CN105446257A - 油浸式变压器油温监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油浸式变压器油温监控系统，包括控制器、接触器、冷却装置和温度继电器，所述控制器、接触器和冷却装置依次通信连接，所述温度继电器两端分别连接冷却装置输出端和控制器输入端，温度继电器用于采集变压器油的温度，所述冷却控制装置包括可编程序控制器、通讯模块、凝露温度监控模块、电源监视控制模块、冷却器投切保护模块、通讯模块、上位计算机监视模块和就地控制与显示模块；其能够在可编程序控制器根据变压器油温自动投、切冷却器，使变压器油温维持在一个稳定的范围内，满足变压器运行对温度的要求，能够自动根据环境因素、运行负荷和油温合理控制冷却器的运行，确保变压器处于正常运行工况。

Description

油浸式变压器油温监控系统

技术领域

本发明涉及一种变压器监控技术领域，尤其涉及一种油浸式变压器油温监控系统。

背景技术

冷却系统是变压器的重要组成部分，它的工作保证了变压器各部分的温度保持在规定值以内。强迫油循环风冷却系统由风冷却器和风冷控制控制装置两部分组成。

变压器的风冷却器包括两部分：内部冷却系统，它保证绕组、铁芯的热散入油中；外部冷却系统，它保证油的热散人周围介质中。

风冷却器的工作过程是潜油泵把变压器顶层高温油送入冷却管内几次折流后，热量就传给冷却管壁，再由管壁向空气放出热量。与此同时，在空气侧，由风扇强制吹风，冷空气带走放出的热量，从而使热油加速冷却。冷却后的油从冷却器下端再进入变压器油箱内。风冷却器主要部件有冷却器本体、潜油泵、风扇、净油器。冷却器本体是由一簇冷却管与上、下集油室焊接而成的整体。潜油泵是一种特制的油内电动机型离心泵，电动机的定子和转子浸在油中使油系统构成密闭循环系统。潜油泵强迫油循环，提高冷却效率。风扇由轴流式单级叶轮与三相异步电动机两部分构成。风扇吹风，加速变压器油的冷却。净油器，风冷却器上的净油器是充满吸附剂（活性氧化铝）的容器。它安装在冷却器下面，与下集油室链接。经过冷却器管簇的变压器油的一部分流经净油器时与吸附剂接触，使油中所带的水分、游离酸和过氧化合物皆被吸收，变压器油得到净化。

目前我国大型电力变压器冷却装置的配置情况是：根据变压器容量的大小，配置数组强油风冷却器，每组风冷却器由1台油泵和3～4台风扇组成。运行中为满足变压器的各种运行工况，一般要求冷却器1台备用（运行冷却器故障时可自动投入运行）、1台辅助（变压器负荷电流大于70％额定电流或变压器顶层油温高于某一定值时自动投入运行）、其余所有冷却器全部投入运行。

上述的冷却装置配置有其不尽人意的地方，如SFP7-240000/330型主变压器装设有6台冷却容量250KW的风冷却器，在夏季高温季节，变压器满负荷运行，变压器冷却装置全部投入，但其上层油温仍高达70℃左右。但在夜间尤其是在暴雨过后的夜间，因负荷和气温骤降，虽然已将变压器辅助冷却器停运，但变压器油温仍降至30℃以下，也就是油温的变化幅度超过了环境温度的变化。在冬季负荷较低或特别寒冷的季节，因油温过低，不得不对其进行加油，这对变压器的安全运行和寿命将十分不利。

