基于PLC控制的某水電站機組變壓器水冷系統(tǒng)設計研究摘要：國內(nèi)某水電站機組單機容量為18萬KW，電氣主接線為角形接線和擴大單元接線，主變壓器為三相三柱式，容量為40萬KW。因當時地理條件、經(jīng)濟狀況等原因，該水電站是由三個單相單柱式小型變壓器制成的大容量的主變壓器，在長期高負荷運行過程中，若采用風冷或自冷，變壓器的油溫散熱效果不是很理想，特別是在夏季用戶用電達到峰期時主變油溫將升至70℃以上，不利于變壓器的壽命，若該水電站通過水循環(huán)進行降溫，則主變油溫在水冷卻方式下可降低油溫約20℃。本次冷卻系統(tǒng)設計以三菱FX系列PLC作為控制核心，該設計系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)監(jiān)視主變油溫和系統(tǒng)電源情況，根據(jù)負荷電流變化實現(xiàn)冷卻器（潛油泵、電動閥）自動啟動、停止相應臺數(shù)，能夠鎖定故障信號并報警。關鍵詞：冷卻器可編程控制器監(jiān)視目錄0前言 11緒言 21.1原始資料 21.2設計目標 22冷卻器系統(tǒng)分析 32.1冷卻系統(tǒng)工作原理 32.2冷卻器型號及其容量 42.3冷卻器臺數(shù)及其布置 43控制方案 53.1方案設計 53.2方案實現(xiàn) 64冷卻系統(tǒng)主回路 74.1電源設計 74.2保護設計 74.3主回路硬件選擇 85冷卻系統(tǒng)控制回路 105.1控制電源設計 105.2熔斷器的選型 105.3中間繼電器的選型 105.4電壓繼電器的選型 115.5電流變送器的選型 115.6主變溫度溫度控制器 125.7油水示流計的選型 135.8管路滲漏信號器的選型 135.9運行故障指示燈 145.10冷卻水電動閥 146冷卻系統(tǒng)硬件接線 156.1油泵電機主回路接線 156.2電動閥主回路接線 156.3控制回路接線 157PLC硬件設計 167.1PLC簡介 167.2PLC工作原理 167.3PLC控制結構 177.4I/O端口分配 177.5PLC選型 207.6PLC輸入回路 207.7PLC輸出回路 207.8A/D模塊電氣圖 217.9PLC電氣接線圖 218PLC軟件設計 228.1信息采集流程 228.2系統(tǒng)工作流程 238.3程序設計 258.4PLC程序及梯形圖 279系統(tǒng)調(diào)試與仿真 28參考文獻 31附錄 34附錄1 35附錄2 36附錄3 37附錄4 38附錄5 39附錄6 400前言變壓器是電站電能變換的重要設施，通過它升高電壓實現(xiàn)遠距離輸送電能，保證輸送過程中傳遞的電能不被大量損失或到達用戶側的電能指標滿足用戶的需要，故變壓器運行的可靠性直接影響電網(wǎng)的數(shù)據(jù)指標，當變壓器運行時，額定電壓加在一次繞組上，交流電在一次線圈上進行電生磁，產(chǎn)生交變磁通，磁通經(jīng)過鐵心穿過二次繞組產(chǎn)生同頻率的交流電勢，根據(jù)一二次測繞組線圈的比值不同，二次側產(chǎn)生的電壓等級不同，增加二次側繞組線圈，電壓等級自然升高。變壓器運行時所產(chǎn)生的損耗是油溫升高的主要原因。而損耗分為鐵損和銅損，變壓器在出廠時線圈耗能已確定，故變壓器運行時鐵損可視為定值;銅損占損耗的主要部分，它的大小和變壓器所帶負荷的多少有關。運行時，銅損和鐵損轉(zhuǎn)換成熱量傳遞給變壓器鐵心和繞組，使其溫度升高。如果能將產(chǎn)生的熱量和冷卻的熱量形成一種平衡狀態(tài)，則溫度得到控制，變壓器就運行在允許溫度環(huán)境下;否則，變壓器長期在高溫狀態(tài)下運行將會折損壽命甚至故障。為使變壓器穩(wěn)定工作，必須通過方式手段使其溫度降下來，當今時代的變壓器分為干式和油浸式，但是作為發(fā)電廠的主變壓器，所帶負荷比普通變壓器高，大多數(shù)采用油浸式變壓器以達到降溫的效果，其冷卻方式又分為多樣，水力發(fā)電站因取水方便故采用水冷式冷卻系統(tǒng)。隨著時代的進步，PLC的控制技術在工業(yè)方面已經(jīng)成熟，可運用在該系統(tǒng)中以達到能夠在線調(diào)整冷卻器工作、輔助、備用三種工作方式智能切換的目的。

