（电气工程专业论文）基于组态王的主变压器冷却监控系统设计.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 电力变压器的安全可靠运行和使用寿命，在很大程度上却决于变压器的运行 条件，而在诸多的影响因素中变压器的运行温度状况起着至关重要的作用，因此 通过变压器冷却监控系统对变压器进行温度监测与控制是十分必要的。 传统的大型变压器冷却系统的自动控制，是采用继电器为主的电器控制线路。 冷却系统易频繁起动，且无法与调度自动化通信。这种系统控制复杂，可靠性低， 维护工作量大。 基于组态王和p l c 提出了变压器冷却监控系统的设计思想和实施方案。p l c 是以微型计算机为核心的工业控制装置，它有功能强、可靠性高、适应性好以及 模块化结构等优点，在工业控制中得到广泛的应用。把个人计算机连入p l c 网络 可以向用户提供诸如工艺流程图显示、动态数据画面显示、报表编制、趋势图形 生成、窗口技术以及生产管理等多种功能。作为底层单元的p l c 完成现场开关量， 模拟输入输出量的控制处理，而利用微机良好的人机对话界面和数据处理功能， 实现对p l c 进行监控，充分发挥p l c 可靠、灵活的控制性能和计算机在管理、监 控方面的优势，提高控制系统的整体自动化程度。 根据变压器冷却系统对计算机监控系统的要求，设计变压器冷却监控系统。 以组态王为开发工具，设计了系统的监控画面，并编制了相应的监控程序，使系 统具备了对现场过程数据的动态监视功能，历史数据归档功能，异常信号报警功 能，现场操作的指导等等。 在变压器冷却监控系统中，主回路中采用无触点固体模块，用p l c 实现完整 的风冷控制功能，利用组态王对监控系统做了详细的组态，远程监控中采用串行 通信方式( r s 2 3 2 ，r s 4 8 5 ) 。用p l c 和组态王对原有的变压器冷却系统改造后，通 过上位机可以实时监视变压器运行状况，同时可以记录各种数据。在控制精度和 可靠性方面均有较大提高，有利于电力系统的安全运行。 关键词：变压器；冷却器；组态软件；监控系统 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t t h es a f e t yr e l i a b i l i t ya n dl i f e s p a no f t h ep o w e rt r a n s f o r m e ri sb a s e do nc o n d i t i o n o fo p e r a t i o n t h et e m p e r a t u r ea m o n gt h ec o n d i t i o ni sv e r yi m p o r t a n t t r a n s f o r m e r t e m p e r a t u r em u s tb ec o n t r o l l e dw i t ht h et r a n s f o r m e rc o o l i n gs y s t e m t r a d i t i o nr a n s f o r m e rc o o l i n gc o n t r o ls y s t e mi sr e l a yc o n t r o ls y s t e m t h e r ea r c m a n ys h o r t c o m i n g ss u c ha st h ef r e q u e n t l ys t a t i n gm o t o ra n dr e l a ys w i t c h , u n a b l e c o m m u n i c a t i o nw i t l ld i s p a t c ha u t o m a t i o n , t h ec o m p l i c a t e ds y s t e mc o n t r o lc i r c u i t , t h e l o wr e l i a b i l i t ym a s s i v em a i n t e n a n c ew o r k t h ei m p l e m e n t a t i o np l a no fm o n i t o r i n gs y s t e mf o rm a i nt r a n s f o r m e rc o o l i n g c o n f i g u r a t i o ni si n t r o d u c e d p l ci si n d u s t r i a le q u i p m e n tw i t hm i c r o c o m p u t e r sa si t s c o r e p l ci sw i d e l yu s e di na u t o m a t i cc o n t r o lf o ri t ss t r o n gf u n c t i o n , h i 曲r e l i a b i l i t y , 谢d e l yu s e d i na u t o m a t i cc o n t r o lf o ri t s s t r o n gf u n c t i o n , h i 