CN112737438B - 一种基于plc控制的变压器软启动装置 - Google Patents

一种基于plc控制的变压器软启动装置 Download PDF

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Abstract

一种基于PLC控制的变压器软启动装置，当启动系统电压达到额定电压时，启动系统经调压器向启动变压器的启动绕组供电；可编程控制器控制调压器输出电压由零增大至启动绕组的额定电压；当启动变压器的工作绕组电压达到启动系统电压时，可编程控制器控制由启动系统向工作绕组供电、并断开调压器至启动绕组的供电回路，控制调压器输出电压为零，再断开启动系统至调压器的供电回路，完成软启动。实现了大容量变压器经小容量变压器与电网连接的启动方案，采用调压器使变压器的电压逐步升高建立磁场，避免产生电流对电网冲击；使用PLC控制开关对电路接线进行切换，操作方便、自动，一键启动，能够与上位机拓展连接；消除合闸涌流、平稳启动。

Description

一种基于PLC控制的变压器软启动装置
技术领域
本发明属于变压器控制技术领域，更具体地，涉及一种基于PLC控制的变压器软启动装置。
背景技术
现有变压器软启动的方法，主要使用限流模块，连接在市电与变压器之间，用于限制大容量变压器的启动电流；或用晶闸管分相合闸的方法。
现有技术文件1(赵大帅等.大功率变压器软启动装置及方法[P].广东：CN103036446A,2013-04-10.)公开了一种大功率变压器软启动装置，包括：限流模块，连接在市电与大功率变压器之间，用于限制大功率变压器的启动电流；控制模块，用于在大功率变压器软启动时产生第一控制信号，在大功率变压器软启动至工频时产生第二控制信号；第一开关模块，连接在限流模块及大功率变压器之间，根据第一控制信号闭合，根据第二控制信号断开；第二开关模块，与限流模块并联，根据第一控制信号断开，根据第二控制信号闭合。
以现有技术文件1为代表的这些方法的限流模块或晶闸管会发热，需要冷却装置，不能频繁启动。同时这些方法存在着一定的冲击电流。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于PLC控制的变压器软启动装置，实现大容量变压器的平稳启动，避免了启动电流对电网的冲击，有效的保证了电网运行的稳定性和可靠性。
本发明采用如下的技术方案。
一种基于PLC控制的变压器软启动方法的步骤如下：
步骤1，采集启动系统电压，控制调压器输出电压；
步骤2，调压器输出电压为零，启动系统电压达到0.95Ue至1.05Ue之间，其中Ue为启动系统所接入电网的额定电压，可编程控制器控制由启动系统向启动变压器的启动绕组供电；可编程控制器控制调压器输出电压由零增大；
步骤3，采集启动变压器的工作绕组电压；
步骤4，启动变压器的工作绕组电压达到0.95Uk至1.0Uk，其中Uk为启动系统电压，调压器输出电压停止增大；可编程控制器控制由启动系统向工作绕组供电，并断开调压器向启动绕组的供电回路；
步骤5，可编程控制器控制调压器输出电压为零；
步骤6，可编程控制器控制断开启动系统向调压器的供电回路，完成软启动。
优选地，
步骤1包括：
步骤1.1，断开启动变压器工作绕组和启动绕组的供电回路；
步骤1.2，断开调压器向启动绕组的供电回路，控制调压器的输出电压为零；
步骤1.3，利用第一电压互感器采集启动系统电压。
优选地，
步骤2包括：
步骤2.1，调压器输出电压为零，启动系统电压达到0.95Ue至1.05Ue之间，其中Ue为启动系统所接入电网的额定电压，可编程控制器输出第一控制信号用于导通降压变压器的供电回路，此时，启动系统电压经降压变压器后作为调压器的输入电压；
步骤2.2，可编程控制器输出第二控制信号，用于导通调压器向启动绕组的供电回路；
