驗(yàn)碼和該校驗(yàn)碼是否相符來(lái)判斷接收是否正確。主變油溫放在信息字的第2和第3字節(jié)用11位二進(jìn)制數(shù)表示，根據(jù)需要可擴(kuò)充信息字個(gè)數(shù)。遙測(cè)幀結(jié)構(gòu)如表2所示。 4.3.3遙信幀本幀主要用來(lái)發(fā)送冷卻器組運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)等信息。遙信幀幀類別代碼為0F4H，控制字節(jié)為71H，數(shù)據(jù)傳送校驗(yàn)采用CRC8循環(huán)冗余碼校驗(yàn)，以邏輯1和0分別表示冷卻器組運(yùn)行、停止和故障、正常狀態(tài)，每臺(tái)冷卻器的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)各占用一位，根據(jù)需要可擴(kuò)充信息字個(gè)數(shù)。遙信幀結(jié)構(gòu)如表3所示。 5裝置試驗(yàn)情況根據(jù)

12、本文所述原理，該裝置在華北某變電站進(jìn)行了試運(yùn)行。該站有兩臺(tái)220kV變壓器，每臺(tái)變壓器配備有兩臺(tái)1.5kW油泵電機(jī)，八臺(tái)0.75kW風(fēng)扇電機(jī)。把風(fēng)扇電機(jī)按對(duì)稱位置分成兩組，每組4臺(tái)。當(dāng)變壓器負(fù)荷高于額定容量75%時(shí)，冷卻器全部投入，以達(dá)到良好降溫效果。當(dāng)變壓器負(fù)荷低于額定容量75%時(shí)，按油溫控制風(fēng)扇電機(jī)和油泵運(yùn)行。動(dòng)作油溫設(shè)置為55時(shí)投入一組風(fēng)扇，油溫達(dá)65時(shí)兩組風(fēng)扇全投，油溫達(dá)75時(shí)投油泵。當(dāng)油溫下降到低于65，切除油泵電機(jī)，油溫低于55時(shí)切一組風(fēng)扇，油溫低于45兩組風(fēng)扇全停。并按兩組風(fēng)扇累積運(yùn)行時(shí)間循環(huán)投切。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)油泵、風(fēng)扇電機(jī)運(yùn)行工況的準(zhǔn)確監(jiān)控，并上傳至變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)。裝置運(yùn)行情況良好，達(dá)到了預(yù)期目的。 6結(jié)論文中提出的裝置試驗(yàn)運(yùn)行表明，它能準(zhǔn)確地控制冷卻器組的各種運(yùn)行狀態(tài)，精確監(jiān)測(cè)主變油溫和冷卻器的各種運(yùn)行、故障狀態(tài)，并能和上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)信號(hào)上傳，突破了傳統(tǒng)的控制模式，解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在的一些問題。 參考文獻(xiàn) 1陳永波.變壓器強(qiáng)油循環(huán)強(qiáng)風(fēng)冷卻器控制回路的改造J.湖北電力，1998, 22(3):50-512劉新平，李宗民，紀(jì)友芳.基于模糊算法的高精度溫度控制系統(tǒng)J.電力系