咖r e l i a b i l i t y , 、j i r i d c a p p l i c a b i l i t y , m o d u l a rs t r u c t u r ea n de t c m a n yc u s t o m e rs 口w i c e s ，s u c ha ss h o w i n g p r o c e s s - f l o wc h a r t s ，d i s p l a y i n gd y n a m i c - d a t a - b a s ei n t e r f a c e s ，e d i t i n gt a b l e s ，g e n e r a t i n g c h a r t s , m a n a g i n gp r o d u c t i o na n de t c ，c a nb ep r o v i d e db yc o n n e c t i n gp e r s o n a l c o m p u t e r ( p c ) t op l c n e t w o r k i nt h ep l c - p cs y s t e m , p l cw h i c hs e r v e sa st h eb o t t o m l a y e ru n i t , i su s e dt oc o l l e c ta n dc o n t r o lt h ed a t a , f o re x a m p l e ，t h eo n o f fv a r i a b l e sa n d a n a l o gi n p u t o u t p u t v a r i a b l e s p cp l a y st h er o l eo fp r o v i d i n g a l le x c c l l c m h u m a n - m a c h i n ei n t e r f a c e b yt a k i n ga d v a n t a g e so fb o t ht h ee x c e l l e n tr e l i a b i l i t ya n d f l e x i b l ec o n t r o lf u n c t i o n so fp l c ，a n dt h eg o o dh u m a n - m a c h i n ei n t e r f a c ea n dd a t a p r o c e s sf u n c t i o no f p c ，t h ea u t o m a t i o no f t h ew h o l es y s t e mi si m p r o v e d a c c o r d i n gt ot h ec l a i mo ft r a n s f o r m e rc o o l i n gs y s t e mt om o n i t o rs y s t e m , t h e c o m p u t e rc o n t r o ls y s t e mi sd e s i g n e d w i t hk i n g d c wf o rt h ed e v e l o p m e n ts o r w a r e , c o n f i g u r em o n i t o ra n dc o n t r o lm e n ui sd e s i g n e d , c o r r e s p o n d i n gm o n i t o rp r o g r a mw o r k o u t t h ep r o g r a mm a k e st h es y s t e mp r o c e s sh a ss u c hf u n c t i o n sa sd y n a m i cm o n i t o r , a r c h i v eh i s t o r yd 粗s i n g n l m t ya l a r m , l o c a lh a n d l i n gs u p e r v i s ea n ds oo i l i nt h et r a n s f o r m e r c o o l i n gc o n t r o ls y s t e m , t h em a i nc i r c u i tu s e sn o n - - c o n t r a c ts o l i d m o d u l e ；t h ec o m p l e t ec o o l i n gc o n t r o ls y s t e mi sr e a l i z e db yp l c ；t h em o n i t o r i n ga n d c o n t r o ls y s t e mi sc o n f i g n r a t e do nk i n g v i e 、】i ，= , t h es e r i a lc o m m u n i c a t i o np a t t e r n ( r s 2 3 2 ，r s 4 8 5 ) i su s e di