步骤2.3，可编程控制器输出第三控制信号，用于控制调压器的输出电压以每秒不小于0.1Ue的速度由零增大至启动绕组的额定电压，调压器的输出电压作为启动绕组的输入电压，实现启动系统对启动绕组的供电。
优选地，
在步骤3中，利用第二电压互感器采集由启动绕组感应到工作绕组上的电压。
优选地，
步骤4包括：
步骤4.1，启动变压器的工作绕组电压达到0.95Uk至1.0Uk，其中Uk为启动系统电压，调压器输出电压停止增大；
步骤4.2，可编程控制器输出第四控制信号，用于导通工作绕组供电回路，此时工作绕组由启动系统供电；
步骤4.3，可编程控制器输出第五控制信号，用于断开调压器向启动绕组的供电回路。
优选地，
在步骤5中，可编程控制器输出第六控制信号，用于控制调压器输出电压由启动绕组的额定电压减小至零。
优选地，
在步骤6中，可编程控制器输出第七控制信号，用于断开启动系统向调压器的供电回路。
基于PLC控制的变压器软启动方法的软启动装置包括：启动变压器、降压变压器、调压器、工作绕组供电回路开关柜、启动绕组供电回路开关柜、可编程控制器、启动绕组供电回路断路器；
启动变压器是三绕组变压器，包括工作绕组、启动绕组和供电绕组；所述供电绕组与待启动的目标变器低压侧连接；
启动系统经由工作绕组供电回路开关柜向工作绕组供电；
启动系统依次经由启动绕组供电回路开关柜、降压变压器、调压器、启动绕组供电回路断路器向启动绕组供电。
优选地，
可编程控制器输出多种控制信号，包括：
(1)第一控制信号，用于控制启动绕组供电回路开关柜内断路器闭合；
(2)第二控制信号，用于控制启动绕组供电回路断路器闭合；
(3)第三控制信号，用于控制调压器的输出电压以每秒不小于0.1Ue的速度由零增大至启动绕组的额定电压；
(4)第四控制信号，用于控制工作绕组供电回路开关柜内断路器闭合；
(5)第五控制信号，用于控制启动绕组供电回路断路器分闸；
(6)第六控制信号，用于控制调压器输出电压由启动绕组的额定电压减小至零；
(7)第七控制信号，用于控制启动绕组供电回路开关柜内断路器分闸。
优选地，
软启动装置还包括第一电压互感器，用于采集启动系统电压；
软启动装置还包括第二电压互感器，用于采集工作绕组供电电压。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，
1.该方案采用调压器，使变压器的电压逐步升高建立磁场的方法。避免了产生的电流对电网的冲击。
2.使用开关对电路接线进行切换，操作方便。
3.使用PLC进行控制，实现自动控制，达到一键启动的功能，可以拓展到和上位机连接。
4.消除了合闸涌流，使变压器能够平稳启动。
5.该启动方法在大容量经小容量与电网连接的启动方案在国内外是首创，此方案的应用国内外领先。
附图说明
图1为本发明基于PLC控制的变压器软启动方法的流程图；
图2为本发明基于PLC控制的变压器软启动装置的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1，一种基于PLC控制的变压器软启动方法的步骤如下：
步骤1，采集启动系统电压，控制调压器输出电压。
具体地，
步骤1包括：
步骤1.1，断开启动变压器工作绕组和启动绕组的供电回路；
步骤1.2，断开调压器向启动绕组的供电回路，控制调压器的输出电压为零；
步骤1.3，利用第一电压互感器采集启动系统电压。
启动系统电压的电压等级包括：10kV、20kV、35kV。
步骤2，调压器输出电压为零，启动系统电压达到0.95Ue至1.05Ue之间，其中Ue为启动系统所接入电网的额定电压，可编程控制器控制由启动系统向启动变压器的启动绕组供电；可编程控制器控制调压器输出电压由零增大。
具体地，
步骤2包括：