因此，开发设计一种能够根据环境因素、运行负荷和油温合理控制冷却器运行的监控系统是本领域急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种油浸式变压器油温监控系统，其能够在可编程序控制器根据变压器油温自动投、切冷却器，使变压器油温维持在一个稳定的范围内，满足变压器运行对温度的要求，能够自动根据环境因素、运行负荷和油温合理控制冷却器的运行，确保变压器处于正常运行工况。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种油浸式变压器油温监控系统，包括控制器、接触器、冷却装置和温度继电器，所述控制器、接触器和冷却装置依次通信连接，所述温度继电器两端分别连接冷却装置输出端和控制器输入端，温度继电器用于采集变压器油的温度，所述冷却控制装置包括可编程序控制器、通讯模块、凝露温度监控模块、电源监视控制模块、冷却器投切保护模块、通讯模块、上位计算机监视模块和就地控制与显示模块，所述可编程序控制器通过通讯模块与上位计算机监视模块通信，所述电源监视控制模块与可编程序控制器双向通信，所述冷却器投切保护模块与可编程序控制器双向通信，所述就地控制与现实模块与可编程序控制器双向通信，所述冷却器投切保护模块输出端连接变压器冷却器控制端。

所述凝露温度监控模块采用LWK-D2（TH）型凝露温度监控器，该凝露温度监控器的端子1和2连接温度传感器，端子5和6连接凝露传感器，端子3和4连接控温负载，端子7和8连接凝露负载，端子11和12连接交流电源。

所述可编程序控制器包括一个CPU模块、EM221输入模块、EM222输出模块和EM223输入/输出模块

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过对冷却装置的工作特性进行分析，在变压器冷却控制装置的设计中采用了断续负反馈控制模型搭建了变压器油温自动控制系统，实现对变压器油温的自动控制。控制系统以变压器顶层油温作为被控量；PLC作为控制器；交流接触器作为执行机构；冷却装置作为被控对象；温度继电器作为变送器；将引起变压器油温变化的变压器负荷和环境温度看作控制系统的外部扰动，变压器负荷或环境温度变化引起变压器油温的变化，变压器油温变化通过温度继电器采集送入到可编程序控制器，可编程序控制器根据一定的控制策略产生控制冷却器投切的控制决策输出，控制决策通过接触器实现对冷却器组的投切，通过冷却器组的投切控制变压器油温的变化，提高控制精度，改善变压器运行状态，延长使用寿命，确保电网稳定运行。

附图说明

图1是本发明原理框图；

图2是冷却控制装置模块图；

图3是凝露温度监控模块电气图；

图4是电源监视控制模块接线图；

图5是冷却器投切保护模块接线图；

图6是CPU224模块输入输出接线图；

图7是EM223输入输出接线图；

图8是EM221和EM222输入输出接线图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明公开了一种油浸式变压器油温监控系统，包括控制器、接触器、冷却装置（参见附图2）和温度继电器，所述控制器、接触器和冷却装置依次通信连接，所述温度继电器两端分别连接冷却装置输出端和控制器输入端，温度继电器用于采集变压器油的温度，所述冷却控制装置包括可编程序控制器、通讯模块、凝露温度监控模块、电源监视控制模块、冷却器投切保护模块、通讯模块、上位计算机监视模块和就地控制与显示模块，所述可编程序控制器通过通讯模块与上位计算机监视模块通信，所述电源监视控制模块与可编程序控制器双向通信，所述冷却器投切保护模块与可编程序控制器双向通信，所述就地控制与现实模块与可编程序控制器双向通信，所述冷却器投切保护模块输出端连接变压器冷却器控制端。

所述凝露温度监控模块采用LWK-D2（TH）型凝露温度监控器（参见附图3），该凝露温度监控器的端子1和2连接温度传感器，端子5和6连接凝露传感器，端子3和4连接控温负载，端子7和8连接凝露负载，端子11和12连接交流电源，LWK－D2（TH）型凝露温度监控器的工作原理是：监控器通过凝露传感器和温度传感器对工作环境的湿度、温度等指标长期自动检测、采样；当工作环境有凝露产生的可能时，能自动判断并瞬间启动凝露负载；工作环境温度高于设定温度值时，相应的控温负载也将开启；环境温湿度低于设定要求时才停止工作，重新进入监控状态，如此自动循环。在冷却控制装置中凝露温度监控器监视环境的温度、湿度，有凝露产生的可能时，启动装置箱体内的加热装置，同时将“凝露”信号送到PLC用于判断启动冷却器；当温度超过设定值，将装置箱内风扇启动，为控制装置散热。

