plc在变电站变压器自动化系统中的应用.docx

1、摘要 IAbstract II第1章绪论 1第2章变压器冷却控制装置的功能和控制方法 22.1 电力变压器运行规程中关于冷却控制的规定 22.1.1 对变压器冷却装置的要求 22.1.2 变压器温度限值 22.1.3 强迫油循环冷却变压器的运行条件 22.2 变压器冷却自动控制装置功能模块设计 3第3章变压器冷却自动控制装置的硬件设计 53.1 电气元件及在装置中的应用 53.1.1 电动机保护器 53.1.2 凝露温度监控器 53.1.3 开关器件 73.2 可编程序控制器 73.2.1 可编程序控制器的输入输出 73.2.2 可编程序控制器的选择 83.3 装置电气连接 103.3.1 电

2、源监控和凝露温度监控部分电气接线 103.3.2 冷却器电动机保护控制电气接线 12第4章变压器冷却自动控制的软件设计 194.1 软件总体设计 194.1.1 投入计时处理、超时和切除计时处理 214.1.2 投切判断和投切处理 224.2 监视软件总体设计 234.3 串口设置和打开 244.4 线程的建立及串口数据的读取、解析和显示 25结论 27致谢 28参考文献 29摘要在变电站中，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。变压器在运行中是有损耗的，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。变压器运行中产生 的损耗将

3、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。变压器运行中所带负荷随时都在发生变化，这将使变压器的损耗也随之发 生变化，从而造成变压器油温的变化；同时不管是一年四季环境气温的变化， 还是每天昼夜气温的变化，也都造成了变压器油温的变化。为了保证变压器安 全，稳定，经济的运行，要随时检测变压器的油温并由冷却控制装置控制冷却 器组运行来控制变压器油温的变化，使其油温维持在一个固定的范围内。但目 前大型电力变压器的冷却控制仍然主要采用传统的继电式控制方式，这种控制 方式存在许多弊端：控制回路

4、接线复杂、可靠性差、故障率较高、维护工作量 大，造成冷却器运行不均衡，影响冷却器组使用寿命。本课题针对存在的问题 提出并研制了基于PLC的大型变压器冷却控制装置。关键字：变压器自动化；冷却控制装置；损耗;PLCAbstractIn the substation transformer is to achieve energy conversion of the most basic and importantequipment, has a major impact on thereliability of power supply.Transformers in operation is l

5、ossy, ano-load loss, it has nothing to do with the load size; another load loss is proportional to the square, and the load current. Losses arising from the operation of the transformer is converted to heat that comes out, the transformer windings, core and transformer oil temperature rise. Effect o

6、f temperature rise of the transformer with its load capacity, and it will accelerate the aging of the transformer windings and core of insulating material used, affect its life.Transformer load carried by running all the time change, which will allow the transformer losses also will be changed, resu

7、lting in the change of transformer oil; simultaneously throughout the year regardless of environmental temperature changes, or changes in temperature between day and night every day, also caused a change in the transformer oil. In order to ensure that the transformer safe, stable and economical oper

8、ation, the transformer oil to be readily detected by the cooling control device to control the operation of the control group cooler transformer oil changes, so that the oil temperature is maintained within a fixed range. But the large power transformer cooling control is still mainly traditional re

9、lay control mode, there are many drawbacks of this control: control circuit wiring complexity, poor reliabilityThis paper focuses on the problems proposed and developed a large transformer cooling control based on PLC devices.Keywords: Transformer automation; Cooling control devices; Losses;PLC第1章绪论

10、目前，已经实际运行的综合自动控制系统有：LAS系统、基于CAN/LON网的分散分布式变电站控制系统等，它们在实际应用中取得了较好的成效，但 也存在着技术和经济上的各种缺点。本文在研制智能型有载调压变压器监控系 统的基础上，从变电站综合自动化发展的大方向（即从集中控制型向分散（层） 网络型发展；从专用设备向平台发展，中小变电站综合自动化中的自动化设备 有：可编程自动化监控装置、可编程变压器自动化屏、可编程微机计量屏、可 编程微机线路保护屏、可编程微机同期系统、可编程中央信号屏、可编程电容 屏、可编程微机直流电源系统等均应用了PLC为其智能化单元，并且都能够挂网运行，方便地实现遥信、遥测、遥控功能

11、，取代了传统的 RTU。众所周知电力变压器是发电厂和变电所的最重要设备之一。随着电力系统 规模的不断扩大和电压等级的提高，在电能输送过程中，电压转换层次有增多 的趋势，要求系统中的变压器总量己由过去的57倍发电总容量，增加到 910倍发电总容量。因此，变压器能否正常运行对于电力系统的安全稳定运行起 着至关重要的作用1。变压器的效率虽然很高，但系统中每年变压器总的电能耗仍然是一个相当 大的数目。变压器的损耗主要是铜耗和铁耗，而这些损耗最终均转化为热量， 从而使变压器的油温和铁心温度升高。变压器的铜耗和铁耗产生的热量主要以 传导和对流的方式向外扩散，变压器运行时，各部分的温度分布极不均匀。分 析与

