台达PLC在干式变压器温度联网监测中的应用

／河北能源职业技术学院 李红英／

0 引言

干式变压器以其具有防火阻燃、安装环境简洁、日常维护方便和结构简单等优点，逐渐在电力系统中得到广泛应用。负载变化绕组超温是干式变压器故障的主要原因。为了提高电力系统运行的可靠性和延长干式变压器的使用寿命，应该对干式变压器的温度进行实时监控。变压器过载运行会使温度升高，加快变压器绝缘的老化过程，降低变压器的使用寿命。据研究统计，绝缘工作时的温度每升高8℃，其寿命会减少一半。

1 系统分析

1.1 超温原因

变压器的温升主要由铁损和铜损产生。变压器铁心发热的主要原因是磁滞损耗、涡流损耗和绕组的传导热量。当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，形成“涡流”。这个“涡流”使变压器的铁损耗增加，并且使变压器的铁心发热，变压器的温升增加。绕制变压器需要用铜导线，这些铜导线存在着直流电阻，电流流过时会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，使绕组发热。

1.2 控制要求

为能对变压器的温度进行实时监测和控制，要求设计的系统能对多台变压器的绕组和铁心温度进行测量，实时在HMI上显示，并能对数据进行分析，一旦温度超出设定最高温度时进行声光报警，达到极限设定温度时自动切除负荷进行保护。当温度达到强制散热设定值时，启动风扇进行强制散热。服务器能对变压器的温度进行记录，并能生成曲线图，随时能为技术人员提供查询。

2 系统设计

该系统主要由温度采集传送单元、I/O模块、PLC、服务器、网络与数据通讯等部分组成，如图1所示。

图1 系统框图

2.1 温度采集单元

采用热电阻CU100对变压器绕组和铁心温度进行测量。热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度。测量范围0～150℃，R0=100Ω。

2.2 人机界面（HMI）

人机界面用来显示每台变压器的温度，并可以方便地设置系统的参数，如报警温度值，切除负荷温度值，启/停风扇温度值等参数。可以实时查看每台变压器的绕组和铁心的温度，并可以显示变压器负荷和温度关系曲线。必要时还可通过HMI上的按钮，手动启/停风机，消除报警及切除负荷等操作。在服务器上，记录着各种报警信息及故障发生时的各相温度值、时间等信息，可按时间条件进行查询，并根据需要进行打印和负荷图表输出。该系统中的数据采集处理、风机运行和故障报警由PLC和HMI通过编制的相应程序来完成。

2.3 远程I/O模块

温度信号的采集和风扇的开启通过远程I/O模块来实现。温度信号采集采用模拟量输入模块SM431模块（订货号为6ES7 431-1KF10-0AB0）。该模块能对电阻进行测量，分辨率为13位，模拟量部分与CPU隔离，无需外部电源。对该模块的模拟量的读取可以在STEP7中用FC105功能块读出。该模块通过Profibus网络与PLC相连，把所采集的温度信号转化为数字量送往PLC。

2.4 监控单元

利用高性能台达DVP-PLC对各温度检测单元进行实时扫描和运算，结合HMI输入的参数，对变压器风扇进行控制，如果超出设定的限定值在HMI上发出声光报警，达到极限值时切除负荷。DVP-PLC自动化系统采用模块化设计，具有模块扩展和配置功能使其能够按照每个不同的需求灵活组合。通过PROFIBUS-DP接口，最多时可以连接到125个总线节点，使用光纤时，最后一个节点的距离可以达到23km。集成的HMI服务，用户只需为HMI服务定义源和目的地址，系统会自动的传送信息。有很强的通信功能，CPU模块集成有MPI和DP通信接口，有PROFIBUS-DP和工业以太网的通信模块，以及点对电通信模块。通过PROFIBUS-DP或AS-i现场总线，可以周期性的自动交换I/O模块的数据（过程映像数据交换）。在自动化系统之间，PLC与计算机和HMI站之间，均可以交换数据。数据通信可以周期性的自动进行或基于事件驱动由用户程序块调用。

2.5 网络与数据通讯系统

现场网络将计算机控制系统的各个控制级和分散在现场的传感器、执行器有机联系起来，为实现工程大系统的综合自动化创造了条件。唐钢酸洗线系统根据控制级别要求和网络特点在不同控制层应用了工业以太网，PROFIBUS-DP和AS-I总线。工业以太网采用光纤电缆作为传输介质，光缆不受电磁干扰影响，通讯迅捷可靠，实现工程师站、HMI、HMI服务器、快速数据分析仪FDA和S7-400PLC系统之间的数据通讯，达到生产管理和工程控制的目的。PROFIBUS-DP网络用以实现自动化系统和分布式I/O站（SIMATIC ET200S），SIEMENS驱动器及MCC DP/AS-I LINK之间的数据通讯。PROFIBUS-DP网络响应速度快，抗干扰度高，有力的保证了现场状态信号与控制数据的传输。

3 程序设计

3.1 应用软件

HMI操作系统为W indows2000 Server Sp 5，应用软件为Wonderware InTouch Ver.8 Sp 4，InTouch是在Windows2000或WindowsXP操作系统下，在PC机上运行的面向对象的、数据开放和功能开放的32位应用程序系统。InTouch提供在工业上用于图形显示、信息处理、归档和报表的基本功能模块，还提供用户文档、过程控制软件包和开放开发工具等可选软件包。其强大的驱动程序接口、快速图形更新和安全归档功能具有很高的可能性，结构化的数据存储方式保证无论是组态生产的数据和运行过程的数据都可准确无误的读取。

3.2 功能块流程图

在主程序中调用变压器温度监测功能块，功能流程图如图2所示。

图2 流程图

4 结束语

多台变压器实时温度监测系统是在唐钢冷轧薄板厂现有设备的基础上，增加对变压器进行温度监控，来减轻工作人员的劳动强度。产生的温度、电流曲线图表，有利于分析变压器的工作、健康状况及负荷的分配情况，根据记录的这些数据来制定检修计划和合理的分配负荷。唐钢冷轧薄板厂有六台干式变压器，为了监控变压器的温度，需要工作人员每天三次记录每相的温度，并采用红外线电子测温仪去测量每一台变压器的铁心温度，以便分析掌握变压器的工作状况。本文在唐钢冷轧薄板厂现有设备基础上设计的一套变压器温度联网监测系统，降低了工人的劳动强度，提高设备的可靠性。