变压器冷却系统设计

1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：变压器冷却系统设计学生姓名：郝燕杰学 号：200540501310专 业：自动化班 级：自05-3班指导教师：王臣内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）变压器冷却系统设计摘 要对于现在电厂中运行的电力变压器冷却控制系统中存在的自动化程度不高、电气控制中存在的可靠性低、故障率高、控制误差大等故障以及冷却中无法达到节能这一问题，本文提出并研制了一种新型的变压器强迫油循环风冷控制装置。系统以西门子S7200（CPU224）型PLC 作为控制器，并控制西门子MM430变频器拖动风机和油泵电机，以此构建了变压器冷却控制系统；系统以变压器顶层油温为被

2、控量，提出了PLC检测变频控制风机的变频器的工频信号是否到达以控制是否投入其他风扇电动机，通过检测变频控制风机的变频器的0频信号是否到达以控制是否切出其他风扇电动机的控制策略；此外装置还具有故障定位，报警显示等功能。此外，变频器的使用使冷却系统能够跟随温度的变化连续平滑调整,有利于变压器的安全运行。关键词：变压器；冷却控制系统；可编程序控制器；变频器；负反馈控制The design of Transformer cooling system AbstractNowadays, the power transformer cooling system which is running in el

3、ectric power plant exists numerous problems , for instance, the low degree of automation, the low reliability, high failure rate in electrical control, the large control errors, as well as energy-inefficient cooling control , all the thorny issues mentioned above can not meet the modern control requ

4、irements , this dissertation proposed and developed a new type of system called forcing transformer oil circulation and cooling by air system.This system used Siemens S7-200(CPU224)-based PLC as the controller, moreover, it also controlled Siemens MM430 frequency converter to drag fan and pump motor

5、, which could be regarded as building a transformer cooling control system. This system considered the top-level temperature of transformer oil as controlled variable, the dissertation simultaneously put forward the control strategy that letting PLC detect industrial frequency access signal coming f

6、rom the frequency converter which drag fan motor in order to control whether or not putting into operation of other fan motors; next, letting PLC detect zero frequency access signal coming from the frequency converter which drag fan motor in order to control whether or not ceasing other fan motors;

7、in addition , the system comprised the function of fault location and alarm display. Last, the utilization of frequency convertor can make the cooling system always keep pace with changes of temperature for a smooth adjustment, which is conducive to the safe operation of the transformer.Key words: T

8、ransformer; Cooling control system; PLC; Frequency converter; Negative feedback control 目录摘 要IAbstractII目录III第一章 引言11.1电厂变压器冷却系统设计背景11.2系统的工艺流程及冷却装置简介21.2.1变压器散热方式21.2.2变压器冷却原理31.2.3.冷却系统简介31.3 冷却系统的技术目标51.4 本章小节5第二章 系统的控制方法和方案设计72.1 电力变压器运行规程中关于冷却控制的规定72.1.1 对变压器的冷却装置的要求72.1.2 变压器温度限值72.1.3 强迫油循环冷却

9、变压器的运行条件72.2变压器油温自动控制的控制方法82.2.1综合投、切控制策略82.2.2 PLC变频控制的基本原理92.2.3 PLC变频控制的PID参数整定92.2.4 变压器冷却自动控制系统框图122.3 系统组成132.4本章小结15第三章 冷却控制装置的硬件设计163.1 开关器件的选择163.1.1 继电器的选择163.1.2 接触器的选择163.1.3 热继电器的选择173.1.4 熔断器的选择183.2 电动机的选择193.3 PLC的介绍及选型203.3.1 PLC的简介203.3.2可编程序控制器的输入输出223.3.3 可编程序控制器的选择243.3.4可编程控制器电

10、源的设计263.4变频器的介绍及选型283.4.1变频器的介绍283.4.2变频器的分类283.4.3变频器的控制方式313.4.4变频器的选择323.4.5变频器参数的设置343.5 检测装置的选择383.6装置电气连接393.6.1 油泵电机电路图393.6.2 2-6号风扇电动机电路图403.6.3 一号风机电路图413.6.4 手自动控制选择和控制电路423.6.5 PLC引脚接线图433.6.6 系统总电路图443.7本章小节45第四章 软件设计464.1 程序流程464.2 本系统子程序介绍474.2.1 系统状态及PID初始化子程序474.2.2 油泵电机控制程序474.2.3

