CN114068144A - 一种变压器风冷系统控制装置及控制方法 - Google Patents

一种变压器风冷系统控制装置及控制方法 Download PDF

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张鹏飞
赵莹
郭江
赵建平
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于文海
赵诣
刘新宇
彭松
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余亮亮
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
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Abstract

本发明公开一种变压器风冷系统控制装置，包括：信号采集模块，用于对变压器的温度信息进行采集；PLC控制器，用于接收信号采集模块采集的信息并产生控制信号；变频器，接收PLC控制器输出的控制信号并对风机组进行控制；电源模块，用于向信号采集模块、PLC控制器和变频器供电；所述信号采集模块的输出端通过模数转换器与PLC控制器连接，PLC控制器的输出端连接变频器，所述变频器的输出端连接热继电器组，热继电器组的输出端连接风机组；电源模块的输出端连接信号采集模块、PLC控制器和变频器。本发明还提供一种变压器风冷系统控制方法。本发明通过获取变压器的温度和负荷，使得电机平滑调节，提高响应时间，减少迟滞。

Description

一种变压器风冷系统控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及变电站技术领域,具体涉及一种变压器风冷系统控制装置及控制方法。
背景技术
变电站是电力系统中对电压进行变换、接受和分配电能的场所。电力变压器作为变电站的心脏、中枢，是电力系统中不可替代的关键设备。发电厂发出的电力都要经过变压器升压后方能进行输送，又由于高电压送到用电地区后不能直接使用，所以再用变压器将高电压变换成低电压。电力变压器运行的可靠性直接关系到电网的安全、高效、经济的运行，也是打造绿色、智能电网的重要保证。
目前，绝大部分的变压器损坏，究其原因是丧失了应有的绝缘能力，而影响绝缘能力的主要因素之一是变压器运行时的温度，主变风冷系统是主变降温的主要方式。一旦风冷系统出现故障，主变压器安全稳定、安全运行都受到影响，甚至威胁到电网的安全稳定运行。
现有供电公司变电站使用的风冷系统控制器，因其电机控制方式的问题，随着温度变化对电机转速的调节不够平滑，调节呈阶梯状且响应迟滞，电机投切次数较多，以至于导致风冷系统电机缺陷频发，风冷变压器冷却系统出现故障，存在严重的安全隐患问题。
为此，结合设备运行实际不断优化和改进变压器冷却系统，具有十分重要的意义和经济效益。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种变压器风冷系统控制装置及控制方法。
本发明采用的技术方案是：
一种变压器风冷系统控制装置，包括：
信号采集模块，用于对变压器的温度信息进行采集；
PLC控制器，用于接收信号采集模块采集的信息并产生控制信号；
变频器，接收PLC控制器输出的控制信号并对风机组进行控制；
电源模块，用于向信号采集模块、PLC控制器和变频器供电；
所述信号采集模块的输出端通过模数转换器与PLC控制器连接，所述PLC控制器的输出端连接变频器，所述变频器的输出端连接热继电器组，所述热继电器组的输出端连接风机组；所述电源模块的输出端连接信号采集模块、PLC控制器和变频器。
作为本发明的进一步技术方案为，所述电源模块包括工频电源模块和变频电源模块，所述工频电源模块和变频电源模块之间设置互锁结构。
作为本发明的进一步技术方案为，所述变频电源模块包括输入线路、第一控制开关、变频器和第一控制开关，所述输入线路通过第一控制开关与变频器的输入端连接，所述变频器的输出端连接第一控制开关，所述第一控制开关与热继电器连接。
作为本发明的进一步技术方案为，所述工频电源模块包括输入线路、第一控制开关、第三控制开关、第二控制开关和热继电器；所述输入线路的输出端连接第一控制开关，所述第三控制开关和第二控制开关依次串联在第一控制开关和热继电器之间，所述第三控制开关并联设置在变频器上。
作为本发明的进一步技术方案为，所述变频器为西门子型号为SINAMICS-G120C的变频器。
作为本发明的进一步技术方案为，所述PLC控制器为S7-200系列，型号为CPU224的PLC控制器。
