基于PLC的变压器风冷控制系统的研究与设计

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PLC在变压器风冷控制系统中的研究发布时间：2021-08-04T11:11:21.687Z 来源：《教育学文摘》2021年四月10期作者：朱宏宇[导读] 目前风冷强迫油循环的冷却方式广泛的应用于中大型变压器的冷却系统中作者：朱宏宇单位：唐山市古冶区职业技术教育中心学校邮编：063101摘要：目前风冷强迫油循环的冷却方式广泛的应用于中大型变压器的冷却系统中，传统冷却装置的运行主要依靠继电器逻辑电路，传统继电器元件种类、型号复杂且动作不可靠，容易发生误动作及拒动作，精度低；投切冷却器主要依靠采集温度信号进行硬接点控制，容易使冷却器频繁投切出现抖动情况；冷却器的工作状态无法在线设定。

文章对PLC在变压器冷却控制系统的智能应用进行了详细说明，希望对工作实际有所帮助借鉴。

关键词：PLC；变压器；冷却器此方案采用智能控制，对原变压器的风冷控制系统进行改进，在原来风冷系统的硬件设计及功能设计基础上，将原控制方案改为由PLC控制多组风扇的新的控制系统，使冷却系统处于最佳的工作状态。

一、冷却系统硬件组成该系统使用西门子公司的S7-200核心部件，为PLC逻辑控制模块，这个模块主要采集变压器以下信息：电源信息、环境温度、风冷运行状态，同时对工作信息进行综合判断，及时决策，同时反馈到上位机，接收上位机的命令，进而对变压器风冷系统进行智能控制。

电压监视、断相保护、延时控制功能则需要电源切换装置完成，两组互为备份的电源配合断路器，具备机械、电气的双重互锁功能，同时可给上位机提供状态信号。

冷却装置的保护模块采用固态继电器对油泵和风扇的电机进行短路、过载及断相保护。

二、主要功能与控制逻辑温度变送器采集变压器顶层油温，将温度信号送至控制单元PLC经处理，输出给固态继电器作为执行单元控制冷却器的投切。

同时温度计作为负反馈将信号送至PLC进行比对调节，控制对象为冷却器风扇。

变压器顶层油温的控制逻辑如图1所示。

冷却器的投切逻辑为首先判断冷却器是否需要进行投切，并判断三侧断路器是否处于断位，如处在合位则表明变压器处于工作状态，可进行偷窃操作。

2023基于plc的电力变压器冷却控制装置的研究CATALOGUE 目录•引言•plc技术概述•电力变压器冷却控制装置研究•plc在冷却控制装置中的应用研究•基于plc的冷却控制装置应用前景与展望•结论与参考文献01引言1研究背景与意义23电力变压器在电力系统中具有重要作用，其运行状态直接影响到电力系统的稳定性和可靠性。

冷却控制装置是保障电力变压器正常运行的关键设备，可以有效降低变压器温度，防止过热引发故障。

可编程逻辑控制器（PLC）具有编程方便、可靠性高、适应性强等优点，被广泛应用于工业控制领域。

研究目的与内容研究目的：研究基于PLC的电力变压器冷却控制装置的研究内容设计与实现方法，提高冷却控制装置的智能化水平，保障电力变压器的安全稳定运行。

1. 冷却控制装置的原理及结构2. PLC在冷却控制装置中的应用及程序设计3. 冷却控制装置的实验及性能分析4. 装置的优化及改进方案研究方法与论文结构研究方法采用理论分析和实验研究相结合的方法，首先对冷却控制装置进行原理和结构设计，然后选用合适的PLC进行控制系统的搭建，通过实验验证装置的性能，并根据实验结果对装置进行优化和改进。

论文结构本文将分为五个部分进行阐述，第一部分为引言，介绍研究背景与意义、研究目的与内容、研究方法与论文结构；第二部分为冷却控制装置的原理及结构设计；第三部分为PLC在冷却控制装置中的应用及程序设计；第四部分为冷却控制装置的实验及性能分析；第五部分为装置的优化及改进方案。