12、测试均表明，变压器产生的热量 80%以上集中于绕组和铁心，它直接影响 着变压器的出力。通过计算以及运行实践证明，变压器最热点温度维持在98C以下时，变压器能获得正常使用年限（20 30年）。根据研究，变压器绕组每 升高6C,使用年限将缩短一半，此即所谓的绝缘老化6c规则。可见，温度对变压器的使用寿命有着至关重要的影响。分析与计算表明，变压器损耗的增加 与其额定容量的3/4次方成比例，而冷却表面的增加只与额定容量的1/2次方成比例。可见，变压器的容量越大，其散热问题就越突出。因此，如何使变压器 最大限度地散热，是变压器生产厂家的重要课题，也是电力部门在生产运行中 需要特别关注的问题。因此要对变压

13、器进行冷却控制。第2章变压器冷却控制装置的功能和控制方法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 对变压器冷却装置的要求1 .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。2 .按制造厂的规定安装全部冷却装置。3 .强油循环的冷却系统必须有两个独立的工作电源并能自动切换。当工作 电源发生故障时，应自动投入备用电源并发出音响或灯光信号。4 .强油循环变压器，当切除故障冷却器时应发出音响或灯光信号，并自动（水冷的可手动

14、）投入备用冷却器。5 .风扇、水泵及油泵的附属电动机应有过负荷、短路及断相保护；应有监 视油泵电机旋转方向的装置。6 .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。7 .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 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2o表2.1油浸式变压器顶层油温一般限值冷却介质最高温度（C ）最高顶层油温（C ）强迫油循环40858 .1.3强迫油循环冷却变压器的运行条件1 .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

15、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。2 .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。3 .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分钟3。2.2变压器冷却自动控制装置功能模块设计本文设计的变压器冷却控制装置的核心是PLC,装置的大多数功能通过可编程序控制器来实现，根据冷却控制装置的功能设计，以PLC为核心，整个控制装置主要设计4个功能模块组成，如图2-1所示凝露温度监控模块通讯模块图2-1冷却控制装置功能块框图变压器冷却控制装置的控制功能通过电源监视控制、冷却器投切保护、

16、凝 露温度监控、就地控制与显示、通讯、上位计算机监视六个功能模块实现，功 能模块的实现方法和作用简要介绍如下：1 .电源监视控制模块。模块通过小型电压继电器监视两路独立电源的状态 （两路独立电源为冷却装置供电），判断电源是否缺相，由两个断路器控制电 源的投切；将两路电源的故障信号和断路器辅助节点所反映的电源工作状态信 号送入可编程序控制器，经可编程序控制器综合判断产生控制电源投切的控制 命令，由断路器执行电源投切动作。2 .冷却器投切保护模块。模块采用交流接触器控制冷却器的投入和切除， 自动空气开关和电动机保护器配合实现对风扇和潜油泵电动机的短路、过载、 堵转和缺相保护。可编程序控制器采集变压

17、器温度信号、运行状态信号、油流 继电器反映的冷却器油流状态信号、反映电动机故障状态的空气开关状态信号 和交流接触器状态信号，由可编程序控制器根据送入的这些信号进行电动机、 油流和接触器故障的判断和定位并产生投切冷却器的控制命令，由交流接触器 执行投切动作4 03 .凝露温度监控模块。模块采用凝露温度监控器对环境的温度、湿度进行 实时监控，当湿度达到设定值后其凝露负载输出接通，信号送到可编程序控制 器，由控制器决策定时投运全部风冷却器；同时湿度达到设定值时控制装置能 启动冷却控制装置箱体内的加热装置，为控制装置箱体除湿；温度达到设定值 时启动装置箱体内风扇，给控制装置散热。4 .通讯模块。通讯模

18、块通过 PLC上的RS485 口经串口长线延长器与远方 的上位计算机通信，定期的将变压器、冷却器和冷却控制装置的运行信息、故 障信息通过串口传送到上位计算机。第3章 变压器冷却自动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、凝露温度监控器、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 电气元件及在装置中的应用3.1.1 电动机保护器变压器冷却控制装置采用 GDH系列电动机保护器与自动空气开关组合实现 对电动机的缺相、过负荷、堵转和短路保护。GDH系列电动机保护器集缺相、过流、堵转保护为一体，具有工作灵敏