冷却系统由两路电源供电，可以通过开关选择一路为“主”电源，一路为“辅”电源，电源监视控制部分的作用是，监视两路电源的状态，并将电源状态信号送入可编程序控制器；同时接受可编程序控制器的控制命令，通过断路器动作选择一路电源为装置供电。凝露温度监控器可以实时监视环境的温度、湿度，条件达到时可以启动凝露负载、温度负载，对可能产生的凝露、超温情况采取应对措施。电源监控和凝露温度监控部分电气接线原理如图4所示，在图4所示线路中，小型电压继电器1YJ、2YJ、3YJ的线圈分别连接电源1的三相X1、X2和X3负责监视电源1的状态，三个电压继电器的常开触点串联后连接中间继电器1ZJ的励磁线圈，电源各相均正常时小型继电器1YJ、2YJ和3YJ的常开触点都闭合，中间继电器1ZJ的线圈励磁，1ZJ常开触点闭合；1ZJ的常开触点连接可编程序控制的输入端，送入电源状态信号。小型电压继电器4YJ、5YJ、6YJ和中间继电器2ZJ的配合实现对电源2的监视，接线和工作原理与电源1的监视原理相同。

中间继电器1ZJ的触点负责为断路器和凝露温度监控器提供电源，当电源1正常时，1ZJ的常开触点闭合，常闭触点打开，由电源1为断路器和凝露温度监控器的工作提供电源；当电源1非正常时，1ZJ的常开触点打开，常闭触点闭合，由电源2为断路器和凝露温度监控器供电。

断路器可执行可编程序控制器输出的电源选择控制指令，为冷却器组及控制装置选择一路电源。接触器的A4为“分闸”输入，A2为“合闸”输入，“分闸”输入具有更高的优先级，即两输入端都为有效状态时，断路器优先执行“分闸”动作。接触器的主触头分别连接两电源和变压器冷却装置的电源进线，输入端连接可编程序控制器的输出和断路器常闭辅助触点的组合。图中Q3.4为控制1JC的“合闸”信号，Q3.5为控制1JC的“合闸”信号，Q3.6为控制1JC和2JC的“分闸”信号。2JC的常闭辅助触点和Q3.4串联接入1JC的“合”输入端可以防止两电源同时投入，因为2JC处于“合闸”状态时，电源2供电，其常闭辅助触点打开，1JC的“合闸”输入端处于无信号的状态，电源2不能投入。同理1JC的常闭辅助触点和Q3.5串联接入2JC的“合闸”输入端可以防止电源同时投入的情况发生

ch11为温度传感器，ch12为湿度传感器；WCG为冷却控制装置箱体内的加热装置，3ZJ为中间继电器的励磁线圈，WCG和3ZJ连接到凝露温度监控器的“凝露负载”输出；D为风冷控制装置箱体内的风扇电动机，连接到凝露温度监控器的“温度负载”输出；id为冷却控制装置箱体的照明装置，一端连冷却控制装置的电源，N连接控制装置电源的中线。

中间继电器3ZJ的励磁线圈连接到凝露监控器的“凝露负载”输出，当环境湿度达到设定值时，“凝露负载”输出接通，中间继电器3ZJ励磁，其常开触点连接到可编程序控制器的输入，为可编程序控制器提供凝露信号。冷却控制装置箱体内的加热装置WCG连接凝露监控器的“凝露负载”输出，当环境湿度达到设定值时，凝露负载接通，加热装置启动为控制装置除湿，保证冷却控制装置的可靠工作。冷却控制装置箱体内的风扇连接到凝露控制器的“温度负载”输出，为了保证冷却控制装置的可靠工作，当环境温度达到设定值时，温度负载将被接通，风扇投入运转为冷却控制装置散热。冷却控制箱体内的照明装置id通过开关K连接到电源，装置箱体开启开关K闭合，照明装置点亮；箱体关闭照明装置熄灭。