11、1号风机变频启动程序474.2.4 2-6号风机投入控制程序474.2.5 2-6号风机切出控制程序474.2.6 故障诊断与报警程序474.3 本章小节48结束语49参 考 文 献50附 录52致 谢6567第一章 引言1.1电厂变压器冷却系统设计背景在电厂输变电系统当中，变压器是实现电能转换的最基本、最重要的设备，对供电可靠性有着重大的影响。变压器在运行中存在着损耗，一种是空载损耗，它与负荷大小无关；另一种是负载损耗，与负载电流的平方成正比。变压器负荷大小的变化，将引起热功率也发生变化，而变压器运行中产生的损耗将转换为热量散发出来，使变压器绕组、铁芯和变压器油温上升。变压器的温升影响它的带

12、负荷能力，同时会加速变压器绕组和铁芯所采用绝缘材料的老化，影响它的使用寿命。传统的控制方法是根据变压器顶层油温及负荷电流的变化采用传统的电磁型继电器控制交流接触器进行分组投切控制,达到散热的目的,运行实践表明这种传统的控制系统存在着许多缺陷: 1现行的变压器冷却系统控制回路设计有缺陷；2变压器负荷变化时由温度继电器启动电磁型开关控制引起冷却器组频繁启停,开关故障率较高； 3.冷却器组容量不能随温度及负荷电流的变化连续平滑调整,几组冷却器组同时投入时易产生油流冲击,并且变压器油较高速流动易产生油流带电,容易形成变压器内部故障隐患,影响其安全、稳定运行；4.冷却器组噪声较大； 5.自动化水平较低；

13、6.所有冷却风机和油泵电机均在工频状态下运行，无法实现节能，使冷却成本变高。上述问题严重地影响了变压器的可靠运行，降低了变压器的正常冷却效率和使用寿命，已不适应于现如今电网的发展。鉴于以上分析,本文提出了一种基于可编程控制器为控制核心实现运算、逻辑功能控制，以变频器为节能设备的智能化的冷却器控制系统,可使变压器的损耗与散热功率达到一种平衡关系,实现变压器冷却系统的最优控制。PLC控制系统作为一种现代工业新型控制系统，其主要核心控件PLC具有以下优点：1.可靠性高，抗干扰能力强； 2.适用性强，应用灵活； 3.编程方便，易于使用； 4.维护方便，维修工作量小；5.控制系统设计，安装，调试方便；6

14、.功能完善。此外，随着电力电子技术的发展，变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用通用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。变频器的主要优点为：1变频调速的节能；2变频调速在电动机运行方面的优势；3能有效的提高工艺水平。综上所述，采用PLC和变频器配合使用的控制方法对变压器冷却装置的控制，可以实现对变压器油温的精确控制，而控制功能通过编程实现，极大的简化了系统接线，提高了装置本身的可靠性，此

15、外还进一步完善了对冷却器的保护和控制，提高了它的可靠性和工作寿命，对变压器及电网安全、可靠运行有重要意义和实用价值。1.2系统的工艺流程及冷却装置简介1.2.1变压器散热方式变压器散热过程中常遇到的不是单一的传热方式,而是变压器油流过铁芯表面、变压器油流过冷却器箱体内表面、空气流过冷却器箱体外表面时发生的对流、热传导和热辐射联合作用的传热过程。热传导是物体不发生相对移动，从高温物体到低温物体之间的热量传递，单纯的热传导现象只有在密实的固体中才能观察到。热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。只要绝对温度不为零度(0 K),物体都会不停地以电磁波的形式向外界辐

16、射能量,同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能,当物体向外界辐射的能量与从外界吸收的辐射能不相等时,该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。1.2.2变压器冷却原理变压器运行中绕组和铁芯产生的损耗转变为热量通过热对流、热传导和热辐射使变压器油温升高，变压器油上升进入散热器，形成变压器油的自然对流；强迫油循环冷却器中潜油泵的作用就是加速变压器油的流动，强制变压器油对流，加速热对流，在变压器油对流给热过程中同时发生着热传导和热辐射。变压器箱壁内侧热量从变压器油中以热对流、热传导和热辐射的形式传给冷却器。变压器箱壁外侧热量从箱壁以热对流、热传导和热辐射的形式传给空气，同时风扇吹风强迫空气

17、流动，加速热对流。变压器散热如图1.1 所示：图1.1 变压器散热过程示意图1.2.3.冷却系统简介冷却系统是变压器的重要组成部分，它的工作保证了变压器各部分的温度保持在规定值以内。强迫油循环风冷却系统由风冷却器和风冷控制控制装置两部分组成，下面对冷却系统风冷却器的工作原理进行分析和介绍，而对于风冷控制装置将在第三章中进行分析和介绍：变压器的风冷却器包括两部分：内部冷却系统，它保证绕组、铁芯的热散入油中；外部冷却系统，它保证油的热散入周围介质中。由于大型变压器采用油自然循环冷却系统不能满足散热的要求，故采用强迫油循环的冷却系统。强迫油循环风冷却器（简称风冷却器）与油自然循环风冷却器的主要区别是