19、可靠、安装方便、故障率低等优点，是 替代热继电器实现电动机保护的理想换代产品。3.1.2 凝露温度监控器凝露温度监控器是监视工作环境湿度、温度，当湿度、温度达到设定值能 启动用户连接的凝露负载和控温负载的一种自动化工业仪器10。我们设计的冷却控制装置采用 LWKD2 (TH)型凝露温度监控器，它具有两个相对独立的 工作单元：凝露控制单元一个，温度控制单元一个。可对环境的温度湿度进行 实时控制，自动起动负载，保证温度指标符合工作标准，同时具有体积小、安 全性高、外形美观、加热效率高、加热效果好、防潮、防凝露和低温加热性能 优越的特点。电气连接如图3.1所示：温度传感器控温负载凝露传感器凝露负载图

20、3.1凝露温度监控器电气图AC220安装方式：(1)基座式：将8芯继电器座固定在35mm导轨或通过安装螺孔直接固定 在安装板上。(2)嵌入式：在安装面板上开具 45+ 0.5M5+0.5mm2孔，通过安装支架 将控制器固定在面板上凝露温度监控器的端子1、2连接温度彳感器，5、6连接凝露传感器，3、4 连接控温负载，7、8连接凝露负载，11、12连接交流220V电源。LWKD2 (TH)型凝露温度监控器的工作原理是：监控器通过凝露传感器和温度传感器 对工作环境的湿度、温度等指标长期自动检测、采样；当工作环境有凝露产生 的可能时，能自动判断并瞬间启动凝露负载；工作环境温度高于设定温度值时， 相应的

21、控温负载也将开启；环境温湿度低于设定要求时才停止工作，重新进入 监控状态，如此自动循环。在冷却控制装置中凝露温度监控器监视环境的温度、 湿度，有凝露产生的可能时，启动装置箱体内的加热装置，同时将“凝露”信 号送到PLC用于判断启动冷却器；当温度超过设定值，将装置箱内风扇启动， 为控制装置散热5 o3.1.3 开关器件变压器冷却控制装置中要用到断路器、接触器、空气开关、转换开关等。 这些器件主要选用施奈德公司的产品，施奈德公司的产品功能卓越、具有较高 的安全稳定性和电气统一性。装置选用继电器和开关的名称和型号规格如下：(1)断路器，型号：NS-100,3P,AC380V(2)接触器，型号：CA2

22、-DN22Q5c(3)接触器，型号：LC1,32A,AC220V(4)空气开关，型号：GV2-M20,13-18A,400V(5)空气开关分励线圈，型号：AS225,AC220V(6)空气开关辅助节点，型号：LA1-DN22(7)小型继电器，型号： MAX7A,AC250V(8)信号继电器，型号：DX8, 0.025A(9)中间继电器，型号：MAX DC220V(10)转换开关，型号：LW5-15D7612/9(11)熔断器，型号：RT18-32,32A由于所用继电器和开关器件种类和型号较多，在此不一一介绍。在本章“冷却控制装置电气接线” 一节中，结合具体实现电路介绍其在变压器冷却控 制装置中

23、的使用和作用。3.2 可编程序控制器在以可编程序控制器为核心的变压器冷却控制装置中，输入、输出通过可 编程序控制器连接起来，构成完整的控制系统。输入为可编程序控制器提供完 成控制功能所必须的数字量、模拟量；可编程序控制器采样输入，执行编制的 程序，根据程序设计对所采集信息进行综合分析、判断并作出决策，产生数字 量、模拟量输出，驱动执行器件，完成控制功能603.2.1 可编程序控制器的输入输出根据变压器冷却控制装置的功能设计和结构设计，同时结合冷却控制装置 的设备选型，可以确定可编程序控制器输入 /输出的来源或者去向及输入/输出的 性质和数量。表3.1中给出了可编程序控制器的输入/输出名称，输入

24、来源和输出去向以及输入/输出的性质及数量，从表可知可编程序控制器共有36路数字量输入和23路数字量输出。输入/输出性质及点数的确定非常重要，成为可编程序控制器 选型的一项重要指标，可编程序控制器连同其输入 /输出模块必须满足输入/输出 点数的要求。表3.1可编程序控制器的输入输出输入/输出名称来源/去向性质及数量“自动”工作状态转换开关1路数字输入“手动”工作状态转换开关1路数字输入“主/辅”电源选择拨码开关1路数字输入I、n电源正常电源检测继电器2路数字输入I、n路电源投入断路器辅助触点2路数字输入输三侧开关状态三侧开美辅助触点1路数字输入入切除冷却器温度温度继电器1路数字输入投入冷却器温度

25、温度继电器1路数字输入报警温度温度继电器1路数字输入凝露状态凝露温度继电器1路数字输入油流状态油流继电器8路数字输入电动机状态自动空气开关8路数字输入风冷却器的投入状态控制风冷却器接触器8路数字输入合计36路数字输入冷却器的投入信号控制风冷却器接触器8路数字输出输冷却器故障信号指示装置8路数字输出出冷却器故障类型指示装置3路数字输出电源分信号控制电源断路器分输入1路数字输出电源合信号控制电源断路器合输入2路数字输出掉三侧开关信号变压器控制屏1路数字输出23路数字输出3.2.2 可编程序控制器的选择根据变压器冷却控制装置对可编程序控制器控制功能、输入/输出性质及点数，存储容量的要求，综合考虑性能