1緒言1.1原始資料國內(nèi)某水電站1#主變壓器銘牌如表1所示，冷卻方式為三相雙繞組強迫水循環(huán)冷卻，其額定容量為40萬kW，正常運行時規(guī)定主變絕緣油油溫上層溫度不得超過70℃，當主變在未使用冷卻器額定負載下運行時，變壓器油溫遠遠超過70℃，長期運行下會極大的削弱變壓器油絕緣性能和縮短變壓器壽命。表1國內(nèi)某水電站1＃主變壓器主變壓器銘牌主要參數(shù)產(chǎn)品型號額定容量額定電壓（高）額定電壓（低）阻抗電壓SSP-400000/500400MVA550kV15.75kV16.56%額定頻率連接組別額定電流（高）額定電流（低）冷卻方式50HZYnd11420A14.663kAODWF相數(shù)空載損耗負載損耗油頂溫升繞組溫升三相179.9kW815.2kW55K60K1.2設計目標變壓器發(fā)熱主要由銅損和鐵損兩部分組成,其中銅損的大小與負荷大小相關負荷越大，銅損越大，發(fā)熱越嚴重，而鐵損在變壓器出廠時已確定，與負荷的關系不大，可以視為恒定值。本次設計以負荷電流大小為判定條件，通過PLC自動控制冷卻器啟停臺數(shù)以實現(xiàn)變壓器油溫穩(wěn)定在25℃-35℃允許范圍內(nèi)，現(xiàn)需設計一套冷卻系統(tǒng)以降低變壓器運行溫度，使其油溫降至環(huán)境溫度25℃-35℃運行，實現(xiàn)對主變壓器油溫散熱的目的，最終成果是根據(jù)該水電站對變壓器的溫度運行范圍控制進行系統(tǒng)設計，完成對冷卻系統(tǒng)硬件選型、主回路電氣圖設計、控制回路電氣圖設計、PLC的I/O端口分配和控制系統(tǒng)程序的設計。

2冷卻器系統(tǒng)分析變壓器散熱效果的關鍵在于冷卻系統(tǒng)的影響，在冷卻系統(tǒng)的作用下，變壓器的油溫可以維持在合理的運行范圍內(nèi)，極大提高了變壓器的可靠正常運行性能，從而變壓器的運行壽命也可以得到提高。為有效降低變壓器油溫，抵消繞組溫度，使其溫度平衡，應匹配出冷卻器相應的容量及其臺數(shù)。2.1冷卻系統(tǒng)工作原理圖1

強迫油循環(huán)水冷式冷卻系統(tǒng)結構如圖1所示，（1－變壓器；2－油泵；3－熱交換器；4－冷卻介質(zhì)管道，5－主變油管）冷卻介質(zhì)管道、油泵和電動閥是冷卻系統(tǒng)運行的核心部分。油泵是一種精密的離心泵，變壓器油在油泵的作用下，油泵產(chǎn)生的壓強帶動變壓器油從油箱上側流出，下側流回，整個過程在冷卻油管內(nèi)流動且經(jīng)過熱交換器形成油循環(huán)，而油流的流速取決于油泵轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速加快，則變壓器的高溫油和低溫油循環(huán)速度加快，變壓器高溫油在冷卻管外周循環(huán)，冷卻水在冷卻管道內(nèi)循環(huán)，經(jīng)過熱交換器的外管壁帶走油的溫度后，經(jīng)排水管排至尾水，從而實現(xiàn)熱交換達成變壓器油散熱的結果。2.2冷卻器型號及其容量主變作為電廠重要設備，為防止油水混合造成變壓器事故現(xiàn)象，采用雙重管結構YSSG冷卻器是最優(yōu)的選擇。