18、采用潜油泵强迫油进行循环，这样油流速度加快，冷却效率得以提高。风冷却器的总体结构如图1.2 所示： 图1.2 风冷却器的总体结构风冷却器的工作过程是潜油泵把变压器顶层高温油送入冷却管内几次折流后，热量就传给冷却管壁，再由管壁向空气放出热量。与此同时，在空气侧，由风扇强制吹风，冷空气带走放出的热量，从而使热油加速冷却。冷却后的油从冷却器下端再进入变压器油箱内。风冷却器主要部件有冷却器本体、潜油泵、风扇、净油器。冷却器本体是由一簇冷却管与上、下集油室焊接而成的整体。潜油泵是一种特制的油内电动机型离心泵，电动机的定子和转子浸在油中使油系统构成密闭循环系统。潜油泵强迫油循环，提高冷却效率。风扇由轴流式

19、单级叶轮与三相异步电动机两部分构成。风扇吹风，加速变压器油的冷却。净油器，风冷却器上的净油器是充满吸附剂（活性氧化铝）的容器。它安装在冷却器下面，与下集油室链接。经过冷却器管簇的变压器油的一部分流经净油器时与吸附剂接触，使油中所带的水分、游离酸和过氧化合物皆被吸收，变压器油得到净化。1.3 冷却系统的技术目标由于本系统的控制思想是通过检测并控制变压器油温从而代替变压器的实际温度，因而只是针对温度一个控制变量。但是通过控制潜油泵的转速和通过控制投入和切出风机的数量以及改变风机的转速都可以调节变压器油温，实现对变压器自身温度的控制。因而调速的对象是安装于冷却器上的油泵电动机和风扇电动机，当变压器负

20、载增大的时候，变压器损耗势必增加，由于自身损耗产生的热量也增加，此时可以通过加快潜油泵的转速或者增加投入风扇电动机使变压器油温保持在允许温度范围内；反之，若变压器负载减小，变压器自身损耗降低，产生的热量也降低，此时可以通过降低潜油泵的转速或者增加切出的风扇电动机达到控制要求。在本系统中，采取手动调节潜油泵的转速方法，采用变频器拖动潜油泵运行，根据实际经验手动设置控制潜油泵的转速，达到节能的目的。而对于风扇电动机，则采用PLC和变频器配合使用的方法自动控制变压器油温。本系统将变压器顶层的油温利用温度传感器采集回PLC中，再将此模拟信号送到变频器中，利用PLC控制投入或者切出工频运行的风扇电动机，

21、用变频器对其中的一台风扇电动机进行变频控制，从而达到精确控制的目的。用PLC中的PID调节器进行控制，从而实现对于变压器油温的恒温控制。1.4 本章小节针对现代电厂变压器冷却系统中存在的资源浪费、劳动强度大等一系列的问题，采用PLC控制的变频调速能很好的解决这些问题。系统主要是对变压器油温进行自动控制，为了实现良好的控制性能，均采用PID闭环控制。对所需要控制的模拟量信号的准确采集是非常重要的，因此本文对变压器产生热量传递的情况近似采取了控制电压器油温来实现的方法。经实验验证，起到了良好的的控制目的。第二章 系统的控制方法和方案设计2.1 电力变压器运行规程中关于冷却控制的规定在变压器冷却控制

22、装置的设计中参考了电力变压器运行规程（DL/T 572-95）中关于强迫油循环电力变压器冷却装置及运行条件的规定，规定如下：2.1.1 对变压器的冷却装置的要求a. 要求油浸式变压器本体的冷却装置、温度测量装置等应符合GB6451 的要求；b. 按制造厂的规定安装全部冷却装置；c. 强迫油循环的冷却系统必须保留手动控制，可以进行手自动切换控制；d. 强迫油循环变压器，当切除故障风扇电动机时应发出音响或灯光信号；e. 风扇、油泵的附属电动机应有过负荷、短路及断相保护；f. 强油循环冷却的变压器，应按温度和(或)负载控制冷却器的投切。2.1.2 变压器温度限值强迫油循环变压器顶层油温一般不应超过表