26、、可靠性、价格等方面的因素，我们选用西门子S7 200型PLC作为冷却控制装置的控制器。可编程序控制器的选型， 主要从以下几个方面考虑：1 .控制功能。所选择 PLC能最大限度的满足控制系统的控制功能是选择 PLC时首先考虑的问题。S7-200型PLC代替了很多定时器、计数器、继电器所 实现的功能，该PLC具有位逻辑、计数、定时、移位循环、比较、数字运算等 指令，同时支持子程序和中断，能通过串口完成通讯，在控制功能方面，S7-200型PLC能满足冷却控制装置的功能需求37。2 .输入/输出性质及点数要求。我们选用 CPU224 （14数字输入/10继电器 输出），CPU有内部电源可以为 CPU

27、自身，扩展模块和其他用电设备提供 5V 和24V直流电源。同时采用如下扩展模块，EM221 （16路数字输入），EM222（8继电器输出），EM223 （8数字输入/8继电器输出），共38路数字量输入 和26路输出。扩展模块通过与 CPU连接的总线连接电缆取得5V直流电源。不 同规格的CPU提供的电源容量不同，需要根据实际应用就电源容量进行规划计 算，如表3.2所小：表3.2 PLC电源计算CPU电源预算5V直流24V直流CPU224AC/DC 继电器660mA280mA减去以下电源需求减去以下电源需求系统要求5V直流24直流EM221,5V电源需求70mAEM222,5V电源需求40mAEM

28、223,5V电源需求80mACPU224,14 输入14*4=56mACPU224,10继电器线圈10*9=90mAEM221,16 输入16*4=64mAEM222,8继电器线圈8*9=72mAEM223,8 输入8*4=32mAEM223,8继电器线圈8*9=72mA总需求190mA386mA总电压差额剩 470mA缺 106mA3 .从表中电源计算可以看出，装置需要额外提供 24V直流电源，需加装直 流电源后系统才能正常工作。在输入/输出性质及点数要求方面，采用上面提到的CPU和扩展模块能满足装置的要求704 .存储容量。CPU224具有8192字节的程序存储器和5120字节的数据存 储

29、区，能满足程序编写对存储容量的要求。5 .从电源和带负载能力方面考虑。S7200型PLC适合运行于额定电压为 120220V交流电源的场合，在变电站能提供 220V交流电源；输出为继电器输 出，继电器触点的电位对电源和输入是隔离的，可以将各种不同的负载连接到 继电器输出。S7- 200型PLC满足了电源和带负载能力的要求。6 .安全可靠性方面。变压器冷却控制装置安装地点电磁环境复杂，对设备 的安全可靠性提出了更高的要求。所选择的PLC在满足前文所述指标的前提下，安全可靠性问题是我们最关注的，因为冷却控制装置能否可靠运行将直接影响 变压器的可靠运行。西门子 S7-200型PLC具有较强的抗振性，

30、及很强的电磁兼 容性（EMC）,并完全符合各项工业标准，能够应用于各种气候条件。使用简 单方便，并且模块不需要太多的附件和放置空间，使得控制柜的体积变得更小； 不易于磨损，节省维护费用；编程十分简单，此外S7- 200型PLC价格相对较低，降低了控制装置的成本。我们综合考虑控制功能、存储容量和输入/输出点数、电源和带负载能力、安全可靠性方面及安装使用等各个方面，选用 S7- 200型PLC作为控制装置的控制器，能从各个方面满足我们的控制要求 8 o3.3装置电气连接3.3.1 电源监控和凝露温度监控部分电气接线冷却系统由两路电源供电，可以通过开关选择一路为“主”电源，一路为 “辅”电源，电源监

31、视控制部分的作用是，监视两路电源的状态，并将电源状 态信号送入可编程序控制器；同时接受可编程序控制器的控制命令，通过断路 器动作选择一路电源为装置供电。凝露温度监控器可以实时监视环境的温度、 湿度，条件达到时可以启动凝露负载、温度负载，对可能产生的凝露、超温情 况采取应对措施。电源监控和凝露温度监控部分电气接线原理如图3.2所示：在图3.2所示线路中，小型电压继电器 1YJ、2YJ、3YJ的线圈分别连接电 源1的三相X1、X2和X3负责监视电源1的状态，三个电压继电器的常开触点 串联后连接中间继电器 1ZJ的励磁线圈。电源各相均正常时小型继电器1YJ、2YJ和3YJ的常开触点都闭合，中间继电器