nr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m a f t e rt h ea p p l i c a t i o no f p l ca n d k i n g v i e w , t h r o u g ht h es o f tw e 啪k n o wt h eo p e r a t i n gs t a t e so ft h et r a n s f o r m e r , i nt h e s a m et i m et h es o f t 锄a l s or e c o r da l lk i n d so fd a t e t h e r e f o r e , t h es a f eo p e r a t i o n 重庆大学硕士学位论文英文摘要 e n v i r o n m e n tf o rp o w e rs y s t e mi si m p r o v e db yu s i n gt h ep r o p o s e dm o n i t o r i n gs y s t e m d e s i g n k e y w o r d s ：t r a n s f o r m e r , c o o l i n gu n i t , c o n f i g u r a t i o ns o t h v a r e ，m o n i t o rs y s t e m m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：三i 武参 签字日期：幻，7 年r 月玎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重迭太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庞太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：主j 武邕 签字日期：7 d 。7 年月z ，罗日 导：如菱 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 变压器冷却系统 大型电力变压器常用的冷却方式一般分为3 种：油浸自冷式、油浸风冷式、强 迫油循环油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然 后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。而油浸风冷式是在 油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却加 装风机后可使变压器的容量增加3 0 3 5 。强迫油循环冷却方式，又分强油风冷 和强油水冷2 种，它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱，油 冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带 走。这种方式若将油的循环速度比自然对流时提高3 倍，则变压器可增加容量3 0 。 风冷变压器又分为2 种冷却方式，即冷却器冷却和片式散热器冷却，其原理基本 相同。 图1 1 变电站主变压器 f gi 1m a i nn - , m s f o r m c ri ni r a n s f o r r a e ts u b s t a t i o n 原来主变通风回路采用的是传统的以温度继电器、中间继电器、交流接触器 等组成的通风回路。当通风装置出现异常情况，运行人员无法监视主变的正常运 行情况。传统的温度仪表监控对于变压器温度的变化，散热设备的运行状况，变 压器的安全运行监测，没有完备的历史数据管理功能。 以m c s s l 或者其它单片机为核心而构成的变压器温度监控系统，使用单片机 为主控制器，以固态继电器s s r 作为执行元件，实现控制无触点化可以实现对 重庆大学硕士学位论文1 绪论 油泵、风扇运行工况的准确监控，通过装置的通信串口，可将变压器油温和各台 冷却设备状态信号上传至变电站综合监控系统。但是系统的可靠性和可扩展性能， 通行性等不高，并且监控软件开发不是很方便。 随着现代微电子技术的发展、可编程控制器( p l c ) 在工业现场的广泛应用， 采用新一代以p l c 为核心的风冷控制系统显然具有更高的可靠性和更加完备的功 能，采用可靠的工业计算机进行在线监控。这种监控系统造价低、可靠性高，处 理速度快，组态软件功能强大等优点，可以实现变压器的监控自动化 在2 2 0 k v 及其以上变电所中，主变压器一般均采用强油风冷式冷却方式目 前这种冷却方式在国内大部分为继电器逻辑控制。由于变电所内电磁干扰特别强 烈，且该控制模式存在线路复杂、接点接线多和故障率较高等问题，因此主变压 器经常因风冷控制系统故障而带病运行，严重地影响电网可靠运行，且由于该系 统风冷控制受元器件制约，其自动化、网络化程度较低，故其已不适应于现今电 网的发展。随着现代微电子技术的发展、可编程控制器( p l c ) 在工业现场的广泛 应用，采用新一代以p l c 为核心的风冷控制系统显然具有更高的可靠性和更加完 备的功能。 