步骤2.1，调压器输出电压为零，启动系统电压达到0.95Ue至1.05Ue之间，其中Ue为启动系统所接入电网的额定电压，可编程控制器输出第一控制信号用于导通降压变压器的供电回路，此时，启动系统电压经降压变压器后作为调压器的输入电压；
其中，启动系统所接入电网的额定电压的电压等级包括：10kV、20kV、35kV；降压变压器的高压侧电压的电压等级包括：10kV、20kV、35kV；降压变压器的高压侧电压的电压等级与启动系统电压的电压等级一致。
步骤2.2，可编程控制器输出第二控制信号，用于导通调压器向启动绕组的供电回路；
步骤2.3，可编程控制器输出第三控制信号，用于控制调压器的输出电压以每秒不小于0.1Ue的速度由零增大至启动绕组的额定电压，调压器的输出电压作为启动绕组的输入电压，实现启动系统对启动绕组的供电。
步骤3，采集启动变压器的工作绕组电压。
具体地，
在步骤3中，利用第二电压互感器采集由启动绕组感应到工作绕组上的电压。
启动变压器的工作绕组电压的电压等级包括：10kV、20kV、35kV；启动变压器的工作绕组电压的电压等级与启动系统电压的电压等级一致。
步骤4，启动变压器的工作绕组电压达到0.95Uk至1.0Uk，其中Uk为启动系统电压，调压器输出电压停止增大；可编程控制器控制由启动系统向工作绕组供电，并断开调压器向启动绕组的供电回路。
具体地，
步骤4包括：
步骤4.1，启动变压器的工作绕组电压达到0.95Uk至1.0Uk，其中Uk为启动系统电压，调压器输出电压停止增大；
步骤4.2，可编程控制器输出第四控制信号，用于导通工作绕组供电回路，此时工作绕组由启动系统供电；
步骤4.3，可编程控制器输出第五控制信号，用于断开调压器向启动绕组的供电回路。
步骤5，可编程控制器控制调压器输出电压为零。
具体地，
在步骤5中，可编程控制器输出第六控制信号，用于控制调压器输出电压由启动绕组的额定电压减小至零。
步骤6，可编程控制器控制断开启动系统向调压器的供电回路，完成软启动。
具体地，
在步骤6中，可编程控制器输出第七控制信号，用于断开启动系统向调压器的供电回路。
如图2，一种基于PLC控制的变压器软启动装置，包括：启动变压器4、降压变压器8、调压器3、工作绕组供电回路开关柜1、启动绕组供电回路开关柜2、可编程控制器9、启动绕组供电回路断路器10a；
启动变压器4是三绕组变压器，包括工作绕组、启动绕组和供电绕组；供电绕组与待启动的目标变器5低压侧连接；
启动系统经由工作绕组供电回路开关柜1向工作绕组供电；
启动系统依次经由启动绕组供电回路开关柜2、降压变压器8、调压器3、启动绕组供电回路断路器10a向启动绕组供电。
具体地，
可编程控制器输出多种控制信号，包括：
(1)第一控制信号，用于控制启动绕组供电回路开关柜2内断路器2a闭合，启动系统经由降压变压器8向调压器3供电；
(2)第二控制信号，用于控制启动绕组供电回路断路器10a闭合，启动系统经由降压变压器8、调压器3向启动绕组供电；
(3)第三控制信号，用于控制调压器3的输出电压以每秒不小于0.1Ue的速度由零增大至启动绕组的额定电压；
(4)第四控制信号，用于控制工作绕组供电回路开关柜1内断路器1a闭合，启动系统向工作绕组供电；
(5)第五控制信号，用于控制启动绕组供电回路断路器10a开断，启动系统不再经由降压变压器8、调压器3向启动绕组供电；
(6)第六控制信号，用于控制调压器3输出电压由启动绕组的额定电压减小至零；
(7)第七控制信号，用于控制启动绕组供电回路开关柜2内断路器2a分闸，降压变压器8和调压器3退出运行。
具体地，
软启动装置还包括第一电压互感器6，用于采集启动系统电压；本优选实施例中，第一电压互感器6单独安装在一个开关柜内。
软启动装置还包括第二电压互感器7，用于采集工作绕组供电电压；本优选实施例中，工作绕组供电回路开关柜1内置第二电压互感器7。