32、1ZJ的线圈励磁，1ZJ常开触点闭合; 1ZJ的常开触点连接可编程序控制的输入端，送入电源状态信号。小型电压继电器4YJ、5YJ、6YJ和中间继电器2ZJ的配合实现对电源2的监视，接线和工作 原理与电源1的监视电路类似。1YJ-TH掰*您1JC图3.2电源监视控制接线图中间继电器1ZJ的触点负责为断路器和凝露温度监控器提供电源，当电源 1正常时，1ZJ的常开触点闭合，常闭触点打开，由电源 1为断路器和凝露温度监 控器的工作提供电源；当电源1非正常时，1ZJ的常开触点打开，常闭触点闭合， 由电源2为断路器和凝露温度监控器供电。断路器可执行可编程序控制器输出的电源选择控制指令，为冷却器组及控制装置

33、选择一路电源。接触器的A4为“分闸”输入，A2为“合闸”输入，“分闸”输入具有更高的优先级，即两输入端都为有效状态时，断路器优先执行“分闸”动作。接触器的主触头分别连接两电源和变压器冷却装置的电源进线，输入端连接可编程序控制器的输出和断路器常闭辅助触点的组合。图中Q3.4为控制2JC的“合闸”信号，Q3.5为控制1JC的“合闸”信号，Q3.6为控制1JC和2JC的“分闸”信号。2JC的常闭辅助触点和 Q3.4串联接入1JC的“合”输入端可以防止两电源同时投入，因为 2JC处于“合闸”状态时，电源2供电，其常闭辅助触点打开，1JC的“合闸”输入端处于无信号的状态，电源 2不能投入。同理1JC的常

34、闭辅助触点和Q3.5串联接入2JC的“合闸”输入端 可以防止电源同时投入的情况发生。凝露温监控器的工作原理已经介绍过。图中 ch11为温度传感器，ch12为湿 度传感器；WCG为冷却控制装置箱体内的加热装置。3ZJ为中间继电器的励磁 线圈，WCG和3ZJ连接到凝露温度监控器的“凝露负载”输出； D为风冷控制 装置箱体内的风扇电动机，连接到凝露温度监控器的“温度负载”输出； id为 冷却控制装置箱体的照明装置，一端连冷却控制装置的电源，N连接控制装置电源的中线。中间继电器3ZJ的励磁线圈连接到凝露监控器的“凝露负载”输出，当环 境湿度达到设定值时，“凝露负载”输出接通，中间继电器3ZJ励磁，其常

35、开触点连接到可编程序控制器的输入，为可编程序控制器提供凝露信号。冷却控 制装置箱体内的加热装置 WCG连接凝露监控器的“凝露负载”输出，当环境 湿度达到设定值时，凝露负载接通，加热装置启动为控制装置除湿，保证冷却 控制装置的可靠工作。冷却控制装置箱体内的风扇连接到凝露控制器的“温度 负载”输出，为了保证冷却控制装置的可靠工作，当环境温度达到设定值时， 温度负载将被接通，风扇投入运转为冷却控制装置散热。冷却控制箱体内的照 明装置id通过开关K连接到电源，装置箱体开启开关 K闭合，照明装置点亮； 箱体关闭照明装置熄灭。3.3.2 冷却器电动机保护控制电气接线本文设计的冷却控制装置可以控制 8组冷却

36、器，每组冷却器由3个风扇和1 个潜油泵组成。冷却器保护控制部分可以为冷却器风扇电动机和潜油泵电动机 提供过载、堵转和缺相保护，并接受可编程序控制器的输出指令，投/切冷却器组。每组冷却器保护控制的接线是相同的，这里我们只绘出了一组冷却器保护 控制的电气接线原理图，如图3.3所示：图3.3冷却器保护控制接线图图3.3所示线虫&中，1FS2、1FS4为一组冷却器中风扇电动机的电动机保护 器（一个风扇1FS3未画出），1FS1为潜油泵电动机保护器，1FS1、1FS2、 1FS3、1FS4分别用接在冷却装置电源和冷却器风扇电动机和潜油泵电动机之间。 当电动机发生过载、短路和缺相故障时，与之连接的

37、电机保护器的辅助触点闭 合；1ZK为自动空气开关，风扇电动机保护器1FS1、1FS2、1FS3和潜油泵电动机保护器1FS4的辅助触点并联后连接到空气开关 1ZK的励磁线圈，当任一 电机出现故障时与之相连的电机保护器的输出触点闭合，将使空气开关1ZK的线圈励磁，使空气开关动作。1BC为控制风冷却器投/切的接触器，它的励磁线 圈连接可编程序控制器的输出，可以接受可编程序控制器的控制指令，控制冷 却器投切。转换开关用于选择是“手动”、“自动”投入冷却器或处于“停止”状态。 端子连接以第一组端子为例，处于“自动”状态端子1、2接通，处于“手动”操作状态端子3、4接通。端子25、26、27、28连接在控