1 2p l c 控制系统与监控系统 目前的p l c 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信 技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。在工业控制方面，p l c 具有继电器控 制或通用计算机控制所无法比拟的特点。p l c 的高可靠性，应用灵活，使用方便， 面向控制过程的编程语言，容易掌握，易于安装、调试、维修，网络功能强大， 体积小、重量轻。目前p l c 已具备热备份、分散化和开放性等高级功能，尤其是把 个人计算机连入p l c 网络的技术，个人计算机被建设成为p l c 网络的超级终端或协 议转换网桥的技术发展十分的迅速，各种与之配套的软件的功能己非常的强大， p l c 及其网络正逐步具备相当一部分d c s 等系统的功能，其技术发展非常的迅猛， 技术应用成熟。 在目前的很多自控系统中，常常选用p l c 作为现场级的控制设备，用于数 据采集、状态判别和输出控制；而在系统上位机上利用工控组态软件来完成工业 流程及控制参数的显示，实现生产监控和管理等功能。这种监控系统充分利用了 微型机和p l c 的特点，实现了优势互补，得到了广泛应用。本文在总结这种控制方 式普遍特征的基础上，利用个人计算机妒c ) 作为上位机，利用“组态王”软件作为 程序开发平台，下位机选用o m r o n 公司的可编程序控制器( p l c ) c q m 系列，组 成一个变压器冷却的监控系统。 欧姆龙公司的p l c 指令系统强大，能够处理复杂的控制要求，具有品种齐全 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 豹通信模块。c q m l h 自带r s 2 3 2 通信口，不仅能实现点到点通信，而且还能够组建网 络。h o s tl i n k j 置信是指p l c 与上位计算机串口的连接通信，所以h o s t l i n k 网络 通信在某种意义上讲属于串口通信。通过串口通信，o m r o np l c 可以实现与所有 具有r s 2 3 2 或r s 4 2 2 4 8 5 接口设备实现互连和信息交换。 近年来组态软件发展迅速，品种繁多，国外的产品有f i x ，i n t o u c h 等，这 些软件虽然功能强大但价格昂贵，以“组态王”为代表的国产组态软件吸收了国 外软件的优点，在功能上等同于国外组态软件，而且具有全中文菜单，便于使用 开发，性价比高，近年来得到广泛的应用。工控组态软件“组态王”利用系统软 件提供的工具，通过简单的组态工作构成简单直观的控制软件。这种组态应用软 件具有真实画面显示、控制数据和现场数据可直接观察、良好的开放性和可维护 性等优点，同时还有丰富的功能模块和强大的数据库等功能，系统可以通过简单 的操作实现控制调节和系统更新。 用组态软件构造“监控系统”的好处之一就是能大大缩短开发时间，并能保 证系统的质量。能快速便捷地进行图形维护和数据采集是此类系统的关键点。组 态王正是提供了丰富的快速应用设计的工具。组态王目前能通过驱动程序和p l c 、 智能仪表、板卡、模块、变频器等外部设备连接通信组态王的大部分驱动程序 采用组件( c o m ) 技术，使通讯程序和组态王构成一个完整的系统。这种方式既保 证了运行系统的高效率，也使系统能够达到很大的规模。 p l c 监控软件“组态王”功能强大，有延续性和可扩充性，封装性，通用性等 优点。开放的数据库和画面制作工具能够完成具有动画的效果、实时数据处理、 历史数据和曲线的并存、具有多媒体功能和网络功能。 图1 2 组态王监控画面 f g1 2i n o n i t o rs c f e i nk i n g v i 州 3 重庆大学硕士学位论文1 绪论 图1 3 组态王与下位机通信原理 f i g1 3e l e m e n to f k i n g v i e wc o n u m m i c a t i o nw i t ho t h e re q u i p m e n t 1 3 论文工作的主要内容 研究变压器冷却系统的工作原理，变压器现行冷却系统的特点，装置配置情 况和变压器容量的大小来配置风冷装置。根据p l c 的控制对象的规模来选择合适的 p l c ，确定p l c 的输入输出，熟悉p l c 的运行情况，p l c 的变量中反映的变压器状 态。 组建通信网络，建立p l c 和控制对象，p l c 和上位机可靠的通信网络。根据需 要设计监控软件，选择合适的组态软件和软件开发平台，设计出工作可靠，性能 稳定的监控软件 图1 4 监控系统框图 f i g1 4b l o c kd i a g r a mo f m o n i t o r i n gs y s t e ms a u c t u r e 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 计算机作为上位机，上面运行组态王开发好的监控软件，下位机用p l c 实现 风机的控制和温度量的读取等功能。 一硬件系统设计 风冷控制系统长年在户外连续运行，工作环境恶劣。