23、2-1 的规定(制造厂有规定的按制造厂规定)。当冷却介质温度较低时，顶层油温也相应降低。表21 油浸式变压器顶层油温一般限值冷却方式冷却介质最高温度（）最高顶层油温（）强迫油循环风冷40852.1.3 强迫油循环冷却变压器的运行条件a.强迫油循环冷却变压器运行时，必须投入冷却器。空载和轻载时不应投入过多的冷却器(空载状态下允许短时不投)。各种负载下投入冷却器的相应台数，应按制造厂的规定。按温度和(或)负载投切冷却器的自动装置应保持正常；b.强迫油循环变压器投运时应逐台投入冷却器,并按负载情况控制投入冷却器的台数；c.强迫油循环风冷变压器，当冷却系统故障切除全部冷却器时，允许带额定负载运行20分

24、钟。如20 分钟后变压器顶层油温尚未达到75，则允许上升到75，但这种状态下运行的最长时间不得超过1 小时。2.2变压器油温自动控制的控制方法在本文所设计的冷却系统中，变压器冷却控制装置的核心功能就是根据变压器油温利用负反馈自动控制投、切风扇电动机，并对其中的1台风扇电动机用变频器进行转速开环恒压频比控制，最终使变压器油温维持在一个稳定的范围内，满足变压器运行对温度的要求。在冷却控制装置中，结合变压器冷却装置的特点我们采用了使用PLC检测变频器工频信号是否到达以控制投入其他工频运行的风扇电动机的策略，通过检测变频控制风机的变频器的0频信号是否到达以控制是否切出其他风扇电动机的控制策略。此外，还

25、用到了PLC控制变频器变频拖动一台风扇电动机运行的控制方法，这些控制方法和策略的运用解决了冷却风机频繁投切和节能工作等问题。用检测变压器油温代替变压器温度的近似控制保证了变压器实际温度的控制, PLC 能控制大量的过程参数, 例如: 温度、压力、流量、液位和速度等, PID使PLC 具有闭环控制的功能, 即一个具有PID 控制能力的PLC可用于控制过程。当过程控制中某个变量出现偏差时, PID控制算法会计算出正确的输出, 把变量保持在设定值上。以PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能, 提高了系统的可靠性。在有模拟量的控制系统中, 经常用到PID运算来执行PID回路的功能, PID回路指令

26、使这一任务的编程和实现变得非常容易。对于PLC内部的PID运算，其输出作为控制其中一台风扇电动机所接变频器的信号，因此变频器应该采用模拟量控制模式。2.2.1综合投、切控制策略继电式控制装置在控制冷却器自动投切上通常的做法是，设定固定的温度阀值，变压器油温超过阀值继电器动作，再投入一台风扇电动机，顶层油温低于设定阀值将投入的风扇电动机切除。这种做法的缺点是，当变压器温度在设定的温度阀值附近波动时，将造成风扇电动机的频繁投切。本文所提出的冷却系统是使用PLC控制变频器启动一台风扇电动机，例如1号风扇电动机，当变频器的频率从0Hz开始上升到工频50HZ，一段时间后仍然无法使油温降到要求的温度范围内

27、，则变频器内部的继电器工作，输出工频到达信号，使接入PLC内部的该继电器常开触点闭合，PLC根据此信号控制其他的风扇电动机顺序启动，例如工频启动5号风扇电动机，使其投入工作，延时一段时间后，通过PLC中的PID调节，输出模拟信号到2号变频器中，控制该变频器输出相应的电压和频率，从而调节变压器油温，如若此时已达到所要求的油温，则不再工频启动其他的风扇电动机，反之，一段时间后该变频器仍然输出工频到达信号，则按照启动5号风扇电动机的过程进行控制，依次启动4号、3号、2号、6号风扇电动机，最终使检测出的油温达到设定值。 当然，当冷却装置中的风扇电动机正常运行时，如果变压器负荷变小，此时的自身损耗所损失

28、的热功率变小时，变压器油温会降低，如若此时仍然按照原来负荷未变化时相应投入的工频运行的风扇电动机数量就会产生浪费，此时PLC通过检测变频控制风机的变频器的0频信号是否到达以控制是否切出其他风扇电动机的控制策略，如果此时已有工频运行的风扇电动机工作，则切出一台投入工频运行的风扇电动机，此时先切出的风扇电动机应该是最先启动的风扇电动机。反之，如若变压器0频信号未达到，则变频器可以根据PLC输出的模拟信号自动控制输出相应的频率和电压，从而达到精确控制的目标。2.2.2 PLC变频控制的基本原理由于对变压器油温的平滑控制需要控制其中的一台风扇电动机，如若不加入变频器，让所有风扇电机全部工频运行，则将使