標準冷卻容量有63KW、100KW、125KW、250KW、315KW和500KW，本次設計選用單臺容量為315KW的冷卻器，其技術參數(shù)如表2：表2水冷卻器額定參數(shù)冷卻性能冷卻容量油流量水流量進口油溫進口水溫315KW80m3/h35m3/h70℃30℃承壓及密封最高承水壓力脹口密封承壓能力試驗單根散熱管壁承壓能力試驗1.0Mpa1.5/120（Mpa/min）2.0/5（Mpa/min）盤式油泵額定揚程電機功率同步轉(zhuǎn)速電動機電壓相數(shù)7m（H2O）3KW1000rpm380V3相2.3冷卻器臺數(shù)及其布置當確定了單個冷卻器的容量后，通過工程上計算公式計算出冷卻器的數(shù)量如下：臺數(shù)=（2-1）=經(jīng)過計算，該主變冷卻器臺數(shù)為5臺，包括5潛油泵，額定功率為3ｋW，工作電壓為380V。根據(jù)規(guī)定，冷卻器的額定容量應至少有25%的裕量。5?315故所選容量及其臺數(shù)符合要求，5臺冷卻器布置如圖所示。圖2冷卻器布置圖3控制方案3.1方案設計根據(jù)表3可知，為了避免出現(xiàn)不經(jīng)濟和損耗變壓器壽命的情況，主變不能在低負荷狀態(tài)下和超負荷狀態(tài)下運行。本次設計的水電站主變常年在合理負荷、滿負荷的狀態(tài)下運行。為了使運行中的變壓器溫度降至環(huán)境溫度，只需使變壓器損耗產(chǎn)生的溫度與冷卻器冷卻的溫度相平衡即可，從冷卻系統(tǒng)合理經(jīng)濟運行角度出發(fā)，將系統(tǒng)所帶負荷的熱量與冷卻系統(tǒng)容量匹配得出以下運行方案：當變壓器處于低負荷運行狀態(tài)時（If<15%IN）,主要損耗為損耗范圍179.9KW至302.18KW，啟動一臺主用冷卻器315KW便可抵消其熱量;當變壓器處于合理負荷運行狀態(tài)時（If>50%IN且If<75%IN），主要損耗范圍為587.5KW至791.3KW，啟動一臺主用兩臺輔用冷卻器共3*315=945KW抵消其熱量；當變壓器處于滿負荷運行狀態(tài)時（If>75%IN且If<100%IN），主要損耗范圍為791.3KW至995.1KW，啟動一臺主用三臺輔用冷卻器共4*315=1260KW可抵消該負荷狀態(tài)下散發(fā)的熱量；備用油泵電機在主用或輔用油泵電機出現(xiàn)故障時（漏油漏水、油流水流中斷）自動投入，待故障切除后自動退出恢復主用或輔用油泵電機投入。表3主變各種負荷狀態(tài)時的損耗比重低負荷合理負荷滿負荷超負荷主變電流15%IN以下50%IN左右75%IN以上100%IN以上損耗鐵耗占比大，不經(jīng)濟銅耗占比大銅耗隨負荷增加快速增大銅耗加大，溫度上升3.2方案實現(xiàn)控制系統(tǒng)實現(xiàn)過程：通過電流互感器和電流變送器采集主變的負荷電流，變送器將信號傳送給PLC，與設定的整定值進行對比，送出一系列邏輯信號到輸出端觸發(fā)繼電器或接觸器，去控制電動機油泵、電液閥啟停，溫度傳感器同時監(jiān)控變壓器油箱溫度，如圖3所示。圖3控制系統(tǒng)流程圖4冷卻系統(tǒng)主回路4.1電源設計為保證油水冷卻器系統(tǒng)工作可靠性，冷卻系統(tǒng)應配置雙回路三相AC380V電源供電。當主電源出現(xiàn)故障或檢修停電時，切換裝置自動斷開故障電源，立即切換投入備用電源使用供電，從而提高了系統(tǒng)供電可靠性，降低了系統(tǒng)因電源消失而停運的機率,如圖4所示。圖4雙回路三相AC380V電源供電4.2保護設計為保障系統(tǒng)可靠性，應為油泵電機做好保護措施，短路保護和過負荷保護是保護冷卻系統(tǒng)運行的基本措施，引起保護動作條件就是電流過大，故根據(jù)電動機功率3KW和電壓380V可整定出動作電流。