38、制电源投切线路中。 其余左侧端子分别连接交流和直流电源如图所示；右侧端子2、6、10连接PLC控制接触器输出电源侧，端子 3、7、11连接手动控制冷却器按钮； 30连接 PLC的“自动”输入，31连接PLC的“手动”输入；剩余的右侧端子连接 PLC 的故障输出电源侧。1. 可编程序控制器的输入输出连接变压器冷却控制装置的核心 PLC由一个CPU模块CPU224 （14数字输入 /10继电输出），三个输入输出扩展模块，EM221 （16路数字输入），EM222（8继电器输出），EM223 （8数字输入/8继电器输出）组成，PLC从输入端子 采集信号，从输出端子输出控制信号，模块的输入输出连接如下

39、。2. CPU224的输入输出连接可编程序控制器的CPU模块CPU224是整个装置的核心，所有的程序和数 据都在CPU模块存储，控制功能和控制决策由 CPU模块运行做出，CPU224有 14个24V数字直流输入和10个继电器输出，CPU224输入输出连接如图3.4所 示：220V交流电源通过电源输入（L1, N）送入该模块，模块还可以向外提供 24V直流电源，从电源输出（L+, M）引出。输入I0.0和I0.1连接转换开关， 分别表示“自动”、“手动”操作，转换开关在“手动”位置时I0.0将有效，转换开关在“手动”位置时I0.1将有效。输入I0.2I0.6分别连接电源“主”、“辅”选择开关、中

40、间继电器 1ZJ和2ZJ的常开触点、断路器1JC和2JC的辅 助触点。开关1KG闭合，表示选择1电源作为“主”电源；中间继电器 1ZJ、 2ZJ闭合时，I0.3、I0.4将分别有效，表示1路、2路电源处于正常状态；1JC、 2JC接通，其辅助触点闭合，分别表示1路、2路电源投入。IM Ql 0 CL 1 CL £ CL M 0, 4 a E CL 4 0. 71. 0 |1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 L.5 M L+il oola i oalo, 3 - el. o. 4 n s o. e 3L o. 7 l. d i. l ® 忖 li图3.4 CPU224输入

41、输出连接输入CPU224输用变压器三侧开关DL1、DL2、DL3的辅助触点串联作为I0.7输入。变压器 三侧开关全部打开，辅助触点 DL1、DL2、DL3全部闭合，该输入为有信号状 态，表示三侧开关全部打开。输入I1.0、I1.1、I1.2分别连接3个温度继电器1WJ、2WJ、3WJ的常开触点，指示变压器的顶层油温，其中温度继电器1WJ整定为切除冷却器温度阈值，温度继电器2WJ整定为投入冷却器温度阈值，温度继电器3WJ整定为“告警”温度。输入I1.3连接中间继电器3ZJ的一个触点, 中间继电器3ZJ的励磁线圈连接凝露监控器的凝露负载，当凝露温度监控器判 断发生凝露时，线圈励磁，将凝露信号通过该

42、输入端送到PLC。1L、2L、3L分别连接到转换开关的1X31、2X31和3X31,处于“自动” 操作模式时分别为输出Q0.0Q0.3、Q0.4Q0.6、Q0.7Q1.1提供电源。Q0.0Q0.7这8路输出分别连接控制8路控制冷却器投切接触器的励磁线圈的 一端，励磁线圈的另一端连接到中线。接触器励磁线圈的电源端通过开关还连 接转换开关的1X41、2X41和3X41,处于“手动”操作模式下，为励磁线圈提 供电源，可以通过按钮开关手动的投切冷却器。Q0.0Q0.7还连接信号指示灯，当输出有信号时，将接触器线圈励磁，接触器动作其常开触点闭合，将一组风 冷却器投入运行同时点亮风冷却器投入指示灯。3.

43、EM223的输入输出连接扩展模块EM223的主要作用是扩展CPU模块的输入/U出，它有 8个24V 直流数字输入，8个继电器输出，输入输出连接如图 3.5所示：图3.5 EM223输入输出连接模块的1M和2M端接地，L +连接CPU224模块的24V直流电源输出，一 方面为输入I2.0I2.7提供电源，另一方面为继电器输出 Q2.0Q2.7的继电器 线圈供电。1L和2L分别连接转换开关的4X31和5X31在“手动”和“自动” 工作模式下分别为输出Q2.0Q2.3和Q2.4Q2.7的输出负载提供电源。冷却控制装置能控制8组冷却器，8组冷却器的油流继电器1LJ8LJ的常 开触点连接24V直流电源和

44、EM223的输入I2.0I2.7。一组冷却器投入运行， 这组冷却器中变压器油流速正常，油流继电器常开触点闭合，对应的输入变为 有信号状态，变压器油流不正常，对应的输入变为无信号状态。输出Q2.0Q2.7连接冷却器故障信号指示灯，指示灯的另一端连接中线。 变压器冷却控制装置具有故障定位功能，如果一组冷却器的电动机故障、油流 或接触器出现故障，对应的信号灯被点亮。同时该组信号灯与EM222的输出配合可以确定是哪一组冷却器出现何种故障。4. EM221和EM222的输入输出连接扩展模块EM221和EM222的作用是扩展 CPU模块的输入输出，EM221有16个24V直流数字输入，EM222有8个继电