29、变压器实际油温低于设定的油温，造成能源的浪费也无法达到平滑控制的目的。反之，加入变频器，使用PLC控制变频器拖动风扇电动机，则可以改变变频器的输出电压和输出频率，从而使风扇电动机转速降低，达到恒温控制和节约能源的目的。基于以上思想，对1号风扇电动机通过 PID 调节完成恒温的闭环控制。以变压器上层油温作为 PID 的反馈，以目标温差作为 PID 的给定，PID 的输出作为变频器的频率运行信号。2.2.3 PLC变频控制的PID参数整定在工业控制中，PID控制（比例-积分-微分控制）得到了广泛的应用，这是因为PID控制具有以下优点：1.精确控制一般要求知道被控对象的数学模型，而实际上大多数工业对

30、象准确的数学模型是无法获得的，对于这一类系统，使用PID控制可以得到比较满意的效果。据日本统计，目前PID及变型PID 约占总控制回路数的90%左右。2.D控制器具有典型的结构，程序设计简单，参数调整方便。3.较强的灵活性和适应性，根据被控对象的具体情况，可以采用各种PID控制的变种和改进的控制方式，如 PI、PD等。随着智能控制技术的发展，PID控制与模糊控制、神经网络控制等现代控制方法相结合，可以实现PID控制器的参数自整定，使PID控制器具有经久不衰的生命力。如图2.1所示为采用PLC对模拟量实行PID控制的系统结构框图。用PLC对模拟量进行PID控制时，可以采用以下几种方法：图2.1

31、用PLC实现模拟量PID控制的系统结构框图1.PID过程控制模块。这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户在使用时只需要设置一些参数，使用起来非常方便，一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。但是这种模块的价格昂贵，一般在大型控制系统中使用。如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模块。2.PID功能指令。现在很多中小型 PLC都提供PID控制用的功能指令，如FX2N系列PLC的PID指令。它们实际上是用于PID控制的子程序，与A/D、D/A模块一起使用，可以得到类似于使用PID过程控制模块的效果，价格却便宜得多。3.用自编程序实现PID闭环控制。有的PLC没有有P

32、ID过程控制模块和 PID控制指令，有时虽然有PID控制指令，但用户希望采用变型PID控制算法。在这些情况下，都需要由用户自己编制PID控制程序。系统选用的是PID功能模块。如此系统即可实现较理想的控制性能。PID控制器有4个主要的参数K p、T I、T D和T S需整定，无论哪一个参数选择得不合适都会影响控制效果。在整定参数时应把握住PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。在P（比例）、I（积分）、D（微分）这三种控制作用中，比例部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比例系数K p越大，比例调节作用越强，系统的稳态

33、精度越高；但是对于大多数系统，K p过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化。因此，积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度，但是积分作用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响。积分时间常数T I增大时，积分作用减弱，系统的动态性能（稳定性）可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。微分部分是根据误差变化的速度，提前给出较大的调节作用。微分部分反映了系统变化的趋势，它较比例调节更为及时，所以微分部分具有超前和预测的特点。微分时间

34、常数T D增大时，超调量减小，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力下降。选取采样周期T S时，应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或上升时间。为使采样值能及时反映模拟量的变化，T S越小越好。但是T S太小会增加CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，所以也不宜将T S取得过小。PID控制算法关键的参数Kp（Gain，增益），Ti（积分时间常数），Td（微分时间常数），Ts（采样时间）,在S7-200中PID功能是通过PID指令功能块实现。通过定时（按照采样时间）执行PID功能块，按照PID运算规律，根据当时的给定、反馈、比例积分微分数据，计算出控制量。也就说这些参数是通

35、过PLC的功能块实现的。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器

36、参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。 对于温度系统：P（%）20-60，I（分）3-10，D（分）0.5-3 对于流量系统：P（%）40-100，I（分）0.1-1 对于压力系统：P（%）30-7

37、0，I（分）0.4-3 对于液位系统：P（%）20-80，I（分）1-52.2.4 变压器冷却自动控制系统框图油温自动控制系统框图如图2.2 所示，控制系统以变压器顶层油温作为被控量；PLC 和变频器作为控制器；交流接触器作为执行机构；风扇电动机作为被控对象；温度传感器作为变送器；将引起变压器油温变化的变压器负荷和环境温度看作控制系统的外部扰动。 图2.2 油温自动控制系统框图2.3 系统组成电厂变压器冷却自动控制系统由以下器件所组成，具体见表2-2： 表2-2 变压器冷却系统组成器件表名称数量或编号用途潜油泵1台用于强迫变压器中的油进行循环油泵电机1台控制潜油泵的转速（工作在变频状态）风扇电