值得注意的是，所属领域技术人员可以根据工程实际应用需要，对第一电压互感器和第二电压互感器选择不同型式的设备和设计不同安装位置，本优选实施例中的设备型式和布置方案是一种非限制性的较优选择。
基于PLC控制的变压器软启动装置的工作流程如下：
(1)利用第一电压互感器采集启动系统电压，检测工作绕组供电回路开关柜断路器分合闸状态、启动绕组供电回路开关柜断路器分合闸状态以及启动绕组供电回路断路器分合闸状态；
(2)当启动系统电压达到0.95Ue至1.05Ue之间，其中Ue为启动系统所接入电网的额定电压，工作绕组供电回路开关柜断路器、启动绕组供电回路开关柜断路器以及启动绕组供电回路断路器均处于分闸状态时，并且调压器的输出电压为零的位置，可编程控制器输出第一控制信号，用于启动绕组供电回路开关柜断路器合闸；
(3)采集启动绕组供电回路开关柜断路器的合闸反馈信号，可编程控制器接收到该信号后，输出第二控制信号，用于控制启动绕组供电回路断路器合闸；
(4)采集启动绕组供电回路断路器的合闸反馈信号，可编程控制器接收到该信号后，输出第三控制信号，用于控制调压器以每秒不小于0.1Ue的速度增大输出电压；
(5)采集启动变压器的工作绕组电压U，即由启动绕组感应到工作绕组上的电压，采集启动系统电压Uk，当U达到0.95Uk至1.0Uk时，调压器停止增大电压；可编程控制器输出第四控制信号，用于工作绕组供电回路开关柜断路器合闸；
(6)采集工作绕组供电回路开关柜断路器的合闸反馈信号，可编程控制器接收到该信号后，输出第五控制信号，用于启动绕组供电回路断路器分闸；
(7)采集启动绕组供电回路断路器的分闸反馈信号，可编程控制器接收到该信号后，输出第六控制信号，用于控制调压器的输出电压降低至零位置；
(8)当调压器的输出电压为零时，可编程控制器输出第七控制信号，用于启动绕组供电回路开关柜断路器分闸；
(9)完成软启动。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，
1.该方案采用调压器，使变压器的电压逐步升高建立磁场的方法。避免了产生的电流对电网的冲击。
2.使用开关对电路接线进行切换，操作方便。
3.使用PLC进行控制，实现自动控制，达到一键启动的功能，可以拓展到和上位机连接。
4.消除了合闸涌流，使变压器能够平稳启动。
5.该启动方法在大容量经小容量与电网连接的启动方案在国内外是首创，此方案的应用国内外领先。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PLC控制的变压器软启动装置，其特征在于，
所述软启动装置包括：启动变压器、降压变压器、调压器、工作绕组供电回路开关柜、启动绕组供电回路开关柜、可编程控制器、启动绕组供电回路断路器；其中，可编程控制器输出多种控制信号，利用控制信号分别实现控制调压器的输出电压以每秒不小于0.1Ue的速度由零增大至启动绕组的额定电压和控制调压器输出电压由启动绕组的额定电压减小至零；其中Ue为启动系统所接入电网的额定电压；
所述启动变压器是三绕组变压器，包括工作绕组、启动绕组和供电绕组；所述供电绕组与待启动的目标变器低压侧连接；
启动系统经由工作绕组供电回路开关柜向工作绕组供电；
启动系统依次经由启动绕组供电回路开关柜、降压变压器、调压器、启动绕组供电回路断路器向启动绕组供电；
所述变压器软启动装置实现大容量待启动的目标变压器经小容量启动变压器与电网连接的启动。
2.根据权利要求1所述的基于PLC控制的变压器软启动装置，其特征在于，
所述可编程控制器输出多种控制信号，包括：
(1)第一控制信号，用于控制启动绕组供电回路开关柜内断路器闭合；
(2)第二控制信号，用于控制启动绕组供电回路断路器闭合；
(3)第三控制信号，用于控制调压器的输出电压以每秒不小于0.1Ue的速度由零增大至启动绕组的额定电压；