I因電機功率較小，可采用直接啟動方式，而一般電機直接啟動的電流是穩(wěn)定運行時的4-7倍，故啟動電流：II4.2.1短路保護當主電路發(fā)生短路時，引起線路電流劇增，為保護油泵電機不被燒壞，主電路應串有熔斷器保護線路不被進一步毀壞，熔斷器電流按電機額定運行時的電流1.5-2.5倍整定。I4.2.2過負荷保護熱繼電器可以作為過負荷運行的鑒定元件，當運行中的油泵電機出現(xiàn)過載、堵轉(zhuǎn)和缺相時，最明顯的現(xiàn)象是定子繞組的電流增大，最壞的結構就是電機燒毀，在電機前串接一個熱繼電器，在電流熱效應的作用下，熱繼電器脫扣，常開常閉觸點動作。接觸器線圈失電，進而主觸頭復位，將線路和電機切斷。熱繼電器動作值按電機正常運行時1.1-1.25倍整定I4.3主回路硬件選擇電氣設備的正確選擇既要滿足在運行時能可靠工作，也要避免在發(fā)生短路和過負荷時硬件不被損壞，開關電器應具有足夠的開斷能力，還應考慮設備工作的環(huán)境溫度、海拔高度，以及其他需要防護措施的惡劣等環(huán)境條件。4.3.1熱過載繼電器的選擇選過載繼電器的標準是用額定值的裕量作為整定值。正確的選擇過載繼電器是電動機的起動是否會引起繼電器的誤動，并且能夠承載電動機正常運行時的電流，設備出現(xiàn)大電流能夠動作進而保護電動機。I為保證設備經(jīng)濟可靠，選用施耐德牌LRD14C+LA7-D1064型熱繼電器，其動作電流范圍在7-10A。4.3.2低壓斷路器的選擇低壓斷路器也稱空氣開關，在系統(tǒng)中的作用主要是為主電路開斷電源，應根據(jù)主回路的額定工作電壓和額定電流選用，其跳閘動作電流按主電路故障時整定選用。為保證冷卻器正常穩(wěn)定工作，油泵電機可靠運行，選用GV2-RS14C型斷路器，該型號設備擁有系統(tǒng)主回路因故障引起電流增大保護跳閘能力。4.3.3交流接觸器交流接觸器作為直接控制電動機啟停設備，選擇接觸器時，其主觸頭的額定電壓和額定電流根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的工況下選擇，其額定電壓需匹配電動機的工作電壓380V；其額定電流能匹配電動機運行時的電流4.56A。因此選用型號為LC-1D09M7C+LA1-DN31C施耐德接觸器。4.3.4導線在電力工程中，國家標準GB/T4706.1-2005規(guī)定的電線負載電流值（部分）1平方銅芯線允許長期負載電流為：8A—12A。本設計的電機長期運行電流為4.56A，故選用BVR銅芯絕緣線，主回路導線截面為6mm2。

5冷卻系統(tǒng)控制回路5.1控制電源設計該電站設有直流蓄電池儲備能源，因此控制電源從廠用電的公用段AC220V或直流電源DC±220V獲得。通過前面分析，開關電源應能從交流、直流220V取得電能變?yōu)橹绷?4V,本次設計選用兩臺CPSNT-120W/24V/5A開關電源，故控制電源的設計如圖5所示。圖5控制電源回路5.2熔斷器的選型有多種熔斷器，可根據(jù)線路要求、負載大小、使用和安裝條件進行選擇。選擇時，根據(jù)控制回路線路的工作電壓220V選擇額定電壓；從電動機的工作電流4.56A角度選擇額定電流，采用ASK-1EN-6A熔斷器較為合適。5.3中間繼電器的選型本設計中，中間繼電器主要為PLC與繼電器的控制電路作中間橋梁和傳遞信號，本設計設有PLC輸出控制繼電器KA;中間控制繼電器K；控制電源繼電器KE；電動閥開閉繼電器KC，KA、K和KE均采用MY4NJ-DC24繼電器，KC采用MY4NJ-AC220繼電器。