02plc技术概述plc定义及工作原理PLC（可编程逻辑控制器）是一种基于数字运算的电子设备，专为工业环境设计。

它使用可编程存储器存储指令，并通过输入/输出接口与外部设备进行交互。

PLC的工作原理基于输入采样、程序执行和输出刷新的三个主要阶段。

在输入采样阶段，PLC读取输入信号的状态，并将其存储在输入映像寄存器中。

在程序执行阶段，PLC按照从上到下的顺序执行指令，并更新内部寄存器的值。

用PLC对变压器冷却器控制系统设计2.国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司3.中国核动力研究设计院4.江苏核电有限公司摘要：介绍了一种基于PLC与触摸屏设计的变压器和冷却器控制系统。

它具有操作方便、保护互锁、优化功能、数据管理、远程通讯等多种功能。

在此基础上，文章对该控制系统的硬件结构进行了介绍，对该系统的各项控制功能进行了归纳，并对其实现方式及关键技术进行了详细的分析。

关键词：PLC；触摸屏；变压器冷却器；控制系统引言：随着我国电力系统规模的不断扩大，电力系统中出现了大量的大容量变压器，而作为变压器附属装置的冷却器，其冷却器的性能好坏，直接影响到变压器的安全、稳定、可靠运行。

当前，变压器冷却器多为强迫油循环空气冷却，并配有常规的人工触点电器控制系统。

为了常规控制方法的不足，近几年提出了各种新的控制方法和控制系统。

为了拓宽控制系统的应用范围，本论文采用PLC和触摸屏两种技术，开发了一套适用于变压器和冷却器的高性能控制系统。

一、变压器冷却装置及冷却控制系统的现状与存在的问题（一）现行变压器冷却装置的的现状与存在的问题在大型电力变压器的冷却系统中，根据变压器的容量和大容量的油气冷却器的配置，每台冷却器由1台油泵、3~4台风机组成。

在实际操作中，为了满足变压器不同的运行条件，通常需要有一个备用冷却器（在运行冷却器出现故障时，可以自动投入运行），一台辅助设备（变压器负荷电流超过额定电流的70%，或变压器顶部油温超过一定值，并自动投入运行），其他的冷却器已经全部投入运行。

冷却设备的结构也有不足之处，比如SFP10—240000/330主变压器有6台250千瓦冷却器，在高温季节，在变压器满负荷运转和变压器冷却系统完全运转的情况下，油温仍然达到70℃。

在夜间，特别是在强降雨过后，因负载及气温骤降，造成变压器副冷却装置停机，使油温度低于30℃，使油温度比周围环境温度更高。

这对变压器和冷却器的安全运行及服役寿命都有很大的影响。

基于PLC大型电力变压器冷却控制的研究第一章引言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5—7倍发电总容量，增加到9—10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。

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98℃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6℃，使用年限将缩短一半，此即所谓的绝缘老化6℃规则 [1]。

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34次方成比例，而冷却表面的增加只与额定容量的12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。

因此要对变压器进行冷却控制[3]。

1.1 论文的背景和意义在输变电系统中，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。

132AUTO TIMEAUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计基于PLC 的变压器冷却控制系统设计张争刚杨凌职业技术学院 陕西省咸阳市 712100摘 要： 变压器冷却系统运行的可靠性很大程度上取决于其冷却控制系统，本文使用PLC 为控制器，实现变压器冷却系统自动控制，实现变压器降温散热；变压器冷却控制系统具有自动化程度高、硬件简单、可靠性高的优点。

适合在变压器冷却控制系统中应用。

自动化程度高、硬件简单、可靠性高的优点。

能够满足变压器冷却系统控制要求。

关键词：PLC　自动控制　变压器　冷却系统1　引言电力变压器是电能输送系统中重要的电气设备，在供电系统中发挥着重要的作用，而变压器冷却系统是变压器可靠运行的前提，变压器冷却控制系统直接影响变压器的冷却效果。