图5所示线路中，1FS2、1FS4为一组冷却器中风扇电动机的电动机保护器（一个风扇1FS3未画出），1FS1为潜油泵电动机保护器，1FS1、1FS2、1FS3、1FS4分别串接在冷却装置电源和冷却器风扇电动机和潜油泵电动机之间。当电动机发生过载、短路和缺相故障时，与之连接的电机保护器的辅助触点闭合；1ZK为自动空气开关，风扇电动机保护器1FS1、1FS2、1FS3和潜油泵电动机保护器1FS4的辅助触点并联后连接到空气开关1ZK的励磁线圈，当任一电机出现故障时与之相连的电机保护器的输出触点闭合，将使空气开关1ZK的线圈励磁，使空气开关动作。1BC为控制风冷却器投/切的接触器，它的励磁线圈连接可编程序控制器的输出，可以接受可编程序控制器的控制指令，控制冷却器投切。转换开关用于选择是“手动”、“自动”投入冷却器或处于“停止”状态。端子连接以第一组端子为例，处于“自动”状态端子1、2接通，处于“手动”操作状态端子3、4接通。端子25、26、27、28连接在控制电源投切线路中。其余左侧端子分别连接交流和直流电源如图所示；右侧端子2、6、10连接PLC控制接触器输出电源侧，端子3、7、11连接手动控制冷却器按钮；30连接PLC的“自动”输入，31连接PLC的“手动”输入；剩余的右侧端子连接PLC的故障输出电源侧。

所述可编程序控制器由一个CPU模块CPU224（14数字输入/10继电器输出），一个EM221模块（16路数字输入），EM222模块（8继电器输出），EM223模块（8数字输入/8继电器输出）组成，PLC从输入端子采集信号，从输出端子输出控制信号。

可编程序控制器的CPU模块CPU224是整个装置的核心，所有的程序和数据都在CPU模块存储，控制功能和控制决策由CPU模块运行做出，CPU224有14个24V数字直流输入和10个继电器输出，CPU224输入输出连接如图所示：

220V交流电源通过电源输入（L1，N）送入该模块，模块还可以向外提供24V

直流电源，从电源输出（L＋，M）引出。输入I0.0和I0.1连接转换开关，分别表示“自动”、“手动”操作，转换开关在“手动”位置时I0.0将有效，转换开关在“手动”位置时I0.1将有效。输入I0.2～I0.6分别连接电源“主”、“辅”选择开关、中间继电器1ZJ和2ZJ的常开触点、断路器1JC和2JC的辅助触点。开关1KG闭合，表示选择1电源作为“主”电源；中间继电器1ZJ、2ZJ闭合时，I0.3、I0.4将分别有效，表示1路、2路电源处于正常状态；1JC、2JC接通，其辅助触点闭合，分别表示1路、2路电源投入。

变压器三侧开关DL1、DL2、DL3的辅助触点串联作为I0.7输入。变压器三侧开关全部打开，辅助触点DL1、DL2、DL3全部闭合，该输入为有信号状态，表示三侧开关全部打开。输入I1.0、I1.1、I1.2分别连接3个温度继电器1WJ、2WJ、3WJ的常开触点，指示变压器的顶层油温，其中温度继电器1WJ整定为切除冷却器温度阈值，温度继电器2WJ整定为投入冷却器温度阈值，温度继电器3WJ整定为“告警”温度。输入I1.3连接中间继电器3ZJ的一个触点，中间继电器3ZJ的励磁线圈连接凝露监控器的凝露负载，当凝露温度监控器判断发生凝露时，线圈励磁，将凝露信号通过该输入端送到PLC。

1L、2L、3L分别连接到转换开关的1X31、2X31和3X31，处于“自动”操作模式时分别为输出Q0.0～Q0.3、Q0.4～Q0.6、Q0.7～Q1.1提供电源。Q0.0～Q0.7这8路输出分别连接控制8路控制冷却器投切接触器的励磁线圈的一端，励磁线圈的另一端连接到中线。接触器励磁线圈的电源端通过开关还连接转换开关的1X41、2X41和3X41，处于“手动”操作模式下，为励磁线圈提供电源，可以通过按钮开关手动的投切冷却器。Q0.0～Q0.7还连接信号指示灯，当输出有信号时，将接触器线圈励磁，接触器动作其常开触点闭合，将一组风冷却器投入运行同时点亮风冷却。