5.4電壓繼電器的選型用電壓繼電器作為判別變壓器是否運行的標志，其線圈通過與變壓器低壓側母線15.75KV的電壓互感器二次側相連，達到其動作電壓，輔助觸點動作，根據(jù)要求選用許繼的DY-32型電壓繼電器，其接線圖如圖6所示。圖6電壓繼電器電氣回路5.5電流變送器的選型如圖7所示，電流變送器在電力行業(yè)規(guī)定中有三種接線方式，其中兩線制信號接線方式相比其他接線更具有優(yōu)勢，是受熱電偶、引線電阻壓降和溫漂的影響相比其他接線方式較小，但是二線制所采集的數(shù)據(jù)精度相比三線制、四線制較差。本次系統(tǒng)應用的電流變送器主要采集負荷電流，將主變運行狀況傳送至PLC，但不需要精密的測量，故采用二線制接線方式。圖7變送器接線形式5.6主變溫度溫度控制器溫度控制器是一種專門測量電力變壓器繞組溫度的設備，它由傳感器和變送器所集成，傳感器是PT100熱電阻，變送器是G2PI1非隔離PT100-DC24V-0~200℃溫度變送器。并以4組繼電器開關量和1組4-20mA電流的模擬信號輸出。型號為BWR（WTYK）-04的溫度控制器便是以PT100及其變送器構成的一種測量主變繞組溫度的設備，該設備除了能控制冷卻系統(tǒng)外，還具有事故報警功能，其測量范圍在0-150℃該控制器的電阻-溫度關系式如5-1所示:R=（5-1）其中α=0.00392,R0采用新型BWR（WTYK）-04繞組溫度控制器在本次設計的作用是測量繞組溫度作為啟動冷卻器的判定條件。 圖8繞組溫度控制器接線圖控制器出廠時，觸點K1默認動作值為50oC，觸點K2默認動作為70oC用于冷卻容量投入，K3默認為100oC動作，K4為120oC作報警用，可根據(jù)實際應用按電氣接線圖（圖8）進行設定和連接。根據(jù)設計要求，各開關動作改成：常開K1為75oC動作，常閉K2為65oC動作，油上層溫度常開K3為85oC動作，K4備用。其變壓器最熱點溫度公式計算如5-2所示：T=（5-2）T0:ΔT:變壓器負荷電流變化的附加溫升5.7油水示流計的選型油水示流計又稱流量開關，主要應用在油水管上，作為監(jiān)控管道內(nèi)是否有液體流通的指示。當油水流量高于或者低于整定值時，繼電器觸點動作發(fā)出信號送至控制設備，PLC接收到信號輸出相應動作。本次設計選用型號為FCS-G1/2A4-AP8X-H1141流量開關，其結構與電氣接線如圖9所示，其主用參數(shù)如下：工作電源：AC195.5-264.5V；繼電器輸出觸點容量為4A/250VAC；水流速工作范圍：1-150cm/s；油流速工作范圍：3-300cm/s。圖9流量開關結構與電氣接線圖5.8管路滲漏信號器的選型為保證冷卻系統(tǒng)可靠運行，管路應配用滲漏信號器，它由感應電纜和處理器組成，當有漏水被感應電纜所接觸時，處理器感知感應電纜的電位信號，通過控制繼電器動作觸點同時發(fā)出報警信號。為保證冷卻水管安全性，應選用高性能的漏水檢測設備，ROC-LDA-600非常適合本次設計系統(tǒng)，該信號器具有指示燈和常開常閉觸點繼電器。其外觀如圖10所示。圖10ROC-LDA-6005.9運行故障指示燈一般情況下運行指示用紅色表示，故障指示用黃色表示，故指示燈選用AD17-16/DC24V紅色和AD17-16/DC24V黃色兩種，其中運行指示包括1#-5#和系統(tǒng)啟動6個指示燈，故障包括油水斷流、管道漏水和溫度報警4個指示燈。5.10冷卻水電動閥圖11無源觸點型電動閥水流電動閥一般由兩個部分構成，一是讓水流導通或關閉的閥門，二是驅(qū)動閥門的執(zhí)行器，實際就是一個動力馬達，馬達控制電路原理如圖11所示，有開關和調(diào)節(jié)式兩種控制方式，本次設計是應用它的開關控制方式，通過動力馬達的正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動閥門全開或全關，電動閥作為冷卻水啟閉動作設備，應能可靠的打開或關閉，選用帶有無源觸點型電動閥還能作為機械動作的反饋信號。6冷卻系統(tǒng)硬件接線6.1油泵電機主回路接線見附錄16.2電動閥主回路接線見附錄26.3控制回路接線見附錄3