38、动机1号风扇电动机用于带动风扇进行抽出的变压器油与外界空气进行热交换（工作在变频状态）风扇电动机2号风扇电动机用于带动风扇进行抽出的变压器油与外界空气进行热交换（工作在工频状态）风扇电动机3号风扇电动机用于带动风扇进行抽出的变压器油与外界空气进行热交换（工作在工频状态）风扇电动机4号风扇电动机用于带动风扇进行抽出的变压器油与外界空气进行热交换（工作在工频状态）风扇电动机5号风扇电动机用于带动风扇进行抽出的变压器油与外界空气进行热交换（工作在工频状态）风扇电动机6号风扇电动机用于带动风扇进行抽出的变压器油与外界空气进行热交换（工作在工频状态）风扇1号风扇使抽出的变压器油与外界空气进行热交换（1号

39、风扇电动机控制）风扇2号风扇使抽出的变压器油与外界空气进行热交换（2号风扇电动机控制）风扇3号风扇使抽出的变压器油与外界空气进行热交换（3号风扇电动机控制）风扇4号风扇使抽出的变压器油与外界空气进行热交换（4号风扇电动机控制）风扇5号风扇使抽出的变压器油与外界空气进行热交换（5号风扇电动机控制）风扇6号风扇使抽出的变压器油与外界空气进行热交换（6号风扇电动机控制）变频器1号变频器用于控制油泵电机的转速，本系统为手动调节该变频器以达到改变潜油泵转速的目标变频器2号变频器用于拖动1号风扇电动机，由PLC控制输出信号以控制变频器的输出电压和输出频率，以达到对油温平滑控制和节能的目的交流接触器KM1用

40、于闭合或者分断1号风扇电动机电路交流接触器KM2用于闭合或者分断2号风扇电动机电路交流接触器KM3用于闭合或者分断3号风扇电动机电路交流接触器KM4用于闭合或者分断4号风扇电动机电路交流接触器KM5用于闭合或者分断5号风扇电动机电路交流接触器KM6用于闭合或者分断6号风扇电动机电路交流接触器KM7用于闭合或者分断潜油泵电动机电路热继电器FR2用于2号风扇电动机的过载保护热继电器FR3用于3号风扇电动机的过载保护热继电器FR4用于4号风扇电动机的过载保护热继电器FR5用于5号风扇电动机的过载保护热继电器FR6用于6号风扇电动机的过载保护交流继电器KA1用于控制2号变频器的接通交流继电器KA2用于

41、控制2号变频器的复位交流继电器KA3用于接通1号变频器的接通交流继电器KA4用于接通1号变频器的复位熔断器Fu1用于2号变频器和1号风扇电动机的短路保护熔断器Fu2用于2-5号风扇电动机的短路保护熔断器Fu3用于1号变频器和油泵电机的短路保护万能转换开关SA手动选择PLC自动控制或继电器手动控制控制按钮SB1采用继电器控制时手动断开KM1控制按钮SB2采用继电器控制时手动闭合KM1控制按钮SB3采用继电器控制时手动断开KM2控制按钮SB4采用继电器控制时手动闭合KM2控制按钮SB5采用继电器控制时手动断开KM3控制按钮SB6采用继电器控制时手动闭合KM3控制按钮SB7采用继电器控制时手动断开K

42、M4控制按钮SB8采用继电器控制时手动闭合KM4控制按钮SB9采用继电器控制时手动断开KM5控制按钮SB10采用继电器控制时手动闭合KM5控制按钮SB11采用继电器控制时手动断开KM6控制按钮SB12采用继电器控制时手动闭合KM6控制按钮SB13采用继电器控制时手动断开KM7控制按钮SB14采用继电器控制时手动闭合KM7中间继电器ZJ1采用PLC控制时接通或断开KM1中间继电器ZJ2采用PLC控制时接通或断开KM2中间继电器ZJ3采用PLC控制时接通或断开KM3中间继电器ZJ4采用PLC控制时接通或断开KM4中间继电器ZJ5采用PLC控制时接通或断开KM5中间继电器ZJ6采用PLC控制时接通或

43、断开KM6中间继电器ZJ7采用PLC控制时接通或断开KM7中间继电器ZJ8用于传递手动控制信号给PLC中间继电器ZJ9用于传递自动控制信号给PLC空气开关QA1手动接通2号变频器和1号风扇电动机，并对该电路进行过电压保护空气开关QA2手动接通2号-6风扇电动机，并对该电路进行过电压保护空气开关QA3手动接通1号变频器和油泵电机，并对该电路进行过电压保护可编程逻辑控制器1台利用程序自动控制变频器，油泵电机和风扇电动机的运转，当系统出现故障时发出报警信号，进行A/D、D/A转换2.4本章小结本章主要介绍了系统闭环控制的思想，对温度进行控制，在现阶段，PID控制能收到良好的控制效果。另一方面，主要阐

