强油循环风冷变压器冷却系统自控装置的研制

1、欢迎访问Freekaoyan论文站强油循环风冷变压器冷却系统自控装置的研制欢迎访问Freekaoyan论文站    欢迎访问Freekaoyan论文站    摘要: 提出了一种以AT89C51单片机和固态继电器SSR为主要控制器件的强油循环风冷变压器冷却系统自动控制装置的原理和实现方法。装置以变压器负荷、油面温度结合的控制策略，进行冷却器的投切控制，以冷却器组累积运行时间基本均衡为原则进行循环投切。介绍了自动投切功能模块的软件设计和通讯模块软件设计。装置还具有保护、故障定位、信息显示、通讯等功能。试验运行表明，该装

2、置运行可靠，控制准确，具有显著节能、延长设备寿命效果。1前言强迫油循环风冷变压器的冷却控制装置，目前大都采用传统的继电器控制模式，通过温度控制器机械触点的开闭来驱动交流接触器的线圈，从而接通冷却器的工作回路，用热继电器实现短路、过载、缺相等保护。这种模式线路复杂，器件故障率高，存在着不少的缺陷1。常规的温度控制器接点少，容量小，误差大，控制冷却器工作电路的交流接 触器启动频繁，触点容易烧伤，造成接点不良或粘死，成为电机缺相或绝缘破坏的一个不可 忽视的因素。单一热继电器构成的保护功能不完善。本文研制的智能装置以单片机为主控制器，以固态继电器SSR作为执行元件，实现控制无触点化。能根据变压器负荷和

3、油温综合投切冷却器组，根据冷却器组累积运行时间循环投切，并实现保护、故障定位、高温报警、信息显示等功能。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。 2系统功能按照强油循环风冷变压器风冷系统运行要求，装置具有以下功能：a.能够完成原冷却控制装置的所有功能。b.以变压器负荷电流、顶层油温为依据，实现变压器冷却器组分组投切，确保主变运 行中的油温控制。并能精确监视主变油温、冷却器运行工况等信息。c.根据每组冷却器的累积运行时间，均衡分配运行时间，使冷却器组循环运行。避免按 辅助、工作、备用分组，各组运行时间严重不均衡的现象。d.温度等运行参数可在线调整。e.固

4、态继电器作为执行元件，控制无触点化。f.通过检测冷却器组电流电压，实现缺相、短路、过载、电源缺相等保护，并能对冷 却器故障显示、报警。g.变压器超温、冷却器全停与主变保护相配合出口，并发出报警信号。h.与变电站微机监控系统通信，上传主变油温、冷却器故障等信息。 3系统硬件设计由于大型变压器容量不同，生产厂家不同，冷却器台数一般从4到12台不等，因此装置采用 可扩展设计，可根据现场情况自由组合。装置采用AT89C51单片机为主控制器，整个系统主要由数据采集模块、CPU控制模块、输入模块、输出模块、通讯模块五部分组成。系统组成原理图如图1所示。   a.数据采集模块。本模块完成变压器顶层

5、油温、变压器负荷电流、冷却器回路电流、冷却器母线电压的数据采集功能。变压器顶层油温通过铂电阻测量，电阻信号通过变送电路转换成420mA电流信号经A/D转换后送入单片机。变压器CT二次侧负荷电流、冷却器回路电流、冷却器母线电压通过精密电流电压传感器转换成05V电压信号，经A/D转换后送入单片机滤波处理。b.CPU控制模块。由单片机AT89C51和看门狗复位电路，串行E2PROM存储 器等组成。串行E2PROM中存储设置的冷却器启停温度、累积运行时间等运行参数，掉电不丢失，可通过按键现场修改回存。c.输入模块。通过按键可完成现场设置冷却器启停温度、手动启停某组冷却器、调试、复归等操作，实现人机接口

6、。d.输出模块。单片机根据一定的控制策略，控制固态继电器(SSR)的导通与关断，实现冷却器的无触点控制。并在冷却器发生短路、缺相、过载时及时关断固态继电器，完成保护功能。本模块还包括温度、状态的显示控制部分。e.通讯模块。采用MAX公司高可靠性芯片MAX232作为核心器件，通过装置的RS-232串口，选配RS-232、RS-485转接头，可按照部颁CDT循环式远动规约发送信号实现远程通信功能，将变压器油温和冷却设备状态等运行工况上传至变电站微机监控系统。4系统软件设计系统软件结构采用模块化设计，逻辑功能清晰，其功能模块包括数据采集处理模块、综合投切模块、循环投切模块、故障检测处理模块、输入输出

