陈三伟 梁洛耕 韦阳健
（广西电网有限责任公司柳州供电局，广西 柳州 545005）
摘要：
本文基于电力系统工程现场实际需求开展研究。针对某变电站#1主变压器强迫油循环冷却控制系统进行技术改造。#1主变压器自投运至今，其冷却控制系统一直在不间断运行，已发生多起风扇电机轴承损坏、绕组烧坏故障，从而导致控制系统跳闸引起冷却器全停的严重事故。经分析原因：主变压器冷却控制系统为单一的继电模式控制，即为“工作”—“油面温度计I（油面温度计II）”—“备用”模式，冷却风扇电机采用分组启停的控制方式，形成多台风扇电机同时启动或同时停止。此运行控制方式下存在风扇电机长时间运行不能自动轮换，且风扇电机直接启动时电流大（额定电流的5~7倍）等弊端。而且，在工频额定负载下投切拉弧容易引起风扇电机绕组绝缘老化。因此，有必要对主变压器冷却控制系统进行技术改造，研究一款基于PLC和变频控制技术的冷却系统，科学统筹风机的各种运行状态参量，提高控制系统的智能化水平，降低风扇电机损坏概率，避免风机全停故障，同时降低电能耗散和噪声污染。
一 变压器冷却控制系统设计原则
本文以某变电站1#主变压器冷却系统技术改造为背景开展相关研究。目的是设计实现PLC和变频控制技术对风机系统的智能控制。同时实现PLC和变频控制模式为常用控制方式，工频控制模式为备用控制方式的双模控制运行方式。控制系统的设计原则如下：
①PLC采用的是大规模集成电路技术，标准化生产流程，设备的抗干扰能力很强，本文选用PLC控制技术对风机系统进行控制。
②根据变电站运行规程和操作规范等要求，在满足安全生产需求的基础上，设置触摸屏监控画面，调整设计参数，简化组态画面，使控制系统更加人性化和智能化，同时需要提高故障诊断能力及维修便利性。
③结合变电站运行环境和现场实际运行条件植入所需的程序，为PLC控制系统运行提供安全、稳定及可靠的保障。
④在进行冷却系统硬件设计时，选择标准总线的结构形式。而且设计所有指标的时候应保留适当余量，便于后期扩充相应功能。
⑤在进行软件设计时，选择标准模块的结构形式，在现场运转设备或控制对象需要进行改变时，只需做相应的、简单的更改及扩充便可达到所需的效果，尽可能避免二次开发。
⑥随着科学技术的快速发展，相关电力产品更新换代周期大幅度缩减，为了保证控制系统能够有效优化升级，使冷却系统能够更加智能化，需要在选用PLC及变频设备容量过程中，注意保留合适的余量[34]。
⑦为了便于现场工作人员日常运维，系统应增强工作人员熟悉及掌握系统操作的效率及质量。同时，也要兼顾系统检修的简便性，若有故障出现时，可以快速准确的查询到故障源，并在第一时间将其排除掉。
二 变压器冷却控制系统设计
为了保证冷却控制系统运行的可靠性，在对某站1#主变压器冷却系统技术改造时，实现了PLC+变频控制模式为常用控制方式，工频控制模式为备用控制方式的双模控制运行方式。
在PLC+变频控制模式中冷却器的运转组数及频率，通过变压器顶层油温模拟量信号和油温、绕组、过负荷开关量信号经过PLC综合控制。A/D模块实时采集变压器顶层油温，传递给PLC，PLC按照已设定数学模型计算风扇电机的控制频率，再经过D/A模块传给变频器，变频器改变风扇电机的运行频率，从而改变了变压器冷却系统的冷却能力。
1.PLC控制回路
PLC+变频控制模式是在PLC程序控制的基础上，合理地加设了变频调速控制。参量的原有开关量接点控制信号换成连贯的模拟量信号来实现控制。并将变压器风扇电机运行状态从不均衡工频形式转化为智能化变频形式，智能化的含义是依据油面温度变化及负荷变化进行自动化均衡调节风量，最终实现对变压器冷却设备的智能化及变频控制。变压器冷却系统自动模式电气回路（彩色部分）如图1所示。
.png)
图1 变压器冷却系统PLC+变频控制模式电气回路
2.工频控制回路
工频控制模式即常规继电器控制，冷却器的工作方式由转换开关控制。设备正常运行时，设置1组工作冷却器，1组辅助冷却器，1组备用冷却器。辅助冷却器的投入/切除可由变压器油温、绕组温度或变压器过负荷开关量信号控制。工作或辅助冷却器故障时，备用冷却器投入；工作或辅助冷却器故障解除时，备用冷却器自动切除。变压器冷却系统手动模式电气回路（彩色部分）如图2所示。
.png)
图2 变压器冷却系统工频控制模式电气回路
该变压器冷却控制系统为双模控制系统，其控制回路如图3所示，PLC+变频控制模式和工频控制模式分别具有两个独立的控制回路。由1台变频器实现对多台风扇电机的变频调速控制，该装置安装于变压器冷却控制箱内部，包括PLC、触摸屏、A/D输入模块、D/A输出模块，顶层油面温度计检测Pt100铂电阻等。此控制方式，不仅能够使系统实现更加高效、节能和稳定的运转，同时也能够为设备提供双重保障。
三 总结
这款基于PLC+变频技术的冷却控制系统以变压器冷却系统技术改造为背景，在传统工频控制模式电气回路的基础上，设计了冷却系统双模控制（PLC+变频控制模式和工频控制模式相结合的控制方法），正常运行时采用PLC+变频控制模式，当PLC+变频控制模式失效时，控制系统也会从PLC+变频控制模式转换为传统的工频控制模式，最终保证冷却系统安全运行。
系统依据变压器运行负荷和内部各部位的温度，按照设定的逻辑原则，进行实时智能自动调整风机转速，从而保证冷却系统的安全稳定运行，同时降低变压器风冷运行功耗和噪音。
参考文献：
[1]郭大朋.大型变压器冷却系统经济运行智能控制[J].变压器,2020,57(09): 44-47.
[2]《变压器检修》陈敢峰主编 中国水利水电出版社，2004
[3]张华,杨成,朱涛等主编.电力变压器现场运行与维护[M] .中国电力出版社.2015.8.
[4]梁云芳，梁洛耕，陈三伟.浅谈变压器强油循环风冷却器的智能变频控制[J].华东科技.2014(10):148-149
[5]GB6451.1～6451.5—86 油浸式电力变压器技术参数和要求