45、器输出，输入输出连接如图 3.6所 示：_一 一焯电Efl由m三侧开关 rM* 咐超1M 3.土 1 3, 2 二 3 2M 3. 4 3. S 3. 6O o 1L 3, 0 3. 1 a. 2 S. 3辅IHM221EX1222输输入出3M 1. 0 4, , £ 2 4. 3 4M 1. 4 4. 5 4. 6 4. 7M L+ 2L 3. 4 3, E 3, 6 3. 7TK31图3.6 EM221和EM222输入输出连接合合分JC LJC 1JC 2JC模块EM221的1M4M端和EM222的M端接地，EM222的L +连接24V直流电源，为继电器输出的继电器线圈供电，由于

46、受CPU24V直流电源供电容量的限制，需要额外提供24V直流电源，可以通过加装 24V开关电源解决。EM222的1L端连接6X31,在“手动”和“自动”工作模式下分别为输出Q3.0Q3.3的输 出负载提供电源。2L连接7X31, 7X31和输出Q3.4、Q3.5、Q3.6连入电源控制 电路。输入I3.0I3.7分别连接8组自动空气开关1ZK8ZK常开辅助触点的一端, 空气开关辅助触点的另一端连接 24V直流电源。自动空气开关与电动机保护器 配合实现对风扇和潜油泵电动机的保护，正常情况下自动空气开关的辅助触点 打开，当冷却器电动机出现故障时，辅助触点闭合，将各组冷却器的电动机故 障信号送入可编程

47、序控制器。输入I4.0I4.7分别连接控制冷却器投切的8个交流接触器1BC8BC的常 开辅助触点，交流接触器辅助触点的另一端连接24V直流电源。当一只交流接 触器闭合，接触器控制的冷却器投入工作，辅助触点闭合，信号送入可编程序 控制器，表示对应冷却器投入工作。第4章 变压器冷却自动控制的软件设计4.1 软件总体设计可编程序控制器程序流程图如图 4.1所示:初始化通讯处理冷却器全停处理图4.1可编程序控制器流程程序流程介绍如下，首先进行初始化，在PLC由停止到运行的第一个运行周期进行初始化操作一次，初始化操作完成可编程序控制器通讯设置；清零程 序中用到的计数器、定时器、故障标志位、持续运行时间和

48、累积运行时间存储 区，置位或复位程序中用到辅助标志位等。电源处理，根据“主” “辅”电源选择标志输入，电源状态和电源投入状 态输入进行综合判断，置位相应的输出位，为冷却装置选择一路电源为装置供 电，如果没有电源投入，则跳转到停止处理。有电源投入，接下来进行三侧开关处理。PLC判断三侧开关状态输入，三侧开关输入信号由无效变为有效，程序延时一段时间然后复位“允许投切”标 志位，延时的目的是让变压器停止工作后使冷却器继续工作一段时间，使变压 器充分冷却；“允许投切”标志位无效时跳转到停止处理；三侧开关输入信号 无效，表示变压器工作，置位“允许投切”标志位如果允许投切，接下来进行 “手动”、“自动”或

49、“停止”操作判断，如果处于“停止”状态，跳转到停 止处理；如果处于“手动”，跳转到计时超时处理；如果处于“自动”状态， 则进行“首次投入”判断，这里的“首次投入”是说冷却器由“手动”或“停 止”转换到“自动”；如果是首次投入则需要进行初始化投切处理，以一定的 时间问隔，依次投入5组冷却器；否则直接进行投入计时处理。投入计时处理，切除计时处理。 PLC程序采用定时器结合计数器计时的方 式，冷却器投入时就对投入冷却器开始计时；冷却器切除时，需要将此次运行 的的持续时间累加到累积运行时间存储区。投切判断。PLC按有差值裕度的投、切温度阀值的控制策略进行投切判断； 冷却器持续运行时间计时到设定值，需要

50、进行一次切操作，将计时时间达到的 冷却器切除；凝露温度监控器凝露负载接通并且持续超过设定时间，此时将进 行投操作，并且禁止切操作，将无故障冷却器全部投入运行。投处理，切处理。投处理操作从停止运行的冷却器中选取累积运行时间最 短的并置位投冷却器输出；切处理操作从运行的冷却器中选取持续运行时间最 长的冷却器复位投冷却器输出；在进行投切处理后要延时投切一段时间使冷却 器动作后变压器油温维持稳定，避免重复投切，延时投切同时还避免了大冲击 电流的产生。停止处理。将投冷却器输出位复位，同时复位允许投切标志位和 计数器（辅助计时）。手动时计时超时处理，在手动模式下不能自动投切冷却器，又由于受到计 数器计数个

