PLC和变频技术在主变风冷系统上的应用

彭松 刘东强 傅新 吴星潼

摘要：本文基于对高温对电力变压器的不利影响和传统主变风冷系统的存在的问题的讨论，提出了依靠PLC和变频技术解决问题的思路，并对方案可行性和基于PLC和变频技术的主变风冷系统结构功能做了简要概述，另外总结了在实际运用中遇到的问题和对应的解决办法。

关键词：PLC;变频技术

1变频技术在变压器风冷系统上的应用

1.1主变风冷控制回路采用PLC控制系统

传统继电器控制系统，主要由各类继电器和接触器构成，利用其机械触点的串、并联等组合成控制逻辑，其连接线较多且复杂，造成体积和功耗大，且系统一旦完工，修改系统功能或維修系统比较复杂。另外，继电器的触点数量有限，限制了传统继电器控制系统的灵活性和可扩展性。机械触点存在磨损、电弧灼伤、抖动等问题，降低了其可靠性和可维护性。与传统继电器控制系统相比，PLC控制系统主要具有以下优点：

可靠性高。为适应恶劣的现场运行环境，同时又能满足高可靠性的要求，专门在PLC设计和制造工艺方面采取一系列措施，使得PLC的平均无故障间隔时间长达几十万小时，远远超过传统继电器控制系统。

体积小。PLC采用半导体集成电路，反应速度快，噪声低，功耗低，体积小，重量轻。

灵活性和可扩展性高。PLC采用标准化的通用模块结构，便于根据实际需求增减扩展模块或功能模块。接线简单，便于修改和维护系统。

控制逻辑程序化，且编程简单。PLC采用计算机技术，控制逻辑以程序的方式存放在存储器中，编程方式一般采用梯形图，直观、简单、易于掌握。

1.2主变风机的调速方法选择变频调速

变极调速，就是通过改变定子绕线方式，进而改变电机极对数，达到调速的目的。该方法只能按阶跃方式调速，且调速范围很有限。

变转差率调速通常指串电阻调速和串级调速。串电阻调速就是通过在绕线式异步电动机转子回路中串接电阻从而达到调速的目的，方法简单，但是效率低。串级调速，通过在电机转子回路中串接电力电子变换器获得附加电动势，从而达到调速的目的，虽然克服了串电阻调速效率低的缺点，但是并不适用主变风机这种小型电机。

变频调速是利用电机的同步转速随频率变化的特性，通过改变电机的供电频率进行调速的方法。研究发现，与其他调速方法，变频调速的性能最好，主要表现在调速范围宽，稳定性好，效率高，另外变频可以保证启动和加速具有足够的转矩，能够实现电机的软启动，消除启动电流对电机的冲击，从而提高电机的使用寿命。

2基于PLC和变频技术的主变风冷系统结构

2.1系统硬件部分

基于PLC和变频技术的主变风冷系统硬件部分主要包括两路交流电源、三组风机、变频器、PLC模块、开关电源、温度传感器、接触器等。

2.2系统主要功能

冷却系统采用两路独立电源供电，具备电气和机械闭锁功能，其中一路主供，另一路备用，当某一路电源故障时，能够自动切换至另一路。由于系统采用PLC模块进行控制，可以考虑不采用传统的双电源自动切换装置，这样更加经济。两路电源的切换模式，可以利用PLC编程灵活便于修改的特点，根据实际情况采取一主一备或互为主备等模式。

每组风机都可以选择其运行状态，即自动、停运、手动状态。灵活的运行方式，易于系统故障处理和检修每组主变风机。

每台风机回路都应设置单独的电动机综合保护器和电源开关，能够对电动机出现过负荷、短路及断相运行等情况进行保护，并且达到将故障风机隔离，方便维修的目的。

当运行中变频模块发生故障时，能够自动隔离变频模块，将主变风机切至工频运行模式。同时为了避免将工频电源误接到变频器输出侧，风机工频和变频电源切换时应加入电气和机械闭锁，并设置合适的切换时间。

变压器上层油温或绕组温度达到一定值时，变频模块自动跟随温度调节输出电源频率，进而调节风机转速;电力变压器投入电网运行时，冷却系统可按负荷电流自动投入主变风机并根据负荷大小调节风机转速。

系统能够通过指示灯、控制面板和后台显示两路电源、风机、PLC、变频器等装置的实施运行状态，并对异常和故障信号发出告警信息。

2.3变频器的选择

变频器的类型的选择要依据其负载的要求进行选择，对于本应用中，风机的转矩与转速的平方成正比，低速时负载转矩较小，可以考虑选择普通功能型。变频器的容量应根据风机的额定电流和额定功率来选择，通常变频器的额定容量或额定电流应大于等于风机的额定功率或额定电流。具体的应根据不同品牌和不同型号的变频器参数说明而定。

2.4其他外围电路的注意事项

系统的运行除了PLC、变频器和电动机等主要设备外，还需要合理配置外围电路。配置外围电路的目的：一是提高变频器的某些性能，二是保护系统内主要设备，三是减小变频器对其他设备的影响。通常需要配置的器件有：无线电噪声滤波器、输入输出交流电抗器。无线电噪声滤波器用于抑制变频器产生的高次谐波对周围的电子、通信和其他设备的干扰。输入交流电抗器用于抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数。输出交流电抗器用于改善变频器输出电流的波形，减小对电动机造成噪音。

2.5安装接线与抗干扰

交流电源不能接入变频器的输出端，并且工频电源与变频电源相互切换时，应注意电气与机械的互锁，防止两电源并接，烧坏变频器逆变元件。变频器与主变风机之间的接线不能超过变频器允许的最大布线距离，且应使用屏蔽电缆，做好接地，防止感应电压的存在烧毁变频器。控制回路线缆与主变风机电源线之间的距离控制在100mm以上，并且不能在同一槽盒内布线，当无法避免两种线缆相交时要互成直角布线。控制回路线缆应采用屏蔽双绞线，双绞线的节距应小于15mm。做好接地，除了能防止人身触电外，也能起到抑制噪声的作用。

3结论

本文在梳理高温对电力变压器的不利影响和传统主变风冷系统存在的问题的基础上，创新地提出了利用PLC和变频技术解决问题的思路，并介绍了PLC控制技术的优势、变频技术在主变风冷系统中应用的可行性和基于PLC和变频技术的主变风冷系统结构功能，另外还总结了在实际运用中遇到的问题和对应的解决办法。将PLC和变频技术应用在主变风冷系统上，提升了主变风冷系统的智能化水平和电力变压器的健康水平，减小了其故障率，另外还达到了节约能源的效果。

参考文献

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