44、述了系统的输入输出及其被控制量，并对其进行分类。初步确立了系统的PLC的输入输出特性。最后对系统的组成进行分析，便于下章对系统各部分进行选型确定。第三章 冷却控制装置的硬件设计变压器冷却器控制装置要用到诸如可编程序控制器、变频器、交流接触器等电气元件，本章我们介绍冷却控制装置设计中用到的主要电气元件及其在控制装置中的应用，装置的电气连接。3.1 开关器件的选择电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现电路或非电路对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备。3.1.1 继电器的选择继电器是控制系统中一种重要的元件，它的作用就是按照要求

45、接通或断开控制系统中的电路。常用的继电器是有触点的，触点有通和断两种状态，状态的改变是利用电磁原理使衔铁产生闭合动作，从而带动触点动作。当继电器的输入电压、电流和频率等数值或温度、压力和转速等数值达到规定值时，继电器的触点便接通或断开所控制或保护的电路。继电器在控制系统中的主要作用有传递信号和放大功率。它用触点的转换、接通或断开电路以传递控制信号。继电器动作的功率通常是很小的，而被其触点所控制电路的功率要大得多，从而达到功率放大的目的。值的注意的是，继电器的触点不能用来接通和分断负载电路，这也是继电器的作用与接触器的作用的区别。按输入信号不同，继电器有电压继电器，电流继电器，时间继电器，速度继

46、电器和中间继电器。按线圈电流种类不同来分有交流继电器和直流继电器。本系统所用的继电器全部为交流继电器，这是由供电电源和继电器在电路中所接的位置所决定的。3.1.2 接触器的选择电磁式接触器是利用电磁吸力的作用使主触点闭合或分断电动机电路或其他负载电路的控制电器。接触器是电气控制线路中应用最广泛的电器之一，它适于远距离频繁地接通和分断主电路或大容量控制电路，主要用于控制电动机，也可用于控制其他电力负载。接触器在工业中是利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后

47、，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开 在工业电气中，接触器的型号很多，电流在5A-600A的不等，其用处相当广泛。因为可快速切断交流与直流主回路，可频繁的接通与大电流控制电路的装置，所以经常运用于电动机以做为执行元件，也可用作控制工厂设备、电热器、工作母机和各样电力机组等电力负载，并作为远距离控制装置。接触器根据控制线圈的电压不同，可分为直流接触器和交流接触器。由于本文所提出的电厂变压器冷却系统采用交流供电，因此接触器选用交流接触

48、器。交流接触器按负荷种类一般分为一类、二类、三类和四类，分别记为AC1 、AC2 、AC3和AC4 。一类交流接触器对应的控制对象是无感或微感负荷，如白炽灯、电阻炉等；二类交流接触器用于绕线式异步电动机的起动和停止；三类交流接触器的典型用途是鼠笼型异步电动机的运转和运行中分断；四类交流接触器用于笼型异步电动机的起动、反接制动、反转和点动。如果电动机的操作频率要求不高，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，接触器额定电流大于负荷额定电流即可。接触器类型可选用CJl0、CJ20等。3.1.3 热继电器的选择热继电器是利用电流的热效应原理工作的电器，广泛用于三相异步电动机的长期过载保护。热继电器主要由

49、热元件、双金属片和触头系统三部分组成。热继电器的热元件串联在电动机定子绕组的主电路中，当电动机正常工作时，热元件产生的热量虽然能使双金属片弯曲，但还不足以使热继电器动作；当电动机过载时，双金属片弯曲程度加大使热继电器动作。热继电器动作后，经过一段时间冷却，就可以手动或自动复位。若三相电动机的一根接线松开或一相熔丝熔断，将使电动机所接另两相电流增大很多，若热继电器所保护的电动机是Y接法时，发生此类情况，则另两相线电压等于相电压，流过电动机绕组的电流和流过热继电器的电流增加比例相同，因此普通的两相或三相热继电器可以对此作出保护。如果电动机是D形接法，发生断相时，由于电动机的相电流与线电流不等，流过

