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本文分析了110kV干式變壓器溫度測(cè)控系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題，并采用紅外溫度傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉑電阻進(jìn)行非接觸式溫度測(cè)量，從紅外溫度傳感器的測(cè)溫原理、測(cè)溫特點(diǎn)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。同時(shí)該系統(tǒng)采用PLC對(duì)各種采樣信號(hào)進(jìn)行處理，提高了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

　　本測(cè)控系統(tǒng)選用紅外溫度傳感器、Ptl00熱電阻對(duì)變壓器的繞組和鐵芯溫度進(jìn)行采樣；選用電壓互感器，電流變送器對(duì)低壓側(cè)繞組的電壓、電流進(jìn)行采樣；選用SIEMENS的S7-300 PLC對(duì)各采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；同時(shí)根據(jù)需要，配合單相可控硅控制器，通過(guò)對(duì)變壓器所配備的風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟/停和變速控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)繞組溫度的調(diào)節(jié)。

　　1 測(cè)控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

　　110kV干式變壓器的測(cè)控系統(tǒng)主要由5部分組成：傳感器、A/D、D/A模塊、PLC主機(jī)、輸入輸出模塊及可控硅控制器。

　　2 紅外測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　2.1 紅外傳感器系統(tǒng)的工作原理

　　一個(gè)典型的紅外傳感器系統(tǒng)由光學(xué)接收器、紅外探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)等部分組成

　　2.2 紅外溫度傳感器的選擇與安裝

　　經(jīng)過(guò)綜合考慮選用了EXERGEN的本安型IRt/c.01-K-240F/120C紅外溫度傳感器，標(biāo)準(zhǔn)包裝帶1米長(zhǎng)電纜和兩個(gè)安裝螺母。

　　利用變壓器用于緊固鐵芯的U型上夾件，在繞組上表面的上方各安裝一紅外溫度傳感器，共6個(gè)，使其距離繞組上表面15mm左右。再將傳感器連接到PLC的模擬量輸入模塊上，所測(cè)溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和A/D轉(zhuǎn)換后，送入PLC主機(jī)利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)框圖110kV干式變壓器測(cè)溫系統(tǒng)框圖略。

　　IRt/c系列紅外溫度傳感器為K型熱電偶信號(hào)輸出，可直接與PLC的A/D模塊相連，采樣信號(hào)經(jīng)模塊放大、濾波處理后，轉(zhuǎn)換成分辨率為12位的數(shù)字信號(hào)，送入PLC的CPU。

　　2.3 紅外測(cè)溫系統(tǒng)的調(diào)試

　　首先給變壓器通電，然后改變變壓器所加負(fù)載的大小。加大負(fù)載，在溫度上升的過(guò)程中，每隔20度對(duì)溫度值記錄一次，直至溫度上升至140℃，即分別記錄20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃時(shí)的溫度；然后減小負(fù)載，在溫度下降的過(guò)程中，再重新測(cè)量一遍。

　　將110kV干式變壓器的測(cè)控系統(tǒng)所測(cè)得的溫度值與傳統(tǒng)溫控器的測(cè)量值進(jìn)行比較，根據(jù)紅外溫度傳感器所測(cè)溫度值與實(shí)際溫度值(Pt-100所測(cè)溫度值)的偏差，每20度為一單元，利用PLC軟件編程，對(duì)溫度值進(jìn)行線性標(biāo)定。標(biāo)定后溫度的誤差在 1℃的范圍內(nèi)。

　　3 冷卻風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　3.1 冷卻風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)操作子程序

　　在溫度較低時(shí)，風(fēng)機(jī)停止，變壓器通過(guò)自然風(fēng)冷降溫；在溫度很高時(shí)，全速開(kāi)啟風(fēng)機(jī)降溫；在溫度較高時(shí)，采用PID控制對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，盡可能提前的降低溫度。

　　3.2 冷卻風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的PID設(shè)計(jì)

　　3.2.1 PID模塊

　　S7編程軟件V5.1中的標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)中，包含有PID控制塊，該塊中又包含五個(gè)于PID控制的功能塊(FB)，其中FB58(TCONT_CP)和59(TCONT_S) ［1-4］專門(mén)用于溫度控制的功能塊。

　　3.2.2 功能塊FB58的編制

　　FB58(TCONT_CP)是S7編程軟件提供的基于PID算法的功能塊，通過(guò)連續(xù)的或脈動(dòng)的控制信號(hào)控制溫度過(guò)程，可用于純加熱或純降溫控制。

　　FB58的部分輸入輸出參數(shù)如下：

　　SP_INT:INTERNAL SETPOINT. 設(shè)定值以浮點(diǎn)格式從SP_INT端輸入。

　　PV_IN:PROCESS VARIABLE IN.過(guò)程變量以浮點(diǎn)格式從PV_IN端輸入。

　　SELECT:SELECTION OF CALL PID AND PULSE GENERATOR.該端有4種輸入方式。SELECT=0，功能塊被周期性的中斷調(diào)用，PID算法與脈寬發(fā)生器同時(shí)作用。SELECT=l，功能塊被組織塊0B1調(diào)用，僅處理PID算法。SELECT=2，功能塊被周期性的中斷調(diào)用，僅脈寬發(fā)生器作用。SELECT= 3，功能塊被周期性的中斷調(diào)用，僅處理PID算法。