7PLC硬件設計7.1PLC簡介可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController)是以微處理器為核心，集合了計算機技術、自動控制技術和通信技術并能自動控制工業(yè)設備的裝置。如今，隨著信息技術的發(fā)展，PLC技術已日趨成熟，控制系統(tǒng)功能不斷增強，功耗體積減小，成本下降，可靠性提高，已成為工業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)控制裝置的核心，它主要由電源模塊、中央處理器、存儲器和輸入輸出模塊構成。7.2PLC工作原理PLC采用循環(huán)掃描技術，當梯形圖中軟元件得電或失電，線圈或繼電器觸點不會立即輸出或動作，只有當一個掃描周期結束后，軟元件的狀態(tài)才會被刷新動作，每執(zhí)行一個周期，軟元件刷新一次，通俗來說，PLC工作方式類似于串行模式，當一個周期結束后，下一個周期從左至右，從上而下刷新軟元件狀態(tài)，工作過程中不會出現(xiàn)通道擁堵，能有效避免繼電器的觸點動作和時序不匹配。PLC采用循環(huán)掃描過程可以分為3個步驟：輸入刷新（掃描外部元件或信號狀態(tài)，將輸入信號鎖存至輸入映像寄存器，待一個掃描周期結束后刷新到PLC）、程序處理和輸出刷新（掃描處理后需要輸出的信息，將輸出狀態(tài)鎖存至輸出映像寄存器，待一個掃描周期結束后刷新到輸出端口）。掃描過程如圖12所示。圖12PLC工作流程圖

7.3PLC控制結構如圖13所示，系統(tǒng)控制核心為FX2N-60MR-D，PLC輔助部分為電源模塊和A/D模塊，電源模塊為PLC提供24V直流電源，A/D模塊將采集的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供PLC識別，主要采集的模擬量是主變負荷的電流和變壓器油的溫度；PLC通過控制執(zhí)行元件進而控制油泵和電動閥的啟停，同時將元件的執(zhí)行情況反饋回PLC，故障報警部分可將系統(tǒng)的油水斷流、溫度過高和冷卻器故障信息反應到相應的狀態(tài)指示燈；人機界面提供PLC控制信息，可方便工作人員巡視系統(tǒng)運行狀況。圖13PLC控制結構圖7.4I/O端口分配冷卻系統(tǒng)的PLC的輸入對象主要有繼電器動作觸頭、模擬量，系統(tǒng)的輸出對象主要是油泵電機和電動閥的開閉信號以及輸出指示。為了表明冷卻系統(tǒng)各油泵電機和電動閥的運行情況，系統(tǒng)對各個油泵電機和電動閥的投入輸出運行指示燈，輸入輸出端口分配如表4和表5所示。表4系統(tǒng)的輸入端口分配表輸入信號元件代號輸入地址冷卻系統(tǒng)啟動DY-32（電壓繼電器常開觸點）X01#冷卻器運行狀態(tài)KM1(常開輔助觸點)X11#冷卻器故障狀態(tài)FR1（常開輔助觸點）X21#冷卻器油流開關YL1(常開反饋觸點)X31#冷卻器水流開關SL1（常開反饋觸點）X42#冷卻器運行狀態(tài)KM2(常開輔助觸點)X52#冷卻器故障狀態(tài)FR2（常開輔助觸點）X62#冷卻器油流開關YL2(常開反饋觸點)X72#冷卻器水流開關SL2（常開反饋觸點）X103#冷卻器運行狀態(tài)KM3(常開輔助觸點)X113#冷卻器故障狀