常规冷却控制系统机械触点多、运行可靠性差，冷却设备投/切不灵活，冷却设备利用率低，现采PLC 进行变压器冷却系统自动控制，具有结构简单、可靠性高、自动化程度高的优点，能够满足变压器冷却系统控制要求。

2　控制要求这里针对单台变压器具有两组冷却器的变压器冷却系统为对象进行控制系统设计，主冷却器组，由1#油泵和1#、2#风机组成，辅冷却器组（备用），由2#油泵和3#、4#风机组成，通过对1#、2#油泵和1#、2#、3#、4#风机的控制实现变压器冷却控制。

系统有手动、自动两种工作模式。

自动模式下，根据变压器顶部油温度对油泵、风机进行控制，使变压器油温在合理范围内；手动模式下，可按需要进行油泵、风机的控制；系统能够显示冷却设备工作状态（运行、故障）；应有故障检测、报警、保护功能，在故障发生时提醒工作人员进行干预，保证油泵、风机安全。

3　控制系统设计3.1　系统工作原理系统控制原理框图如图1所示。

由两路温度传感器检测变压器顶部油温，经A/D 转换后将油温信息送入PLC，即PLC 获取变压器顶部油温信息，将变压器油温度（检测值）与变压器安全运行时的温度（设定值）进行比较，若当前油温高于安全运行油温，PLC 控制固态继电器接通相应的油泵、风机进行散热，使变压器油温会下降到安全运行温度，保障变压器的安全运行。

基于 PLC 和变频控制技术的变压器冷却系统研究摘要：本文基于电力系统工程现场实际需求开展研究。

针对某变电站#1主变压器强迫油循环冷却控制系统进行技术改造。

#1主变压器自投运至今，其冷却控制系统一直在不间断运行，已发生多起风扇电机轴承损坏、绕组烧坏故障，从而导致控制系统跳闸引起冷却器全停的严重事故。

经分析原因：主变压器冷却控制系统为单一的继电模式控制，即为“工作”—“油面温度计I（油面温度计II）”—“备用”模式，冷却风扇电机采用分组启停的控制方式，形成多台风扇电机同时启动或同时停止。

此运行控制方式下存在风扇电机长时间运行不能自动轮换，且风扇电机直接启动时电流大（额定电流的5~7倍）等弊端。

而且，在工频额定负载下投切拉弧容易引起风扇电机绕组绝缘老化。

因此，有必要对主变压器冷却控制系统进行技术改造，研究一款基于PLC和变频控制技术的冷却系统，科学统筹风机的各种运行状态参量，提高控制系统的智能化水平，降低风扇电机损坏概率，避免风机全停故障，同时降低电能耗散和噪声污染。

一变压器冷却控制系统设计原则本文以某变电站1#主变压器冷却系统技术改造为背景开展相关研究。

目的是设计实现PLC和变频控制技术对风机系统的智能控制。

同时实现PLC和变频控制模式为常用控制方式，工频控制模式为备用控制方式的双模控制运行方式。

控制系统的设计原则如下：①PLC采用的是大规模集成电路技术，标准化生产流程，设备的抗干扰能力很强，本文选用PLC控制技术对风机系统进行控制。

②根据变电站运行规程和操作规范等要求，在满足安全生产需求的基础上，设置触摸屏监控画面，调整设计参数，简化组态画面，使控制系统更加人性化和智能化，同时需要提高故障诊断能力及维修便利性。

③结合变电站运行环境和现场实际运行条件植入所需的程序，为PLC控制系统运行提供安全、稳定及可靠的保障。

④在进行冷却系统硬件设计时，选择标准总线的结构形式。

而且设计所有指标的时候应保留适当余量，便于后期扩充相应功能。

探讨基于PLC的电力变压器风冷控制系统改造方案摘要：变压器作为电力系统中的重要设备之一，其运行性能直接影响着电力系统的安全，变压器能散热良好则有利于保障变压器安全运行。