　　MAN_ON:MANUAL OPERATION ON.該端置1，進(jìn)行手動(dòng)操作。

　　PVPER_ON:PROCESS VARIABLE PERIPHERT.該端置l時(shí)，以外設(shè)I/O格式輸入過(guò)程變量。

　　LMN:MANIPULATED VARIABLE.操作變量，F(xiàn)B58的輸出值。該值以浮點(diǎn)格式輸出，并通過(guò)限幅函數(shù)限制其大小。

　　CYCLE:SAMPLE TIME OF CONTINUOUS CONTROLLER.PID算法的采樣時(shí)間。

　　COM_RST:COMPLETE RESTART.該端為T(mén)RUE時(shí)，F(xiàn)B58執(zhí)行重啟動(dòng)，F(xiàn)B58的所有參數(shù)將初始化為默認(rèn)值。

　　在對(duì)功能塊FB58進(jìn)行編制時(shí)，首先將該功能塊從標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)中復(fù)制到該項(xiàng)目中，然后為其創(chuàng)建背景數(shù)據(jù)塊。由于該測(cè)控系統(tǒng)中，F(xiàn)B58被6次調(diào)用，因此共有6個(gè)背景DB。溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)PLC數(shù)字濾波和標(biāo)定后，以浮點(diǎn)格式送入VP_NI端，SELECT端輸入為1，MAN_N0端為0，PVPER_N0端為0。通過(guò)對(duì)每組風(fēng)機(jī)的調(diào)試，將有效的比例常數(shù)GAIN，積分時(shí)間常數(shù)TI，微分時(shí)間常數(shù)TD和采樣周期CYCLE值以特殊結(jié)構(gòu)保存至FB58的相應(yīng)背景數(shù)據(jù)塊中。輸出值以浮點(diǎn)格式從LMN端輸出，經(jīng)PLC轉(zhuǎn)換后，送至模擬量輸出模塊，用于驅(qū)動(dòng)可控硅控制器。

　　3.3 冷卻風(fēng)機(jī)電氣控制組成及原理圖

　　3.3.1 風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)的組成

　　(1) 六組單相風(fēng)機(jī)M1、M2、M3、M4、M5、M6。每組由4臺(tái)風(fēng)機(jī)組成。

　　(2) 六個(gè)接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6。任一接觸器閉合時(shí)，其對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)組可進(jìn)行全速運(yùn)行；打開(kāi)時(shí)，其對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)組可變速運(yùn)行。

　　(3) 六個(gè)雙向晶閘管KS1、KS2、KS3、KS4、KS5、KS6。可對(duì)風(fēng)機(jī)組調(diào)壓調(diào)速。

　　(4) 六塊單相可控硅控制器，CF2B(1)—CF2B(6)。利用晶閘管的移相控制原理，通過(guò)控制器控制晶閘管的導(dǎo)通角，改變其輸出電壓。六塊控制器的輸出保護(hù)繼電器為KA1、KA2、KA3、KA4、KA5、KA6。

　　3.3.2 電氣控制原理

　　對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)，由PLC的數(shù)字量輸入輸出模塊輸出可控硅控制器的脈沖封鎖信號(hào)F1~F6，控制風(fēng)機(jī)組的通電與斷電；由數(shù)字量輸出模塊輸出風(fēng)機(jī)組全速運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)KM1~MK6；由模擬量輸出模塊輸出經(jīng)PID處理的模擬信號(hào)AGFout~CDFout，控制風(fēng)機(jī)組變速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速,電氣控制原理圖略。

　　正常情況下，F(xiàn)1~F6為高電平，控制器的常閉保護(hù)繼電器斷開(kāi)，風(fēng)機(jī)無(wú)外加電源，停止運(yùn)行；KM1~KM6為高電平，接觸器閉合，使風(fēng)機(jī)組一旦接通，可全速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)繞組溫度升至90℃時(shí)(以A相高壓繞組為例)，F(xiàn)l輸出低電平，保護(hù)繼電器閉合，風(fēng)機(jī)組M1通電，并以全速運(yùn)轉(zhuǎn)。然后KM1置0，同時(shí)控制器根據(jù)模擬量信號(hào)AGFout的大小進(jìn)行移相調(diào)節(jié)，通過(guò)晶閘管KS1改變風(fēng)機(jī)組Ml兩端的電壓，使風(fēng)機(jī)變速運(yùn)行。當(dāng)繞組溫度升至100℃時(shí)，KM1輸出高電平，使接觸器KM1閉合，晶閘管KS1被短路，風(fēng)機(jī)組Ml全速運(yùn)行。當(dāng)繞組溫度下降至80℃時(shí)，F(xiàn)l輸出高電平，風(fēng)機(jī)組停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　4 結(jié) 論

　　本文所研究的系統(tǒng)是一個(gè)較為完整的測(cè)控系統(tǒng)，包含了溫度信號(hào)的采集、處理和控制。該測(cè)控系統(tǒng)采用紅外溫度傳感器代替Pt100熱電阻，選用SIEMENS的S7-300 PLC代替單片機(jī)，對(duì)電壓、電流、溫度同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制風(fēng)機(jī)制冷及報(bào)警。特別是專門(mén)用于溫度控制的功能塊FB58，實(shí)現(xiàn)純軟件PID控制，方便使用而且宜于維護(hù)。

　　同時(shí)配合單相可控硅控制器，通過(guò)對(duì)變壓器所配備的風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟/停和變速控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)繞組溫度的調(diào)節(jié)并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的有效節(jié)能。最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)PLC對(duì)各樣采集數(shù)據(jù)的處理以及對(duì)風(fēng)機(jī)的控制。