街面电站主变冷却器控制回路改造

陈厚珍，何得澜，彭云水

（福建水口发电集团公司，福建 尤溪 365100）

0 引言

主变压器是水电厂三大主设备之一，其主要功能是改变电压等级、输送交流电能，过高的温度使变压器工作能力和效率降低、绝缘老化、使用寿命降低。主变冷却系统运行的可靠性、稳定性将直接影响变压器的安全及机组的出力。主变冷却器的控制系统担负着自动启停主变冷却器组使主变温升保持在允许范围，必要时保护出口跳闸，同时向上位机传送主变冷却器运行信息的任务。其能否正常可靠的工作，决定了主变冷却器系统的运行品质。街面水电厂机组采取单元接线，共有2台主变，主变冷却器采用强迫油循环水冷却方式，每台变压器由4台冷却器成组运行。原主冷却器自动控制回路主要由常规继电器组成，运行维护中主要存在如下问题：冷却器运行方式由运行人员手动定期切换，回路元件数量多、接线复杂、通用性差，故障率高等，给检修维护工作造成一定困难，已不能满足公司运行“少人值守”的需要。

因此，对主变冷却器的控制回路提出了技术改进方案，新回路主要采用可编程控制器（PLC）替代大部分继电器，使控制线路具有简单可靠、适应性强和功能丰富等特点。

1 系统结构

系统的控制核心为PLC，负责所有现场信息的采集处理、运算、输出（如图1 所示）。所监测的开关量送入PLC开入模块，温度、负荷电流模拟量信号送入PLC模拟量输入模块，装置按预定程序完成对主变油温的自动测量和对冷却器的自动控制，冷却器全停保护出口，运行、故障信号通过网络接口送至监控系统上位机。

图1 系统结构图

2 主要控制功能

2.1 冷却器组启停控制

按变压器厂家设计，主变满负荷运行只需自动投入三套冷却器组，一组备用。一旦主变投运，便投入1 组冷却器作为基本冷却负荷；当主变油温在50℃～55℃区间运行时，不再启动冷却器；如果油温上升至60℃时另启动一台冷却器；当油温继续上升至65℃时，再启动一台冷却器。当投运三套冷却器组后，油温再继续上升至75℃以上，此时投入第四台冷却器，并报警，将报警信号上送给计算机监控系统。反之，运行中当油温由65℃下降至55℃时，PLC 将逐一停运冷却器。主变温升反映到传感器有一定延时，当主变负载较快增加时（发电机带50%～100%负荷），PLC 此时以功率变送器信息为优先，辅以油温上升梯度值即可启动参与调节的一台或二台冷却器。

2.2 冷却器全停保护功能

冷却器正常全部停止运行应满足：机组油开关跳、主变油温下降至温度开关复归接点动作（50℃），PLC 同时判断温度开关动作顺序（由高至低）和功率变送器所送的信息（功率为零）一致。否则冷却器将保持运行。冷却器全部故障出口跳闸，停止主变运行应满足：①冷却器全部故障停运，延时60 min；②同时主变油温上升至温度传感器与温度开关关联动作（75℃），延时10 min 情况出现时，PLC 出口跳闸并送出跳闸信号。当冷却器全停时，PLC 分时多次送出报警信号，提醒运行人员注意。

2.3 自动轮换控制

程序设计正常运行时四组冷却器自动轮换，其运行方式除了按主变油温自动调节外，还自动执行定时逐台循环切换。当冷却器在运行中出现故障，故障的冷却器组自动退出轮换，同时，上送报警信号。

3 设备选型

PLC 选用m340 模块化plc，它是施耐德公司生产的性能价格比很高的可编程控制器，已广泛应用于工业控制的各个领域。cpu 模块选用高性能、大内存的bmx p34 2020，带一个100 m 以太网、一个485 串行口；输入、输出模块可根据现场实际需求灵活配置。

4 软件设计

4.1 编程步骤

PLC的硬件配置、控制程序采用施奈德的编程软件包Unity Pro 完成，PC 通过网络或USB 与M340 PLC 进行程序传送。首先进行PLC 硬件组态，含底版、电源、CPU、输入输出模块等。通过电源模块属性可查看电源使用情况，应保留一定余量，否则需更换容量更大的电源模块；创建网络链路Ethernet1 并配置IP 地址等网络通信参数，将CPU 模块的Ethernet 口链接到网络链路Ethernet1；定义相关变量等。

4.2 PLC程序设计

可编程控制器流程的合理设计是回路的正常工作和稳定运行的关键因素。根据冷却器工作特性和控制目标，程序采用模块化设计，具有较高可读性、可维护性，其程序结构见图2。

图2 程序结构图

初始化程序Init（）：在PLC 上电首次扫描时执行完成通信参数初始化，温度、负荷电流定值设置，冷却器启停标志初始化等。

设置轮换标志turns（）：根据启动时间、次数、是否故障等设置每组冷却器启动和停止标志。

启停条件判断judge（）：根据温度、负荷确定是否需要启停冷却器。

启停开出处理exec（）：根据启停需求和轮换标志，真正开出控制冷却器球阀，和循环泵。

故障、全停处理alarm（）：①全停故障分时报警、保护出口处理；②开入信号防抖处理，模入信号滤波处理；③对现场自动化元件信号进行自检与互检，如温度开入信号与模入信号互检，球阀开关状态与示流器信号互检等。

数据上送sent（）：完成运行状态、故障信号上送上位机信文组织。

4.3 上位机监控软件设计

街面电厂的计算机监控系统采用水科院的H9000 系统。H9000计算机监控系统是水科院面向水利水电领域的计算机监控系统软件，将可编程控制器直接入以太网以获得高速通讯能力和资源共享能力。上位机与施奈德PLC 网络通信采用TCP/IP ModBus 规约，在组态环境下，设计人员对PLC 进行驱动配置，运行环境以图形画面形式的人机界面监控主变冷却器运行信息、故障报警，对有关数据存储历史库，生成报表，同时利用Web 功能使系统具有在线监控功能，即在授权的情况下在任何一台联网的计算机上用标准的浏览器可远程监控。限于篇幅，上位机程序不再详述。

5 结束语

系统的设计结构合理，测控功能完善，完全能够满足电厂主变冷却器自动控制要求，以可编程控制器为核心提高了系统的自动化程度，保证了系统运行的可靠性。该系统在街面电站投运后2年多的运行结果表明，系统安全、稳定、可靠，完善了以前没能实现的自动控制功能，降低了设备的故障率，减少了运行、维护人员的劳动强度等，具有明显的经济效益和社会效益，有广泛的推广应用价值。