传统电力变压器风冷控制装置大部分都是采用继电器逻辑控制方式，存在较大很大的局限性，为优化风冷控制装置，本文探讨PLC代替继电器在电力变压器风冷控制装置中的应用。

关键词；PLC；电力变压器风冷控制系统目前，国内的大型电力变压器的在进行散热控制时一般采用风冷冷却方式，大部分都是采用继电器逻辑控制方式，虽然能够满足部分控制功能的要求，但是存在控制回路复杂、控制方式单一、故障率高、控制误差大、耗能大等问题，难以满足电力系统现代化管理的要求。

本文主要针对现阶段电力系统中变压器风冷控制装置存在的问题，提出了基于于 PLC风冷控制装置。

其工作原理主要是通过PLC采集变压器冷却控制系统的数据，通过分组投切，自动检测运行，来达到有效控制温度的目的。

不仅能够实现对装置的远程控制，还具有维护方便、安全性强、可扩充性、易于维护等优势和特点，能够满足大型电力变压器智能化、无人化现代化管理的要求。

一、传统变压器风冷控制装置存在的问题，主要表现如下：传统的电力变压器冷却控制装置采用的是分立电器元件构成，以硬逻辑实现各种功能，但是这种传统装置存在着一些问题，不适用于现代大型电力变压器的工作模式和工作要求。

主要表现如下：1、缺乏必要的运行标准和规范，在运行过程中容易因冷却回路不一造成接线复杂，非常不利于后期的管理和维护。

2、在传统的电力变压器冷却控制装置中应用分立电器元件，会使整个系统的故障频率升高，诸如出现线圈烧毁、氧化接触不良、老化速度快等问题，而且维修成本和维修难度相对也比较高，影响变压器的安全性，甚至给电力系统的安全运行带来威胁。

3、传统的变压器冷却控制系统无法实现自动监控和智能控制，实现信息的采集于控制难度大，系统的安全性和工作效率也难以得到有效的提升，不能满足现阶段电力现智能化和信息化改革的要求。

第三章电力变压器风冷系统PLC控制方案及策略本章针对500kV电力变压器的风冷控制系统，基于可编程控制器PLC，介绍具体的控制方法，设计控制流程，制定电力变压器风冷系统PLC控制方案及策略。

3.1 变压器风冷系统PLC控制流程3.1.1冷却控制系统功能模块介绍本设计中，PLC是500kV电力变压器风冷却控制装置的核心器件，系统的功能基本通过可编程序控制器实现，根据控制装置的功能设计，以PLC为核心，整个控制系统包括以下6个功能模块，如图3.1示。

变压器风冷却控制系统包括：电源监视控制模块、冷却器投切保护模块、凝露温度监控模块、就地控制与显示模块、通讯模块、上位计算机监视模块6个功能模块，具体实现方法和作用简要介绍如下：（1）电源监视控制模块。

首先通过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；再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，最后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。

图3.1 冷却控制装置功能模块框图（2）冷却器投切保护模块。

采用交流接触器控制冷却器的投入和切除，通过自动空开和电动机保护器的配合，对风扇和潜油泵电动机的短路、过载、堵转和缺相进行保护。

通过采集变压器温度信号、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。

（3）凝露温度监控模块。

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。

基于 PLC 的电力变压器冷却控制系统设计发布时间：2022-11-08T03:43:47.375Z 来源：《当代电力文化》2022年7月13期作者：黄跃娟薛莹魏颖[导读] 本设计采用西门子的S7-1200 PLC作为核心控制器黄跃娟薛莹魏颖哈尔滨华德学院 150025摘要：本设计采用西门子的S7-1200 PLC作为核心控制器，冷却方式上，采用风冷，系统被控量为变压器顶层油温，控制方法上采用差值裕度投、切温度阈值，以此来防止冷却器在油温设定值附近频繁投切；而投切冷却器的策略则采用按累计运行时间的控制方法来实现。