態(tài)FR3（常開輔助觸點）X123#冷卻器油流開關YL3(常開反饋觸點)X133#冷卻器水流開關SL3（常開反饋觸點）X144#冷卻器運行狀態(tài)KM4(常開輔助觸點)X154#冷卻器故障狀態(tài)FR4（常開輔助觸點）X164#冷卻器油流開關YL4(常開反饋觸點)X174#冷卻器水流開關SL4（常開反饋觸點）X205#冷卻器運行狀態(tài)KM5(常開輔助觸點)X215#冷卻器故障狀態(tài)FR5（常開輔助觸點）X225#冷卻器油流開關YL5(常開反饋觸點)X235#冷卻器水流開關SL5（常開反饋觸點）X241#管路檢漏信號器JL1（常開反饋觸點）X252#管路檢漏信號器JL2（常開反饋觸點）X263#管路檢漏信號器JL3（常開反饋觸點）X274#管路檢漏信號器5#管路檢漏信號器交流控制電源監(jiān)視JL4（常開反饋觸點）JL5（常開反饋觸點）KE1(常開輔助觸點)X30X31X32續(xù)表4-1系統(tǒng)的輸入端口分配表輸入信號元件代號輸入地址直流控制電源監(jiān)視KE2(常開輔助觸點)X33繞組溫度（75℃）起備用WB-K1（常開）X34繞組溫度（65℃）停備用WB-K2（常開）X35油溫度（85℃）報警WB-K3（常開）X36主變負載超85%BF（常開）X37表5系統(tǒng)的輸出端口分配表輸出信號元件代號輸出地址冷卻系統(tǒng)全停KA20Y01#泵控制KA1Y12#泵控制KA2Y23#泵控制KA3Y34#泵控制KA4Y45#泵控制KA5Y51#電動閥打開KA6Y61#電動閥關閉KA7Y72#電動閥打開KA8Y102#電動閥關閉KA9Y113#電動閥打開KA10Y123#電動閥關閉KA11Y134#電動閥打開KA12Y144#電動閥關閉KA13Y155#電動閥打開KA14Y165#電動閥關閉KA15Y17油斷流KA16Y20水斷流KA17Y21管道漏水KA18Y227.5PLC選型PLC型號的選擇：由于該系統(tǒng)輸入點占32點，輸出點占20點，不用頻繁啟動設備，可以選擇繼電器型輸出，并且考慮經(jīng)濟等因素，選用型號為FX2N-80MR-D的三菱PLC，考慮到需要檢測變壓器油箱上層溫度和接收電流變送器的模擬信號，加一個FX2N-4AD型4通道模擬量輸入模塊。7.6PLC輸入回路一般PLC的輸入電路區(qū)別在電源回路上，供電回路有兩類。一種輸入回路采用直流12～24V，另外采用市電200～240V輸入。FX2N-80MR-D為24V電源輸入，通過控制元件與PLC輸入端口相連，形成閉合有源回路。本次設計輸入主要包括1#-5#冷卻泵的啟動、運行、故障、油水開關以及溫度控制器的反饋控制回路，總共包括30個輸入點，輸入設計回路如圖14所示。圖14FX2N開關量輸入回路7.7PLC輸出回路PLC輸出有三種形式，分別是繼電器、晶體管和晶閘管輸出，三種輸出的不同在于動作的頻率上，晶體管和晶閘管適合動作頻率快速的場合，本次設計的冷卻系統(tǒng)動作頻率相對較慢，F(xiàn)X2N-80MR是繼電器輸出型，適合設計應用的場所。本次設計輸出主要包括潛油泵、電動閥以及故障報警信息的動作元件，總共20個輸出點，設計回路如圖15所示。圖15FX2N開關量輸出回路7.8A/D模塊電氣圖PLC內(nèi)部是以數(shù)字信號處理和傳送，當需要采集非數(shù)字量的信號時，則需要通過A/D模塊將模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送PLC，以數(shù)字量被CPU處理。本次設計模擬量來自電流變送器和溫度控制器，4個通道采用RS485通信，數(shù)據(jù)傳送方式為半雙工通信。本設計A/D轉(zhuǎn)換模塊接線圖見附錄4。7.9PLC電氣接線圖見附錄5