(4)第四控制信号，用于控制工作绕组供电回路开关柜内断路器闭合；
(5)第五控制信号，用于控制启动绕组供电回路断路器分闸；
(6)第六控制信号，用于控制调压器输出电压由启动绕组的额定电压减小至零；
(7)第七控制信号，用于控制启动绕组供电回路开关柜内断路器分闸。
3.根据权利要求1所述的基于PLC控制的变压器软启动装置，其特征在于，
所述软启动装置还包括第一电压互感器，用于采集启动系统电压；
所述软启动装置还包括第二电压互感器，用于采集工作绕组电压。
4.根据权利要求1所述的基于PLC控制的变压器软启动装置，其特征在于，
所述软启动装置先采集启动系统电压，控制调压器输出电压；然后，调压器输出电压为零，启动系统电压达到0.95Ue至1.05Ue之间，其中Ue为启动系统所接入电网的额定电压，可编程控制器控制由启动系统向启动变压器的启动绕组供电；可编程控制器控制调压器输出电压由零增大；
再采集启动变压器的工作绕组电压；然后，启动变压器的工作绕组电压达到0.95Uk至1.0Uk，其中Uk为启动系统电压，调压器输出电压停止增大；可编程控制器控制由启动系统向工作绕组供电，并断开调压器向启动绕组的供电回路；可编程控制器控制调压器输出电压为零；可编程控制器控制断开启动系统向调压器的供电回路，完成软启动。
5.根据权利要求4所述的基于PLC控制的变压器软启动装置，其特征在于，
软启动装置采集启动系统电压，控制调压器输出电压时，断开启动变压器工作绕组和启动绕组的供电回路；断开调压器向启动绕组的供电回路，控制调压器的输出电压为零；利用第一电压互感器采集启动系统电压。
6.根据权利要求4所述的基于PLC控制的变压器软启动装置，其特征在于，
软启动装置的调压器输出电压为零时，启动系统电压达到0.95Ue至1.05Ue之间，其中Ue为启动系统所接入电网的额定电压，可编程控制器输出第一控制信号用于导通降压变压器的供电回路，此时，启动系统电压经降压变压器后作为调压器的输入电压；可编程控制器输出第二控制信号，用于导通调压器向启动绕组的供电回路；可编程控制器输出第三控制信号，用于控制调压器的输出电压以每秒不小于0.1Ue的速度由零增大至启动绕组的额定电压，调压器的输出电压作为启动绕组的输入电压，实现启动系统对启动绕组的供电。
7.根据权利要求4所述的基于PLC控制的变压器软启动装置，其特征在于，
利用第二电压互感器采集由启动绕组感应到工作绕组上的电压。
8.根据权利要求4所述的基于PLC控制的变压器软启动装置，其特征在于，
软启动装置的启动变压器的工作绕组电压达到0.95Uk至1.0Uk时，其中Uk为启动系统电压，调压器输出电压停止增大；可编程控制器输出第四控制信号，用于导通工作绕组供电回路，此时工作绕组由启动系统供电；可编程控制器输出第五控制信号，用于断开调压器向启动绕组的供电回路。
9.根据权利要求4所述的基于PLC控制的变压器软启动装置，其特征在于，
可编程控制器输出第六控制信号，用于控制调压器输出电压由启动绕组的额定电压减小至零。
10.根据权利要求4所述的基于PLC控制的变压器软启动装置，其特征在于，
可编程控制器输出第七控制信号，用于断开启动系统向调压器的供电回路。
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一种直接消除变压器合闸励磁涌流的方法;何越 等;《电工技术学报》;20111130;第26卷(第11期);第143页第4段-144页最后1段 *
基于联合仿真的变频调速系统传导EMI预测研究;曹海洋 等;《电气传动》;20190731;第49卷(第7期);第93页第1-2段 *

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