该控制系统将通过博图平台实现控制。

关键词：电力变压器；冷却系统；投切冷却器1、引言变压器是电网中最重要的设备，变压器的非电量监控和控制系统，尤其是冷却系统是否安全可靠运行的直接关系变压器的安全性和经济性。

随着变电站的保护和监控系统的改造和完善，变压器的电量保护和控制实现了微机化与变压器主体的运转安全性直接相关的变压器冷却系统的控制仍由分立的电气元件构成，由硬件逻辑构成。

为了实现各种各样的功能而收集，这样的以往的冷却系统控制箱，有很多对可计算的运转和检查的容易性不利的问题，不能有效地实现冷却系统整合所有信息的收集、监视和应用。

2、系统硬件设计（1）电力变压器冷却控制系统主电路设计本设计为电力变压器冷却控制系统的主电路图。

六台电机，依次是M1、M2、M3、M4、M5、M6。

接触器KM4、KM5、KM6依次调整M4、M5、M6三台发电机的运行，FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6是6台电机过载保护用的热继电器保护开关的顺序。

30℃则电机将持续工作，温度继续上升到达31℃后，风机、油泵第二组将投入运行，使降温效率进一步提升，如果在第二组风机、油泵工作的这段时间内温度还是持续上升，当温度超过停机值，设备将停止进行散热，发出报警信号，提示现场工作人员。

4、总结本设计的电力变压器冷却控制系统的具体实施阶段主要包括现场参数采集、电源切换开关控制，通过西门子公司S7-1200系列PLC实现模拟量数据转换和自动控制，结合现场的执行元件控制各阶段。

基于PLC的变压器风冷控制系统的研究与设计的开题报告一、研究背景和意义随着电力工业的发展，变压器作为电力系统中的重要设备，发挥着至关重要的作用。

在变压器的运行中，由于其内部的电流不断加热，需要不断散热，否则就会导致温度过高而影响变压器运行的稳定性和寿命。

因此，在变压器硬件设计的基础上，控制系统的设计也尤为重要。

本文将聚焦于基于PLC的变压器风冷控制系统的研究与设计。

二、研究内容和方案本研究旨在设计一款基于PLC的变压器风冷控制系统，该系统包括以下模块：1. 传感器模块：主要用于实时监测变压器的温度和湿度信息。

2. 控制模块：对传感器采集的数据进行判断与处理，根据变压器散热需求来控制风扇的开启与关闭。

3. 人机界面模块：该模块可实现对系统参数的设置与设备状态的显示。

4. 信号输入输出模块：实现系统与外部设备的连接，比如连接变压器本体，连接气压或温度传感器等。

基于以上模块，我们将采用以下设计方案：1. 传感器的选择：本系统将采用高精度的温度传感器和湿度传感器。

2. 控制算法的设计：基于采集到的温度和湿度数据，我们将采用PID控制算法来控制风扇的开启和关闭。

3. PLC的选择：我们将选择成熟的PLC控制器，如西门子PLC。

4. 人机界面的设计：可以选择液晶显示屏等设备，用于实现系统参数的设置和状态信息的实时显示。

5. 系统的布线设计：系统的数据传输需要较高的稳定性和可靠性，因此，我们将进行布线的规范化设计。

三、预期研究成果本研究的预期成果包括：1. 实现基于PLC的变压器风冷控制系统的方案设计。

2. 实现变压器温度、湿度的实时监测。

3. 实现改进的PID控制算法，提高控制的精度和稳定性。

4. 实现可视化的人机界面设计，实时显示系统状态和参数信息。

5. 实现布线设计的规范化，以确保数据传输的稳定性和可靠性。

四、研究进度安排本研究的进度安排如下：第一周：完成系统设计的文献调研和项目建议书的撰写。

第二周：完成系统模块的选择和设计，包括传感器模块、控制模块、人机界面模块和信号输入输出模块的选择和设计。