作为本发明的进一步技术方案为，所述信号采集模块包括温度探头和负荷检测模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块，所述温度探头和负荷检测模块的输出端连接模拟量输入模块，所述模拟量输入模块的输出端连接模拟量输出模块。
作为本发明的进一步技术方案为，所述模拟量输入模块为EM231型号，模拟量输出模块为EM232。
一种变压器风冷系统控制方法，包括以下步骤：
接收信号采集模块采集的温度和负荷信息，当温度和负荷信息大于设定值时，变频器不动作；当温度和负荷信息处于设定值范围内，变频器动作控制风机运行，当温度和负荷信息升高且大于设定值时，变频器断开不动作；当温度和负荷信息降低至设定值范围内，变频器接入控制风机运行。
作为本发明的进一步技术方案为，所述设定值为负载电流大于额定电流1/2或油面温度大于50℃。
本发明的有益效果：
1、本发明中在变压器上设置风冷系统，包括用于检测变压器温度和负荷的温度检测器和负荷检测模块，通过获取变压器的温度和负荷，确定是否进行风机的投切，根据变压器的温度和负荷选择电源供电模式，采用PLC控制器接收信号采集模块采集的信息，并通过控制变频器进行变频驱动，实现电机变频调速。
2、通过采用温度和负荷进行监测，使得电机平滑调节，提高响应时间，减少迟滞；
3、本发明中电源模块包括工频电源模块和变频电源模块，根据PLC控制器的控制信号对工频电源模块和变频电源模块进行切换，实现自动控制风冷系统的启停，且工频电源模块和变频电源模块为互锁结构。
附图说明
图1为本发明提出的一种变压器风冷系统控制装置结构图；
图2为本发明提出的电源模块动作逻辑图；
图3为本发明提出的电源模块接线图；
图4为本发明提出的变频器输入电压与输出频率关系图
图5为本发明提出的一种变压器风冷系统控制方法流程。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
参见图1和图2，本发明提供的一种变压器风冷系统控制装置，包括：
信号采集模块10，用于对变压器的温度信息进行采集；
PLC控制器20，用于接收信号采集模块采集的信息并产生控制信号；
变频器30，接收PLC控制器输出的控制信号并对风机组进行控制；
电源模块40，用于向信号采集模块、PLC控制器和变频器供电；
所述信号采集模块10的输出端通过模数转换器11与PLC控制器20连接，所述PLC控制器20的输出端连接变频器30，所述变频器30的输出端连接热继电器组50，所述热继电器组50的输出端连接风机组60，所述电源模块40的输出端连接信号采集模块10、PLC控制器20和变频器30。
本发明实施例中，变压器上设置风冷系统，包括用于检测变压器温度和负荷的温度检测器和负荷检测模块，通过获取变压器的温度和负荷，确定是否进行风机的投切，根据变压器的温度和负荷选择电源供电模式，采用PLC控制器接收信号采集模块采集的信息，并通过控制变频器进行变频驱动，实现电机变频调速。
本发明实施例中，电源模块包括工频电源模块和变频电源模块，所述工频电源模块和变频电源模块之间设置互锁结构。
参见图3，变频电源模块包括输入线路、第一控制开关、变频器和第一控制开关，所述输入线路通过第一控制开关与变频器的输入端连接，所述变频器的输出端连接第一控制开关，所述第一控制开关与热继电器连接。
参见图3，工频电源模块包括输入线路、第一控制开关、第三控制开关、第二控制开关和热继电器；所述输入线路的输出端连接第一控制开关，所述第三控制开关和第二控制开关依次串联在第一控制开关和热继电器之间，所述第三控制开关并联设置在变频器上。
主变风冷系统的风机电源设计分为两个部分：风机工频及风机变频双电源接线。主回路电源为双电源，能够实现自动切换功能；主回路能够为风机提供工频和变频电源，并且两种方式能够相互闭锁。当先闭合KK1及KM1时，(输入变频器启动值)再闭合1KM，观察1KM和KM1的动作情况(正确动作情况为：KK1＝1，1KM＝1，KM1＝0，且1KM先于KM1动作)；当先闭合KK1及1KM时，(输入变频器启动值并逐渐增大直至超出其范围)再闭合KM1，观察1KM和KM1的动作情况(正确动作情况结果为：KK1＝1，1KM＝0，KM1＝1，且1KM先于1KM动作)。
本发明基于PLC的变频控制策略主程序设计：选择西门子型号为SINAMICS-G120C的变频器，SINAMICS-G120C变频器在不同电压信号输入下的频率输出，输入电压与输出频率关系如图4所示；从经济性和其他性能多方考虑，PLC选用S7-200系列，型号为CPU224。
信号采集模块包括温度探头和负荷检测模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块，所述温度探头和负荷检测模块的输出端连接模拟量输入模块，所述模拟量输入模块的输出端连接模拟量输出模块。模拟量输入模块为EM231，模拟量输出模块为EM232。在S7-200软件平台编写PLC控制策略主程序，程序控制模块通过判别温度和负荷关系将指令传输于变频器模块，通过数模转换，以实现电机变频调速的目的。