51、数的限制，所以当持续运行时间计数器超设定值时将持续运行时间 计数器计数值累加到累积运行时间存储区，持续运行时间计数器清零重新开始计时。故障判断。PLC可根据输入的油流继电器、空气开关和接触器状态，结 合投切决策进行故障定位和判断，并将判断的结果分别置位可编程序控制器发 送缓冲区相应的存储位。冷却器全停处理。冷却器全停时允许带额定负载运行 20分钟，如20分钟 后顶层油温尚未达到75C,则允许上升到75C,但这种状态下运行时间超过 1 小时后，置位变压器三侧开关跳闸输出，使变压器停运。通讯处理，PLC定期的将与冷却器有关的变压器运行信息、电源状态信息、 冷却器工作状态信息、故障信息通过串口发送到

52、上位计算机，上位计算机取得 这些信息，监视冷却器运行。4.1.1 投入计时处理、超时和切除计时处理可编程序控制器采用定时器和计数器配合计时，定时器计时5分钟=3000X 100ms,计数器对定时器计数，计数 15天=360小时=4320个5分钟。计时 程序梯形图如图4.2所示：T37T40T37T37T37R )1C1M0.3+4320-CUPVCTU图4.2投入计时梯形图I0.4有信号表示一组冷却器投入，T37开始计时（5分钟），计时时间到T37输出保持有效，T40开始计时，T37有效保持500mm后被复位，同时T40 被复位，T40的作用是保持T37有效一段时间帮助C1计时。每5分钟计数器

53、计 数一次，M0.3包为无效。PLC程序将冷却器的累积运行时间保存在数据存储，C1计数到4320时（15天）C1变为有效，在“自动”时由投切判断做出切冷却器的决策，在手动 状态时需要将计数器的当前值累加到累积运行时间存储区，将计数器复位重新 开始计数。无论在“手动”还是在“自动”模式下，只要冷却器被切除，就将 计数器的当前值累加到累积运行时间存储区，并清空计数器重新开始计数。4.1.2 投切判断和投切处理投切判断根据运行条件做出是否进行投切冷却器操作的决策，然后由投切 处理部分进行投切处理操作。进行投切判断的依据是变压器温度结合有差值裕 度的投切温度阀值的控制策略，冷却器持续运行时间计时、冷却

54、器累积运行时 问计时和凝露监控器发出的凝露信号。当变压器油温低于设定的切温度阀值时，进行切冷却器处理；温度介于投 温度阀值和切温度阀值之间时不进行投切操作；当温度高于投温度阀值时进行 投冷却器处理；当有冷却器的持续运行时间超过设定值时，就需要进行切冷却 器处理，由切处理部分将持续运行时间到时的冷却器切除；当凝露信号有效并 维持时间超过设定值时，将一直进行投处理，将所有的冷却器全部投入运行， 此时禁止进行切处理操作直至全投冷却器计时到时。冷却器持续运行时间到时 执行切除冷却器和凝露全投冷却器且投入计时到时后再由按温度投、切的控制 策略根据变压器油温进行投切判断。投处理操作是从未投入运行的冷却器中

55、选取累积运行时间最短的冷却器投 入运行。选取累积运行时间最短冷却器的方法是：将一未投入冷却器的组号和 累积时间存入一个比较存储区，然后将当前存储区内累积时间与下一个存储区 内冷却器的累积运行时间比较，如比较存储区内时间较大，将当前存储区的冷 却器累积时间和组号存入比较存储区，进行下一此比较。最后根据比较存储区 内的冷却器组号将该组号的控制接触器输出位置位。切处理操作与投处理操作类似，只是选取的是持续运行时间最长的冷却器（计数器C1的值）。在进行完投切操作后都需要复位一个投切等待标志位，这 个标志位在投切完成后复位 4秒钟，暂时不允许投切，目的是使油温变化并维 持稳定再进按温度投切，防止投入或切

56、除过多的冷却器。4.2 监视软件总体设计上位计算机监视软件设计流程图如图 4.3所示：首先进行串口参数的设置，包括用口号、波特率、奇偶校验位、通讯位数 和停止位数，然后打开用口；串口参数的设置和打开串口都有专门的函数。如 果串口打开不成功，需要重新进行参数设置。串口打开成功后可以在监视软件 的状态栏显示串口的各种信息。串口打开成功后，就要创建新的线程，新创建的线程的作用是等待串口事 件发生。之所以创建新的线程，是因为新创建的线程和主线程并列运行，可提 高程序运行的效率。如果用口中一直没有数据，则继续等待。如果用口中有数据，则用读用口函数将数据读入数据存储区，然后对读入 数据进行解析。因为读用口函数不能一次将用口中的数据全部读出，所以在 PLC发送时就对数据进行了标示，上位监视程序需要对读入的数据进行解析才 能确定发送过来的数据的具体含义。接下来程序根据解析得到的数据刷新监视软件可视区