7、控制模块、通讯模块等。主程序流程图如图2所示。   4.1综合投切模块本模块首先根据变压器负荷电流大小和顶层油温确定应该运行的冷却器组数，然后由循环投 切模块根据冷却器组累积运行时间决定具体启动哪几组冷却器，负荷和油温判据如下：a.负荷判据。当变压器负荷达到其额定值75%及其以上时，经过一段延时，冷却器全部 投入，延时的目的是为了避免负荷波动带来的影响，当负荷小于额定值75时，投切由油温判据决定。b.油温判据。为了防止冷却器组随油温变化频繁启停，模仿继电器动作特性曲线的滞环 ，可根据现场实际情况把冷却器分成n组，相应地温度划分n+2个区间，其分界温度分别为t 0，t1，tn当油温上升

8、到t1，t2，tn时，分别运行一组，两组，n组冷却器，而当油温下降到tn-1，tn-2，t0时，才分别切除一组，两组，n组冷却器，因此即使在同一温度值上升和下降时也可能投入不同的冷却器组数，程序中可由上次投入的冷却器组数来判断本次应该投入的组数。冷却器组数和温度区间的划分不宜过细，一般冷却器组数以2到4组为宜，划分组数过多，区间过窄反而会引起冷却器组频繁动作。温度分界值可根据变压器负荷实际情况加以调整。现以两组情况为例，温度分界值设为45 、55 、65 ，用S0,1,2分别表示上次投入0、1、2组冷却器，当本次测量温度在各个区间时对应的应投入的冷却器组数如表1所示。 4.2循环投切模块本模块

9、根据对各个冷却器组累积运行时间的统计和排序，结合运行状态标志位和故障标志位，使冷却器组轮流工作，均衡使用。利用单片机的计时器来分别统计每组冷却器的运行时间 ，送入数据存储单元。时时排序会导致冷却器频繁切换启动，所以程序每隔一定时间间隔对冷却器组的累积运行时间进行排序，得出按累积运行时间长短排序的队列。投入时优先选择累积运行时间最短且无故障的非运行冷却器组，退出时优先选择累积运行时间最长的运行冷却器组。当冷却器发生故障或人为退出检修时，保存该冷却器组当前累积运行时间值，以备该冷却器组恢复运行时重新读入该时间值，并暂时把其累积运行时间设为最大，立即重新排序并发切换脉冲，这样该冷却器由于累积运行时间

10、最长自然就排到了最后，程序将投入其它冷却器代替之，避免了出现该冷却器累积运行时间短而又无法投入的情况。4.3通讯模块本模块参照电力行业标准CDT循环式远动规约，可以向上位机发送主变油温、各冷却器运行状态、故障状态等信息。发送顺序为遥测、遥信、遥测、遥信，接口标准为：异步串行，2 400b/s，一位起始位，八位数据位，一位停止位，无奇偶校验。4.3.1帧结构每帧以同步字开头，并有控制字，信息字1，信息字N，信息字的数量依实际需要设定，每字6个字节长度，帧长度可变。同步字以连续发送三次0EBH，90H定义。4.3.2遥测帧本帧主要用来发送主变油温。遥测帧帧类别代码为61H，控制字节为71H，数据传

11、送校验采用CRC8循环冗余码校验，每次发送数据之前，计算出校验码，附加在发送数据之后一并发送，上位机在收到数据后可通过计算收到数据的校验码和该校验码是否相符来判断接收是否正确。主变油温放在信息字的第2和第3字节用11位二进制数表示，根据需要可扩充信息字个数。遥测帧结构如表2所示。 4.3.3遥信帧本帧主要用来发送冷却器组运行状态、故障状态等信息。遥信帧帧类别代码为0F4H，控制字节为71H，数据传送校验采用CRC8循环冗余码校验，以逻辑1和0分别表示冷却器组运行、停止和故障、正常状态，每台冷却器的运行状态和故障状态各占用一位，根据需要可扩充信息字个数。遥信帧结构如表3所示。 5装置试验情况根据

12、本文所述原理，该装置在华北某变电站进行了试运行。该站有两台220kV变压器，每台变压器配备有两台1.5kW油泵电机，八台0.75kW风扇电机。把风扇电机按对称位置分成两组，每组4台。当变压器负荷高于额定容量75%时，冷却器全部投入，以达到良好降温效果。当变压器负荷低于额定容量75%时，按油温控制风扇电机和油泵运行。动作油温设置为55时投入一组风扇，油温达65时两组风扇全投，油温达75时投油泵。当油温下降到低于65，切除油泵电机，油温低于55时切一组风扇，油温低于45两组风扇全停。并按两组风扇累积运行时间循环投切。同时实现了对油泵、风扇电机运行工况的准确监控，并上传至变电站综合监控系统。装置运行情况良好，达到了预期目的。 6结论文中提出的装置试验运行表明，它能准确地控制冷却器组的各种运行状态，精确监测主变油温和冷却器的各种运行、故障状态，并能和上位机通信实现信号上传，突破了传统的控制模式，解决了传统控制系统存在的一些问题。 参考文献 1陈永波.变压器强油循环强风冷却器控制回路的改造J.湖北电力，1998, 22(3):50-512刘新平，李宗民，纪友芳.基于模糊算法的高精度温度控制系统J.电力系