扩展模块EM223的主要作用是扩展CPU模块的输入输出，它有8个24V直流数字输入（参见附图7）。

模块的1M和2M端接地，L＋连接CPU224模块的24V直流电源输出，一方面为输入I2.0～I2.7提供电源，另一方面为继电器输出Q2.0～Q2.7的继电器线圈供电。1L和2L分别连接转换开关的4X31和5X31在“手动”和“自动”工作模式下分别为输出Q2.0～Q2.3和Q2.4～Q2.7的输出负载提供电源。冷却控制装置能控制8组冷却器，8组冷却器的油流继电器1LJ～8LJ的常开触点连接24V直流电源和EM223的输入I2.0～I2.7。一组冷却器投入运行，这组冷却器中变压器油流速正常，油流继电器常开触点闭合，对应的输入变为有信号状态，变压器油流不正常，对应的输入变为无信号状态。输出Q2.0～Q2.7连接冷却器故障信号指示灯，指示灯的另一端连接中线。变压器冷却控制装置具有故障定位功能，如果一组冷却器的电动机故障、油流或接触器出现故障，对应的信号灯被点亮。同时该组信号灯与EM222的输出配合可以确定是哪一组冷却器出现何种故障。

扩展模块EM221和EM222的作用是扩展CPU模块的输入输出，EM221有16个24V直流数字输入，EM222有8个继电器输出，输入输出连接如图8所示。

模块EM221的1M～4M端和EM222的M端接地，EM222的L＋连接24V直流电源，为继电器输出的继电器线圈供电，由于受CPU24V直流电源供电容量的限制，需要额外提供24V直流电源，可以通过加装24V开关电源解决。EM222的1L端连接6X31，在“手动”和“自动”工作模式下分别为输出Q3.0～Q3.3的输出负载提供电源。2L连接7X31，7X31和输出Q3.4、Q3.5、Q3.6连入电源控制电路。输入I3.0～I3.7分别连接8组自动空气开关1ZK～8ZK常开辅助触点的一端，空气开关辅助触点的另一端连接24V直流电源。自动空气开关与电动机保护器配合实现对风扇和潜油泵电动机的保护，正常情况下自动空气开关的辅助触点打开，当冷却器电动机出现故障时，辅助触点闭合，将各组冷却器的电动机故障信号送入可编程序控制器。输入I4.0～I4.7分别连接控制冷却器投切的8个交流接触器1BC～8BC的常开辅助触点，交流接触器辅助触点的另一端连接24V直流电源。当一只交流接触器闭合，接触器控制的冷却器投入工作，辅助触点闭合，信号送入可编程序控制器，表示对应冷却器投入工作。

Claims (3)

1.一种油浸式变压器油温监控系统，其特征在于：包括控制器、接触器、冷却装置和温度继电器，所述控制器、接触器和冷却装置依次通信连接，所述温度继电器两端分别连接冷却装置输出端和控制器输入端，温度继电器用于采集变压器油的温度，所述冷却控制装置包括可编程序控制器、通讯模块、凝露温度监控模块、电源监视控制模块、冷却器投切保护模块、通讯模块、上位计算机监视模块和就地控制与显示模块，所述可编程序控制器通过通讯模块与上位计算机监视模块通信，所述电源监视控制模块与可编程序控制器双向通信，所述冷却器投切保护模块与可编程序控制器双向通信，所述就地控制与现实模块与可编程序控制器双向通信，所述冷却器投切保护模块输出端连接变压器冷却器控制端。

2.根据权利要求1所述的油浸式变压器油温监控系统，其特征在于：所述凝露温度监控模块采用LWK-D2型凝露温度监控器，该凝露温度监控器的端子1和2连接温度传感器，端子5和6连接凝露传感器，端子3和4连接控温负载，端子7和8连接凝露负载，端子11和12连接交流电源。

3.根据权利要求2所述的油浸式变压器油温监控系统，其特征在于：所述可编程序控制器包括一个CPU模块、EM221输入模块、EM222输出模块和EM223输入/输出模块。