出于对风控系统应具有 更高的可靠性、更完善的功能性考虑，我们在风控核心部位采用已在工业现场广 泛应用的o m r o n ，c q m 系歹i j p l c ，在风控执行核心采用珠海泰坦能源的多功能固 态交流功率开关s p s 。o m r o n 系列p l c 具有功能模块齐全、编程功能丰富等优点， 非常适用于中小型工业自动控制系统。它的r s 4 2 2 和r s 2 3 2 接口可通过网关接至远 方的管理层计算机中，实现风冷系统的运行状态和参数的实时传递、远程监控， 从而使系统的监控在保持独立性的同时，又纳入了整个变电所控制网络。珠海泰 坦的s p s 功率开关采用弱电监控、无机械触点，避免了空气开关、交流接触器、热 继电器经常发生的触头粘连、烧损、接触不良等缺点，且集过载、过压、断相、 欠压、故障自诊断等功能于一身，是对负载进行监测和控制的理想产品 在系统中通信采用r s 2 3 2 c 和r s 4 8 5 两种通信标准，其中r s 2 3 2 c 通信完成硬件 和软件的连接，r s 4 8 5 通信完成远距离数据的传送。通过r s - 2 3 2 r s - 4 8 5 转换器实现 信号的转换，r s 4 8 5 是一种工业协议，抗干扰性强，传送距离可达1 0 0 0 米，而且对 线路的要求较低。所以通过i 峪4 8 5 协议实现现场p l c 与控制室的计算机的通讯连 接。 二软件设计 l ，软件总体设计 设计框图如下图所示 | 系统首页l 用户登陆 用户注销 前台 i 用户管理 面鑫磊百l 1 蕊 昌茬8 lj 实时报警| “主诺il 报表系统 蒜翥数孙压基 ，、 帮助资料库)( 报警数据库)( 变量历史库 图1 5 监控软件框图 f i g1 5m o n i t o r i n gs o f t w a r eb l o c kd i a g 咖咀 重庆大学硕士学位论文i 绪论 2 软件具体设计 ( i ) 集中监视面板设计 该面板将主变压器通风系统内所有风机，温度仪表集中到一起模拟现场实际 显示，能够比较直观和快速的浏览现场所有风机的运行状态和变压器的当前温度， 使我们在控制室能够及时了解现场情况当某一台风机打开时，代表该风机的画 面单元动态地显示一个转动的风机，状态显示变为红色，提醒操作者注意。 ( 2 ) 实时数据显示 显示某台变压器在最近时间温度变化情况及风机开启时间，显示时问长度和 显示温度段可以自由设定。根据需要，该画面最多可以同时显示多条记录曲线。 ( 3 ) 历史趋势曲线 可以同时显示多台风机的工作曲线，并且显示变压器温度的变化曲线，对分 析变压器温度的变化规律和特性有很大帮助。 ( 4 ) 报警事件窗口 在数据库中对i o 变量增设报警定义，通过运行报警和事件记录，可方便地监 视和查看系统的报警、操作和各个控制点的运行情况 当变压器温异常时系统通过4 8 5 总线发出控制信号给p l c ，p l c 驱动报警系统， 可以通过该画面查询异常情况的详细描述，以便于及时排除故障。利用报警窗口， 操作者不但能及时查阅报警信息，而且可以确认报警、删除报警、更改报警类型、 事件类型、操作员、报警优先级。 ( 5 ) 报表画面 数据报表是反应生产过程中的数据、状态等，并对数据进行记录的一种重要 形式。在这里可以查询任意一台风机任意时间段的工作状态数据，任意时间段变 压器温度的值，使管理人员能够实时掌握和分析变压器通风系统的情况 监控制软件选用北京亚控科技发展有限公司开发的“组态王”软件。应用组 态王软件可以使人们把主要精力放在控制对象上，而不是复杂的图形处理、枯燥的 数字统计。应用组态王软件只需要进行填表式操作、形象易懂的对话框，就可以生 成监控和数据采集系统可以在整个生产企业内部将各种系统和应用集成在一起， 实现“厂际自动化”的最终目标 组态王软件由系统开发环境和系统运行环境组成系统开发环境是应用程序 的集成开发环境。在系统开发环境中完成画面和菜单设计、数据库建立、动画连 接以及程序的编写，通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用程序， 供系统运行环境时使用。p l c 监控系统的设计是根据工艺过程建立和绘制图形画面， 建立数据库以及各个变量，将图形对象与实时数据库变量联系起来，完成动画连 接。最后运行和调试完成监控系统的设计 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 重点是监控软件的设计，利用组态王软件进行开发，设计主变压器通风监视 软件，实现对主变压器的风机状态的实时监视，对变压器温度的监视和报警，把 变压器温度控制在安全运行的范围之内，大大加强变压器风冷系统的可靠性，甚 至达到无人监守。 该系统采用软件设计代替了原来风冷系统的继电器控制方式，去掉了原来庞 大、复杂的硬件逻辑电路，提高了系统可靠性。改用可编程控制器之后，不仅大 大提高了系统的稳定运行程度，而且将系统的运行状态及时反映到主控制室，实 现了对变压器远程的监控具体如下： 1 ) 节约系统研制费用，缩短系统开发周期。系统硬件采用成熟模块或部件集 成，软件选用流行的工控组态软件，从而使费用缩减，开发周期缩短。 2 ) 用户界面良好，组态控制的界面形象、直观、易操作，使操作员在较短时 间内能运用自如 3 ) 系统功能强，系统实现了实时监控。工作电源、备用电源及各台风机的运 行情况、故障情况，都能通过监视系统而显示出来。 