浙江国华浙能发电有限公司 浙江宁波 315612
摘要：对基于PLC的变压器冷却器控制系统和传统冷却器控制系统的特点进行了对比，指出传统的冷却器控制系统存在弊端。某4X600MW机组的主变冷却器控制回路改造及策略优化后，更适合变压器的安全稳定运行，其冷却器控制系统在节能方面有很大的提高，取得可观的经济效益。
关键词：变压器； 冷却器； 控制系统
1概述
某4X600MW机组的发电厂，基建设计的变压器冷却系统控制回路采用分立的电气元件（继电器）构成，用硬逻辑来实现各种功能，使得回路非常复杂，而且无法有效实现冷却系统的信息采集、监测和应用。正常运行时，元件老化、回路异常等缺陷频发，不利于变压器的可靠运行。
借主变和冷却器增容之际，对传统冷却系统进行改造升级。经研究，拟采用了基于PLC逻辑程序控制系统来替代分立元件，实现变压器所有冷却系统信号实时监测、用温度电流控制风扇油泵运行方式、电源和冷却器自动定时均衡切换、对冷却系统元件启停的自动控制，并通过合理控制策略实现风扇的节能与优化。
2新旧冷却控制系统的对比
2.1原冷却器的运行方式与弊端
主变压器冷却系统采用强迫油循环风冷方式。原设计配置7组冷却风扇和油泵，变压器正常带载运行时，四组风扇运行，一组辅助，一组备用。当油温大于75°C或者负荷高于70%变压器额定负荷时，启动辅助风扇，当工作风扇或辅助风扇有一组故障时，启动备用风扇。
运行经验表明， 传统的冷却器控制系统主要存在以下问题：二次回路特别是冷却控制回路不统一、不规范，接线比较复杂，检修维护困难， 给检修人员带来一定压力；由于采用分立的电气元件（继电器），整个控制系统故障率高，经常出现继电器线圈烧毁、触点烧结或氧化接触不良等问题，故障查找和处理存在一定困难。用硬逻辑方式采集变压器冷却系统信息，需要大量的分立元件（继电器）， 所以无法实现全部信息的扩展和采集、控制，只能实现有限的功能，很难实现系统的改造和升级；因温度硬接点控制，可能引起冷却器组频繁启停。
2.2新冷却器的优势
本项目在不改变变压器冷却系统主回路接线的基础上，通过对主变风冷器运行模式的分析，研究风冷器与温度的关系，从而优化风冷器的控制方式及策略，并通过PLC编程来实现风冷器的灵活控制。项目实施后以智能化的冷却、监测和控制系统来替代分立元件，可实现变压器所有冷却系统信号实时监测、用温度电流控制风扇油泵运行方式、电源和冷却器自动定时均衡切换、对冷却系统元件启停的自动控制，可以有效解决目前风冷器控制系统存在的主要问题，通过控制变压器温度和风扇工作时间来延长变压器及风扇运行寿命，减少运行维护人员工作量、提高就地柜的防护等级减少环境影响，扭转冷却系统运行情况不良的被动局面，为变压器的可靠运行提供安全保障，同时可通过合理控制策略实现风扇节能控制。
3控制策略优化
主变冷却器控制箱换型改造后，实现了双PLC互备冗余控制，两路主电源自动轮换投运，各组风扇也可以按照既定的策略进行轮换。各个冷却风扇投切及功能更灵活组合，使变压器更经济更安全。
3.1动力双电源回路的互备功能
双电源冗余互备供电，当任何一路电源出现故障，均可以实现另一路电源的自动投入。当任何一路电源出现故障，导致该路电源的接触器不能吸合，而另一路电源的接触器自动投入。并提供电源故障的本地显示与信号远传。I、II两路交流电源具有自动轮换功能。轮换周期可以在PLC中设定。
3.2双PLC自监控和互备功能
当可编程控制器内部CPU故障，输入、输出故障，PLC电源故障后，发出PLC故障信号，双PLC冗余互备控制，当任何一个PLC出现故障，均可以实现另一个PLC的自动投入。
3.3冷却器组的自动轮换功能
本控制柜提供冷却器的自动轮换功能。PLC模块设定固定时间对各冷却器自动轮换，依次设定各冷却器为工作、第一辅助、第二辅助、备用。每次自动轮换将重新设定冷却器的工作状态。具体轮换说明见下图：
图1 风扇启停逻辑
3.4.2第一组辅助风扇启停逻辑
若触摸屏设置为第一辅助状态。启动第一组辅助风扇的逻辑如下如所示。其中绕组温度硬接点信号：当65℃低温接点闭合，启动工作组冷却器风扇电机；当75℃高温接点闭合，第一辅助冷却器投入；温度降低到65℃以下时，停止第一组辅助风扇。
图3 辅助风扇第二组启停逻辑
3.4.4备用风扇启停逻辑
若触摸屏设置为备用状态。当处于工作或者辅助（包括第一和第二辅助）状态的冷却器出现故障时，备用冷却器投入工作。
图5 4#主变压器油温变化曲线（优化前）
通过上述风扇运行策略的优化调整后，其曲线如下：
图6 4#主变压器油温变化曲线（优化后）
按照要求，冬季变压器油温不超过50度，夏季油温不超过80度，变压器就可以安全运行，对比优化前后的曲线，优化后的温度控制的很合理，冬季不会很低，夏季不会很高，效果显著。
4.2节能效果
如果冷却风扇改造后，风扇的运行规则仍然按照五组风扇工作模式，一组辅助，一组备用，那么计算电量如下：
原来变压器冷却器运行一年需要的电量：
风扇：1.1（单台功率）*3（一组三个）*5（正常工作投5组）*24（一天24小时）*365（天数）=144540度；油泵：4.2（单台功率）*1（一个）*5（正常工作投5组）*24（一天24小时）*365（天数）=183960度；总功率：144540+183960=328500度（没算起辅助冷却器组时的额外电量，只算正常工作5组。）改造后，风扇2kW/台，油泵3kW/台，依然使用原来的运行模式，则所消耗电量为394200度，控制策略优化后，以2017年1~11月份综合曲线，并根据曲线计算：
通过对比发现，降低能耗41.8%，效果显著。
4.3经济效益
冷却器控制策略优化，节省电量为394200-189708=204492kWh，节省费用约为204492*0.35=7.16万元，也降低了因某组风扇长期运行造成的元器件损耗加剧问题，从而节省风机、接触器、开关等备件更换费用。综合以上因素，预计单台机组每年节约各类成本约20万元，4台机组每年节约费用约80万。
5 结束语
改造后的主变冷却器系统可以看出， 采用基于 PLC 的变压器冷却器控制系统大大减少了控制回路中的继电器数量，降低了故障率，提高了控制系统的可靠性。通过PLC编程逻辑的优化和完善，使变压器的运行更节能、更环保，提高了变压器运行的安全性和经济性。
论文作者:陈华杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/28
标签：冷却器论文; 风扇论文; 变压器论文; 控制系统论文; 回路论文; 系统论文; 电源论文; 《防护工程》2018年第29期论文;