50、电动机绕组的电流和流过热继电器的电流增加比例不同，而热元件又串联在电动机的电源进线中，按电动机的额定电流即线电流来整定，整定值较大。当故障线电流达到额定电流时，在电动机绕组内部，电流较大的那一项绕组的故障电流将超过额定相电流，便有过热烧毁的危险。所以，D接法必须采用带断相保护的热继电器。为了增加系统的安全性，对冷却装置中风扇电动机和油泵电机产生断相保护，因而选用带断相保护的热继电器,通常选取热继电器的额定电流为电动机的额定电流，因而可选择型号为JR16-20/3D,编号为10的热继电器，该热继电器的额定电流为11.0A，刻度电流调整范围为6.8-9.0-11.0A。3.1.4 熔断器的选择熔断

51、器又称保险器（或保险丝），广泛用于低压电网中起短路保护作用。当通过熔断器的电流超过某一规定值时，熔断器熔体很快溶化而将电路切断。其特点是体积小、动作快、经济简单，且有限制短路电流的作用。它的缺点是易受周围温度的影响，工作不够稳定，容易在正常工作时发生单相熔断，造成电动机单相运行，使电动机烧毁。选用熔断器时，首先要考虑线路的电压等级，然后根据供电系统中可能出现的最大故障电流，选择具有相应分断能力的熔断器。当熔断器用作电动机回路的短路保护时，要避免电动机在启动过程中，启动电流过大而使熔体烧断。通常保护单台长期工作电动机的熔断器，熔断器额定电流应取为电动机额定电流的1.52.5倍。在经常启动或启动时

52、间较长的场合，熔体额定电流取为电动机电流的33.5倍。根据负载情况选出熔体的额定电流后，还应以电路的最小短路电流加以校验，一般应使最小短路电流比额定电流大47倍。由于本系统中熔断器FU2用于保护多台风扇电动机，而熔断器所保护的5台风扇电动机的容量相同，所以，熔体的额定电流应该满足大于等于（1.52.5）Iemax+Ie 。Iemax为多台电动机中容量最大的一台风扇电动机额定电流，Ie为其余风扇电动机额定电流之和。也就是说，FU2的额定电流应选择（1.52.5）* Ie + 4 * Ie =(5.56.5) Ie 。对于熔断器FU1,由于它保护1号风扇电动机，熔体额定电流选取风扇电动机启动电流的

53、1.52.5倍。而对于熔断器FU3，由于它保护油泵电机，而油泵电机处于长期工作状态，因而，熔体额定电流应选取风扇电动机启动电流的1.52.5倍。3.2 电动机的选择电动机作为控制系统的必不可少部分，它的选择直接关系到系统的运行质量以及是否可以达到电厂变压器冷却系统所要求的稳定范围。电动机类型选择的基本依据是在满足生产设备对拖动系统静态和动态特性要求的前提下，力求结构简单、运行可靠、维护方便、成本低廉。选择电动机时考虑以下几点：1.不需要调速且对启动性能也无过高要求的设备应优先选择鼠笼式异步电动机。2.对于要求经常启、制动，且负载转矩较大，又有一定调速要求的机电设备，应考虑选用绕线式异步电动机；

54、对于周期性负载的生产设备，一般都采用电动机带飞轮工作，这种情况下也应选用绕线式异步电动机。3.需要补偿电网功率因数获得稳定工作速度时，优先选用同步电动机。4.对只需几种速度，而不要求无级调速的生产设备，为了简化变速机构，可选用多速异步电动机。5.需要大的启动转矩和恒功率调速的生产设备，宜采用直流串励或复励电动机。6.对要求大范围无级调速，且要求经常启动、制动、正反转的生产设备，则可选用带调速装置的直流电动机或鼠笼式异步电动机。7.对要求调速范围很宽的生产设备，最好将机械变速和电气调速两者结合起来考虑，容易得到技术指标和经济指标都较好的效果。由于本系统所选取电动机要拖动的是风扇和潜油泵，且负载一

55、般不会发生突变。因此选用异步电动机较为合适。又因为负载属于中小型，因此选用鼠笼式的异步电动机即可满足要求。按照经验可知，风扇冷却装置部分可选择6台5.5KW的电机，采用Y型接法。潜油泵也选用一台5.5KW的鼠笼型异步电动机，采用Y型接法。所有电机均可选用三相异步y132s-1电机，y132s-1意义是y：y系列异步电动机；132：中心高 132mm；S代表小基座，M代表中基座，L代表大基座。该电机的具体参数为：额定功率：5.5Kw额定电压：380V额定电流：11.1A 额定转速：2900 r/min 额定效率：85.5%额定功率因数：0.88 额定频率：50HZ 3.3 PLC的介绍及选型3.3.1 PLC的简介可编程控制器的英文为Programmable Controller，在二十世纪七十至八十年代一直简称为PC。由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC；加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller），为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供