8PLC軟件設計本設計的軟件設計部分分別從信息采集、工作流程和程序編制三個部分著手，保證冷卻系統(tǒng)能可靠控制。8.1信息采集流程8.1.1繞組溫度采集本設計采用BWR（WTYK）-04溫度控制器其流程如下溫度傳感器將探頭感應到繞組的溫度值傳送至溫度變送器，后者將溫度信號變換為4-20mA的電流信號送與溫度控制器，溫度控制器通過測定值與設定值的比較，動作無源觸點，從而將開關信息送至PLC綜合計算，規(guī)定啟動準備冷卻器條件為變壓器繞組溫度達到75℃，WB-K1開關量閉合使PLC識別；繞組溫度降低為65℃為停備用冷卻器條件，WB-K2開關量閉合使PLC識別；溫度達到85℃為溫度過高條件，WB-K3開關量閉合使PLC識別。8.1.2上層油溫采集變壓器絕緣油上層溫度不易測得，可通過測量繞組溫度后，再補償繞組與上層油溫差值獲得上層油溫數(shù)據(jù)，采集流程如下變壓器繞組溫度與上層油溫一般相差20℃，溫度控制器溫度范圍為0-150℃，輸出模擬信號為4-20mA，則補償模擬信號I補償=20?48.1.3負荷電流采集本系統(tǒng)的設計是基于負荷電流大小來決定冷卻器啟停數(shù)量，其采集流程如下主變線路裝有550/1A電流互感器，CT二次側將感應到的小電流送至電流變送器，后者將互感器的0-1A電流變換為4-20mA的信號，然后將模擬信號送與A/D轉(zhuǎn)換模塊變?yōu)閿?shù)字信號送與PLC進行綜合計算、判定，整定計算如下：啟備電流1：50%INI停備電流1：30%INI啟備電流2：85%INI停備電流2：I圖16電流-數(shù)字轉(zhuǎn)換圖8.2系統(tǒng)工作流程本次設計冷卻器工作方式由程序控制，其流程為“工作?輔助1?輔助2?輔助3?備用”自動投入，如流程圖17，其循環(huán)時間24小時為一周期。圖17工作流程圖假設1號泵為主用，2、3、4號泵為輔助用，5號泵為備用，具體流程如下：步驟1：主變運行啟動1號泵；步驟2：達到啟動備1條件，啟動2、3號泵，此時1、2、3號泵運行；步驟3：達到啟動備用2-1或者啟動備用2-2條件，啟動4號泵。此時1、2、3、4泵運行；步驟5：1至4號泵中任一泵故障，投入備用的5號泵；步驟6：按時間從1-2-3-4-5-1號泵的順序計時輪換。8.3程序設計梯形圖的編寫應用GXWorks2軟件來設計。GXWorks2的界面如圖18所示。基本組件有參數(shù)、程序設置、程序部件、軟元件存儲器、狀態(tài)窗口、交叉參照窗口等。圖18GXWorks界面圖程序分為四大塊，初始化程序；冷卻泵工作程序；系統(tǒng)循環(huán)程序；故障報警程序。8.3.1初始化程序主要作用A/D轉(zhuǎn)換模塊初始化數(shù)據(jù)，設置CH1-CH4通道為電流輸入通道；因數(shù)據(jù)刷新時間與采樣有關，故采樣次數(shù)不宜過大，取平均數(shù)10次合適；又因修改輸入模式大約需要5S鐘，故為了保證從修改輸入模式到寫入數(shù)據(jù)之間的時間間隔不少于5S鐘，在加入了延時程序，部分程序如圖19。圖19初始化程序圖8.3.2工作程序通過多個軟繼電器聯(lián)合邏輯關系實現(xiàn)5個冷卻泵和電動閥按流程圖運行，部分工作程序如圖20所示。圖20部分工作程序圖8.3.3循環(huán)程序如圖21所示，通過M8014與C0計數(shù)器構成24小時計時器，每運行24小時C0加1，C0內(nèi)的值就對應冷卻系統(tǒng)各種工作模式。圖21循環(huán)程序圖8.3.4報警程序如圖22包括油斷流、水斷流、冷卻器故障、管道漏水以及溫度過高報警。圖22循環(huán)程序圖8.4PLC程序及梯形圖見附錄6