参见图5，本发明还提供一种变压器风冷控制方法，包括以下步骤：接收信号采集模块采集的温度和负荷信息，当温度和负荷信息大于设定值时，变频器不动作；当温度和负荷信息处于设定值范围内，变频器动作控制风机运行，当温度和负荷信息升高且大于设定值时，变频器断开不动作；当温度和负荷信息降低至设定值范围内，变频器接入控制风机运行。
其中，所述设定值为负载电流大于额定电流1/2或油面温度大于50℃。将温度和负荷同时设定为判定条件，当负载电流大于额定电流1/2或油面温度高于50℃，本发明可使电机转速平滑调节。将主变风冷系统的风机电源设计为工频及变频双电源接线，主回路电源为双电源，能够实现自动切换功能，当负载电流下于额定电流1/2或油面温度低于50℃时，电机在工频模式下工作，当负载电流大于额定电流1/2或油面温度高于50℃时，电机在变频模式下工作，主回路能够为风机提供工频和变频电源，并且两种方式能够相互闭锁。
第一控制开关和第三控制开关闭合，第二控制开关打开时，油温和负荷开始逐渐降低，油温和负荷是在变频器动作范围内，则第二控制开关闭合，第三控制开关跳开，当油位负荷继续降低，变频器正常工作，当油温负荷开始逐渐升高，油位和负荷在变频器动作范围内，变频器不动作，油位和负荷超过变频器动作范围内，则第三控制开关闭合，第二控制开关跳开，油温负荷开始逐渐降低，循环控制。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种变压器风冷系统控制装置，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于对变压器的温度信息进行采集；
PLC控制器，用于接收信号采集模块采集的信息并产生控制信号；
变频器，接收PLC控制器输出的控制信号并对风机组进行控制；
电源模块，用于向信号采集模块、PLC控制器和变频器供电；
所述信号采集模块的输出端通过模数转换器与PLC控制器连接，所述PLC控制器的输出端连接变频器，所述变频器的输出端连接热继电器组，所述热继电器组的输出端连接风机组；所述电源模块的输出端连接信号采集模块、PLC控制器和变频器。
2.根据权利要求1所述的一种变压器风冷系统控制装置，其特征在于，所述电源模块包括工频电源模块和变频电源模块，所述工频电源模块和变频电源模块之间设置互锁结构。
3.根据权利要求2所述的一种变压器风冷系统控制装置，其特征在于，所述变频电源模块包括输入线路、第一控制开关、变频器和第一控制开关，所述输入线路通过第一控制开关与变频器的输入端连接，所述变频器的输出端连接第一控制开关，所述第一控制开关与热继电器连接。
4.根据权利要求3所述的一种变压器风冷系统控制装置，其特征在于，所述工频电源模块包括输入线路、第一控制开关、第三控制开关、第二控制开关和热继电器；所述输入线路的输出端连接第一控制开关，所述第三控制开关和第二控制开关依次串联在第一控制开关和热继电器之间，所述第三控制开关并联设置在变频器上。
5.根据权利要求1所述的一种变压器风冷系统控制装置，其特征在于，所述变频器为西门子型号为SINAMICS-G120C的变频器。
6.根据权利要求1所述的一种变压器风冷系统控制装置，其特征在于，所述PLC控制器为S7-200系列，型号为CPU224的PLC控制器。
7.根据权利要求1所述的一种变压器风冷系统控制装置，其特征在于，所述信号采集模块包括温度探头和负荷检测模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块，所述温度探头和负荷检测模块的输出端连接模拟量输入模块，所述模拟量输入模块的输出端连接模拟量输出模块。
8.根据权利要求1所述的一种变压器风冷系统控制装置，其特征在于，所述模拟量输入模块为EM231型号，模拟量输出模块为EM232。
9.一种变压器风冷系统控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一所述的一种变压器风冷控制系统，包括以下步骤：接收信号采集模块采集的温度和负荷信息，当温度和负荷信息大于设定值时，变频器不动作；当温度和负荷信息处于设定值范围内，变频器动作控制风机运行，当温度和负荷信息升高且大于设定值时，变频器断开不动作；当温度和负荷信息降低至设定值范围内，变频器接入控制风机运行。
10.根据权利要求9所述的一种变压器风冷系统控制方法，其特征在于，所述设定值为负载电流大于额定电流1/2或油面温度大于50℃。
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