7 重庆大学硕士学位论文 2 变压器冷却控制系统 2 变压器冷却控制系统 2 1 引言 由控制、保护系统和风机、油泵组成的变压器强油循环风冷系统是主变压器 的三大附件之一，风冷系统的可靠运行是确保变压器可靠运行的基本保证条件。 在变压器实际运行中，由于风冷系统故障造成变压器带病运行甚至被迫停运的事 故屡屡发生。通过对多次故障的综合分析和总结，我们认为主要是由于控制系统 故障或保护功能不全、不可靠而至。因此，我们设计了以可编程序控制器为核心， 辅以相关的外围电路和元件构成的具备智能控制和完善保护功能的主变通风控制 系统。它具有下列特点： 完全取代原电磁式通风控制系统，在保留原系统功能的基础上，可实现 与变电站综合自动化和无人值守变电站接口 满足原电力部颁布的 电力变压器运行规程( d l t 5 7 2 - 9 5 ) 中有关规定。 既能为新建变压器配套，又能满足已运行变压器改造要求。 实现两组工作电源监测、控制、互为后备要求。 分组冷却器工作状态控制、启停控制。 控制系统及风机组故障的隔离和智能处理。 系统主电源断相、短路、过流和风机组过流、断相、失压、欠压保护 采集变压器油面温度，做为自动控制投退的依据 就地及中央信号输出 2 2 电力变压器的冷却控制系统在变压器运行中的重要性 交压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器，它有一个公共 的铁心和与其相交链的几个绕组，且它们之问的空间位置不变。当一个绕组从电 源接受交流电能时，通过电感生磁、磁感生电的电磁感应原理改变电压( 电流) ， 在其余绕组上以同一频率、不同电压传输交流电能。变压器作为发电厂和变电所 的主要设备之一，其作用有两个，一是满足用户电压等级的需要，二是减少电能 在输送过程中的损失。就其重要性来讲，我们通常称变压器为变电所的。心脏”。 因此，变压器在电力系统中是一个非常重要的设备。它对电能的有效传输、灵活 分配和安全使用具有重要的意义。 电力变压器的基本结构部件是由铁心、绕组和绝缘组成。与此同时，为了保 证电力变压器的安全运行，还装设有油箱、冷却装置和保护装置。其中，油箱是 3 重庆大学硕士学位论文 2 变压器冷却控制系统 油浸变压器的外壳，变压器主体放在油箱中，箱内充满变压器油。铁心是磁场的 通路，起集中和加强磁通的作用，同时以支持绕组；绕组是电流的通路，产生感 应电动势。在油枕和油箱的联管上装有瓦斯继电器，来反映变压器的内部故障。 冷却装置是将变压器运行中产生的热量散发出去的设备。此外还有温度控制仪来 监测温度等。 对于供电部门而言，对变压器的维护就成为供电设施维护的核心，其主要原 因是：( 1 ) 电力变压器是变电站“心脏”，无论从位置还是从作用上来讲都是最重 要的；( 2 ) 油循环冷却变压器的结构和运行环境导致了变压器的出事的几率较大， 当变压器出现故障后，将会引起大面积的停电，就会严重的影响电力系统的稳定 运行和供电可靠性，所以电力变压器的安全维护在电力系统中起着至关重要的作 用。 变压器的冷却装置是将变压器在运行中由损耗所产生的热量散发出去，以保 证变压器可以安全正常的运行。变压器铁心和线圈的损耗所发出的热量，在使油 受热上升，热油沿箱壁以及散热管片向下流动的过程中，将热量传给箱壁和散热 管片，再由它们向周围冷却介质散发热量，保证变压器在额定温升下能够正常运 行。油冷变压器根据油的循环方式可分为自然循环式和强迫循环式根据油被冷 却方式不同又可分为自然风冷、强迫风冷、强迫水冷 油浸自冷变压器的基本冷却原理为：油吸收油箱中绕组和铁心产生的热量后， 上升进入散热器在散热管内，靠对流和辐射作用，油将热量散给周围环境。变压 器容量不同，所需的散热器形式也不同。散热器有单排和多排管式。为了增加散 热量，可在散热器下面加风扇，成为自然循环强迫风冷式变压器，自冷变压器的 冷却方式主要适用于小容量的变压器。今年来大容量的巨型变压器采用了强迫油 循环的导向冷却方式，即用油泵使用一定的压力，将变压器油箱上部的热油吸入 冷却器流过冷却管，铁心与绕组中产生的热量被具有一定流速的冷油带走，在空 气侧由风扇将空气吸入，使之流过管组，吸收热量，吹出冷却器外，冷却后的油 从冷却器下断再进入变压器油箱内，从而实现变压器的冷却目的，使变压器在安 全的温度下运行。 根据一般的情况，各种冷却系统的配置情况一般由电压等级来决定3 5 k v 以 下的电力变压器的冷却系统采用不吹风散热的自然冷却装置；l l o k v 变压器的冷却 系统一般采用吹风散热器：而2 2 0 k v 及以上的电力变压器的冷却装置采用强迫油 循环风冷或水冷的冷却装置 2 3 传统的变压器冷却控制系统 2 3 1 变压器的冷却方式 9 重庆大学硕士学位论文2 变压器冷却控制系统 变压器的冷却方式有下列几种： ( 1 ) 自然风冷却； ( 2 ) 强迫油循环风冷却： ( 3 ) 强迫油循环水冷却： ( 4 ) 强迫油循环导向冷却； 小容量变压器一般采用自然风冷却方式变电所的大容量变压器一般采用强 迫油循环风冷却方式。在水厂里因水源充足，强迫油循环水冷却及强迫油循环风 冷却均有采用。 2 3 2 传统变压器冷却控制系统的工作情况 1 自然风冷却 自然风冷却变压器的工作情况如下： 风扇电动机电源由接触器供给，其起动回路有手动和自动两种方式自动控 制由变压器温度和变压器负荷电流起动。