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1、應(yīng)用背景

主變壓器是水電廠三大設(shè)備之一，其主要功能是改變電壓等級、輸送交流電能。由于結(jié)構(gòu)和工作原理方面的原因，變壓器運(yùn)行時不可避免會產(chǎn)生鐵損、銅損，并轉(zhuǎn)化為熱量令變壓器溫度升高。

過高的溫度使變壓器工作能力和效率降低、絕緣老化、使用壽命降低。因此，變壓器冷卻裝置的可靠運(yùn)行對于變壓器的正常工作異常重要，如我公司《運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定：變壓器帶負(fù)荷過程中，如全部冷卻器失去電源，允許繼續(xù)運(yùn)行20 min，但最長時間不得超過1 h(視油溫而定)。我公司共有4臺主變，容量90-150 MVA不等，#2、#3、#4主變冷卻器均為強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻方式。冷卻器原自動控制回路主要由常規(guī)繼電器組成，運(yùn)行維護(hù)中主要存在如下問題：設(shè)備殘舊，絕緣低，回路元件數(shù)量多、接線復(fù)雜、通用性差，故障率高等，同時由于使用年限已久，備品備件缺乏，有的回路還存在寄生現(xiàn)象，給檢修維護(hù)工作造成一定困難，也不能滿足公司運(yùn)行“少人值守”的需要。

因此，公司相關(guān)部門對主變冷卻器的控制回路提出了技術(shù)改進(jìn)方案，新回路主要采用新型的自帶編程器的微型可編程控制器(PLC)替代大部分繼電器，使控制線路具有簡單可靠、適應(yīng)性強(qiáng)和功能豐富等特點(diǎn)。下面以#2主變冷卻器控制回路改造為例說明可編程控制器的應(yīng)用。

2、冷卻器起?？刂?、運(yùn)行監(jiān)視功能實(shí)現(xiàn)

2.1 冷卻器自動控制目標(biāo)

規(guī)程規(guī)定各種運(yùn)行狀態(tài)下須投入冷卻器組數(shù)見表1。


表1 規(guī)程規(guī)定各種運(yùn)行狀態(tài)下須投入冷卻器組數(shù)

注：1)根據(jù)主變冷卻器處于空載或帶負(fù)荷狀態(tài)投入位于“工作位置”的冷卻器組；
2)當(dāng)主變油溫達(dá)到整定值(55℃)或負(fù)荷電流大于70％則再投入位于“輔助位置”的冷卻器組；
3)當(dāng)處于“工作位置”或“輔助位置”的冷卻器組出現(xiàn)故障不能正常運(yùn)行時，投入位于“備用位置”的冷卻器組。

2.2 冷卻器工作狀態(tài)

#2主變冷卻器共8組，分為以下4種狀態(tài)運(yùn)行：

狀態(tài)1：空載1、2組；負(fù)載l、2、3、4、5、6組；輔助7組；備用8組
狀態(tài)2：空載3、4組；負(fù)載3、4、5、6、7、8組；輔助1組；備用2組
狀態(tài)3：空載5、6組；負(fù)載5、6、7、8、l、2組；輔助3組；備用4組
狀態(tài)4：空載7、8組；負(fù)載7、8、1、2、3、4組；輔助5組；備用6組

4種狀態(tài)問的切換每15天一次，由“定時切換”或“人工設(shè)定”實(shí)現(xiàn)。處于“人工設(shè)定”時，由運(yùn)行人員在觸摸屏設(shè)定分配冷卻器組處于何種狀態(tài)；當(dāng)處于“定時切換”方式時，由可編程控制器流程內(nèi)設(shè)定實(shí)現(xiàn)自動切換。

2.3 框圖

可編程控制器流程的合理設(shè)計是回路的正常工作和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。根據(jù)冷卻器工作特性和控制目標(biāo)，設(shè)定可編程控制器系列框圖見圖1。


圖1 冷卻器控制回路框圖(PLC部分)

3、運(yùn)行維護(hù)

因流程設(shè)計合理簡捷，#2主變冷卻器控制回路投運(yùn)后，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，同時，可編程控制器與觸摸屏配合使用，人機(jī)界面友好，使日常維護(hù)工作變得簡單而方便。示例如下。

3.1 接點(diǎn)更改

如#2主變22o2開關(guān)輔助接點(diǎn)原來取用的是閉接點(diǎn)，在改為開接點(diǎn)后，只需修改一下PLC流程。

3.2 消除主變溫度臨界時的影響

因流程內(nèi)設(shè)置冷卻器組的起停與主變溫度有關(guān)，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)主變溫度表溫度在冷卻器啟動值上下跳動，即處于臨界狀態(tài)時，會導(dǎo)致冷卻器瞬間起、停，極容易造成電機(jī)損壞，針對這一現(xiàn)象，我們在PLC流程中設(shè)了一個延時回路，問題馬上得到解決。

3.3 實(shí)現(xiàn)“定時切換”功能

改造前，冷卻器投入組數(shù)等運(yùn)行方式由運(yùn)行人員人工定期切換，既繁瑣又不方便(主變平臺與運(yùn)行值班室相距較遠(yuǎn))，現(xiàn)在在PLC流程內(nèi)部設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)自動“定時切換”，同時周期可任意選擇，簡單方便，減少了運(yùn)行人員工作量。

3.4 外部回路異常時的報警功能

由于PLC具有極高的可靠性，因此PLC控制回路中絕大部分的故障不是來自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，例如常見的按鈕或繼電器觸點(diǎn)的熔焊及氧化造成回路短路或開路故障；操作保險熔斷使控制回路失電；熱元件動作等，PLC一旦自動檢測到元件故障，不僅具有報警功能，而且通過觸摸屏能立即顯示故障狀況，使維護(hù)人員能迅速判斷出故障原因。

4、結(jié)束語

#2主變冷卻器回路投運(yùn)后3年多的運(yùn)行結(jié)果表明，以微型可編程控制器為核心的冷卻器控制回路能夠滿足電廠主變冷卻器自動控制要求，并且具有先進(jìn)、可靠、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)。我公司在#2主變冷卻器控制回路可靠運(yùn)行后，又相繼完成了#3、#4主變冷卻器控制回路的改造，極大地提高了勞動生產(chǎn)率，有效地解決了生產(chǎn)中的很多問題：如減少了生產(chǎn)過程中冷卻器的突發(fā)故障，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和搶修時間，減少了維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度等，推進(jìn)了我發(fā)電公司設(shè)備管理現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程，是運(yùn)行實(shí)行“無人值班”(少人值守)的可靠保障。