当变压器油温达到某一设定值( 如4 5 度) 时，通过接触器起动一组风扇；待到变压器温度至第二定值( 如5 5 度) 时，启动 第二组风扇；或变压器负荷电流达到规定值，中间继电器触点闭合起动接触器。 当温度低于第一定值时候，风扇停止运行。 2 自动控制强迫油循环风冷式散热器 电源自动切换：为了提高运行的可靠性，冷却系统的电源配备两套，它们互 为备用，且进行连动。 工作散热器的投切：把转换开关转换到。工作”位置时，接触器线圈通电而 合闸，电动机启动，潜油泵和风扇投入运行。转换开关再转到“停止”位置时， 接触器线圈断电而分闸，潜油泵和风扇停止运行 辅助散热器的投切：把转换开关转到“辅助”位置时，散热器的投入与停止 便由电力变压器的负荷和温度变化来自动控制。 备用散热器的投切：把转换开关转到“备用”位置时，散热器便作为处于“工 作”或“辅助”位置的其他散热器的备用。当运行中任一只“工作”散热器或“辅 助”散热器发生故障时，备用散热器的接触器线圈通电而合闸，潜油泵与风扇投 入运行。 2 3 3 传统变压器冷却控制系统应用现状及存在的问题 电力变压器的安全可靠运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器的运行条 件，而在诸多的影响因素中变压器的运行温度状况起着至关重要的作用，因此对 变压器进行温度监测与温度控制是十分必要的。随着科技的进步这种监控必将由 自动控制取代人工控制，这种自动化的实现不但可以节约人力，节约电能，同时 也有助于提高控制的可靠性与实时性。 1 0 重庆大学硕士学位论文 2 变压器冷却控制系统 目前，绝大部分变压器的降温方式是空冷、水冷、油冷，世界上最早的变压 器是1 9 世纪后期出现的以空气作为冷却和绝缘介质的变压器。为保证安全工作， 必须保证足够的绝缘间隙，选择相应的绝缘材料。由于加工技术的限制以及缺乏 适当的绝缘材料，这种变压器很难向大型发展。 变压器油具有绝缘性，且液体的换热系数远远大于气体，因此油冷变压器相 继问世，该冷却方式噪音大，不适合在建筑物内使用如在散热器与油箱连接处 加一油泵便成为强迫油循环变压器。这时油的流速增加，换热系数增大。采用这 种方式的变压器在满负荷时可采用强迫油循环吹风冷却，而在4 0 9 6 负荷时，可采用 油自然循环冷却。强迫油循环水冷却及强迫油循环风冷却均有采用。 强迫油循环水冷却方式能提高散热能力、冷却效率高、节约材料、减少安装 面、变压器油的耗量少。但这种冷却方式需要有一套水冷却系统及较多的附件， 维护工作量较大。 传统的变压器冷却控制装置存在的主要问题： ( 1 ) 冷却器控制回路存在着一定的设计缺陷； ( 2 ) 温度的硬触点控制引起冷却器频繁起停； ( 3 ) 冷却器组设定的运行、辅助、备用、停止四种固定状态不能在线调整； ( 4 ) 继电式开关因腐蚀老化故障率较高； ( 5 ) 无法与调度自动化通讯，虽然可以传送信息，但是由于传输误差很大使得 传输的信息变的没有意义 2 4 风冷系统的运行方式及控制要求 2 4 1 设备概况 由于国内2 2 0 k v 电压等级的主变压器均采用y f 型强迫油循环冷却器冷却， 故我们以较有代表性的y f 4 2 0 0 型强迫油循环风冷却器为例加以说明。它由四组 散热器组成，沿变压器油箱周围均对称分布，对变压器运行中产生的热量进行冷 却。四组散热器可依据现场工况灵活变换为工作冷却器或备用冷却器。 2 4 2 风冷系统的主要运行方式 ( 1 ) 变压器的冷却系统按负载情况，自动投入或切除相应数量的冷却器。 ( 2 ) 变压器的负载虽未达到7 5 额定负载，但变压器顶层油温达到5 5 度左右时， 应使备用冷却器自动投入运行 ( 3 ) 运行中的冷却器发生故障时，备用冷却器自动投入运行 ( 4 ) 冷却系统电源电压降低或发生故障时，自动投入备用电源。 2 4 3 风冷系统的控制要求 ( 1 ) 每个冷却器可用控制开关手柄位置来选择冷却器工作状态( 工作、停运、各 重庆大学硕士学位论文2 变压器冷却控制系统 用) 。 ( 2 ) 冷却系统应有两个独立电源，可任选一个工作或备用。当工作电源发生故障 时，自动投入备用电源，而当工作电源恢复时，备用电源自动退出 ( 3 ) 冷却器的油泵和风扇电机，设有过负荷、短路、过压、欠压等运行保护 ( 4 ) 运行中的冷却器发生故障，备用冷却器自动投入及备用电源、油泵和风扇电 动机故障时，均能发出信号。 2 4 4 风冷系统的技术规范 额定电压：3 8 0 v ( 三相) 额定冷却容量：适用于冷却容量2 5 0 k w 以下的y f 型风冷却器 环境温度：- 2 0 c 至5 0 0 ，室外 空气相对湿度： 9 0 ( 2 5 1 2 ) 5 0 ( 5 0 ) 海拔高度： ”+ 、本站点k l a t a + ”； 历史报警f e t c h d a t a 0 ； 历史报警f c t c h e n d 0 ； 幛站点b j x z = 3 ； 木事木奉奉唪| c 幸木木奉木料丰木术木木牛车幸奉木料木木木木和桕p 扣口睁扣p 目扫b 白h 肆 程序中，f e t c h d a t a 0 将查询到的数据填充到表格中。调用f c t c h e n d 0 方法，结 束本次查询。 变量查询方式中，新建一个报警变量选择窗口，在报警选择菜单中选择变量 查询时。弹出窗口。变量的选择通过单选按扭实现，单选按扭的变量名为b j z ，在 报警选择窗口上，确定按扭弹起事件中写入程序： 和蝌相知h 。i 。聿桕h 叫睥木桕h 肆桕纠肆宰桕h 肆桕h 肆桕h 砷肆拳。h 口件 i f ( b j x z - - 一1 ) i f ( 、本站点婀z = = 0 ) 历史报警w h e r e = “v a l - n a m g 一= 电源一”： i f 惭z 1 ) 历史报警w h e r e = ”v 锄啪e = 电源二”： i f ( b j 产2 ) 历史报警w h c r e = “v a m 锄e = 散热器”； 历史报警f e t c h d a t a 0 ； 历史报警f c t c h e n d 0 ； 重庆大学硕士学位论文4 变压器冷却系统监控软件开发 图4 1 9 报警的变量查询 f i g4 1 9s e l e c ta l a r md a t aa c c o r d i n gt ov a r i a b l en a m e 在历史报警查询窗口中再设置一个清除命令，用来把查询结果清除掉。用下 面的命令实现： 报警查询功能中的菜单，按扭等均设置优先级，只有优先级够的管理员和 特殊用户才能使用，普通用户不能使用。 报警查询功能方便了对报警的处理和对系统功能的分析，下面是历史报警查 询运行时候的情况。 图4 2 0 历史报警查询 f i g4 2 0s e l e c t i n gh i s t o r ya l a r md a t a 重庆大学硕士学位论文4 变压器冷却系统监控软件开发 4 5 历史库与报表系统设计 数据存储功能对于任何一个工业系统来说都是至关重要的，随着工业自动化程 度的普及和提高，工业现场对重要数据的存储和访问的要求也越来越高。一般组 态软件都存在对大批量数据的存储速度慢、数据容易丢失、存储时间短、存储占 用空间大、访问速度慢等不足之处，对于大规模的、高要求的系统来说，解决历 史数据的存储和访问是一个刻不容缓的问题。组态王提供高速历史数据库，支持 毫秒级高速历史数据的存储和查询。采用最新数据压缩和搜索技术，数据库压缩 比低于2 0 * , 6 ，大大节省了磁盘空间查询速度大大提高，一个月内数据按照每小时 间隔查询，可以在百毫秒内迅速完成。完整实现历史库数据的后期插入、合并。 可以将特殊设备中存储的历史数据片段通过组态王驱动程序完整的插入到历史库 中；也可以将远程站点上的组态王历史数据片段合并到历史数据记录服务器上， 真正的解决了数据丢失的问题。 在组态王中，离散型、整型和实型变量支持历史记录，字符串型变量不支持 历史记录。组态王的历史记录形式可以分为数据变化记录、定时记录( 最小单位 为1 分钟) 和备份记录。记录形式的定义通过变量属性对话框中提供的选项完成。 在工程浏览器的数据词典中找到需要定义记录的变量，双击该变量进入“定 义变量”对话框，选择“记录和安全区”属性页，如图4 2 1 所示 图4 2 1 变量记录和安全区 f i g 4 2 1v a r i a b l er e c o r da n ds a f ea m 在组态王工程浏览器中，打开“历史记录配置”属性对话框。历史库文件保 存时间长度设置：在“文件保存天数”编辑框中选择历史库保存的时间长度。最 长为9 9 9 9 天，最短为1 天。当到达规定的时间时，系统自动删除最早的历史记录文 件本次设计中选择3 6 5 天。历史库存储路径的选择：历史库的存储路径可以选 重庆大学硕士学位论文4 变压器冷却系统监控软件开发 择当前工程路径。历史记录文件格式：为了保证数据记录的快速和稳定，保证系 统的运行效率，当被记录的变量的值发生变化或者定时记录中所设定的时间间隔 到达后，组态王的历史记录首先被记录到一个临时文件中，该文件的文件名格式类 似为p r o j e c t 2 0 0 3 0 8 2 0 0 7 0 0 t m p ( p r o j e c t 年月日时m a p ) ，每- - d 时生成一个，该文 件不是压缩文件，而每到整点时间如8 点时，运行系统读出t e m p 文件中的数据进行 压缩处理并生成真正的历史库记录文件s t d 文件，如p r o j e c t 2 0 0 3 0 8 2 0 0 7 0 0 s t d 。数据 压缩处理完成后，生成一个新的时刻的t r a p 文件，上一个小时的i m p 文件则被消除。 组态王每一天的历史数据保存为一个s t d 文件。所以配置对话框中的“数据文件记 录时数”将不在起作用，保留它只是为了保证版本的兼容性。 图4 2 2 历史记录配置 f i g4 2 2s 甜i n gh i s t o r yr e c o r d 在组态王运行系统中主要有两种方式可以查询得到历史数据：报表和历史趋势 曲线以及历史趋势曲线控件。本次设计使用报表来查询历史数据。 数据报表是反应生产过程中的数据、状态等，并对数据进行记录的一种重要形 式。是生产过程必不可少的一个部分它既能反映系统实时的生产情况，也能对 长期的生产过程进行统计、分析，使管理人员能够实时掌握和分析生产情况 组态王提供内嵌式报表系统，工程人员可以任意设置报表格式，对报表进行组 态。组态王为工程人员提供了丰富的报表函数，实现各种运算、数据转换、统计 分析、报表打印等。既可以制