一、概述 配電變壓器是供電環(huán)節(jié)中最重要也是最普遍的一次設(shè)備。在我國現(xiàn)行配電網(wǎng)中，有35KV/66KV/110KV/154KV/220KV幾個電壓等級，以110KV/220KV為主。全國大約有中高壓變電站4萬個，這個數(shù)字還在逐年增長，其中大部分是兩臺變壓器并列運(yùn)行。由于變壓器在運(yùn)行中線圈會發(fā)熱，需要采取冷卻措施。小容量變壓器可采取干式變壓器，自然風(fēng)冷或強(qiáng)制風(fēng)冷。大容量變壓器一般以油為冷卻媒體，必須強(qiáng)制風(fēng)冷。變壓器運(yùn)行中初次級線圈和磁芯都會產(chǎn)生熱量，變壓器油流經(jīng)這些部位靠熱傳導(dǎo)作用帶走熱量，再經(jīng)散熱器將熱量散發(fā)到環(huán)境空氣中?；蛘哒f，變壓器的運(yùn)行表現(xiàn)為發(fā)熱和散熱兩個方面的對立統(tǒng)一體。顯然，變壓器產(chǎn)生的熱量多少與負(fù)載大小成正比，而散熱好壞與周圍環(huán)境直接相關(guān)。 負(fù)載的變化表現(xiàn)為基荷與周期性負(fù)荷的疊加?；芍饕獮楣I(yè)負(fù)荷，這部分負(fù)荷的變化比較緩慢，與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展有關(guān)。負(fù)荷的周期性，有（1）一日之內(nèi)變化的峰谷負(fù)荷；（2）一周之內(nèi)的工作日負(fù)荷與周末負(fù)荷；（3）一年之內(nèi)的春灌、夏季制冷、秋收和冬季取暖；（4）長假：五一、十一、春節(jié)。這幾個周期的相互疊加，就構(gòu)成了變壓器負(fù)載的基本變化規(guī)律，從而也就決定了變壓器發(fā)熱量的基本變化規(guī)律。散熱效率取決于表面積和溫差。在同等表面積情況下，溫差的大小就決定了散熱效率的高低。變壓器負(fù)載增大時，發(fā)熱量增多，從而油溫升高，進(jìn)而散熱管表面溫度升高。由于環(huán)境空氣一般比散熱管表面溫度低，形成溫差。由于熱傳導(dǎo)作用，圍繞散熱管一定厚度內(nèi)的空氣被逐漸加熱，這樣一來，熱量被轉(zhuǎn)移到環(huán)境空氣中。如果不及時將已被加熱的空氣移開，溫差就會逐漸減小，散熱效率又逐漸將下來。這個升溫和散熱相互作用的過程，最后會達(dá)到穩(wěn)態(tài)，也就是散熱管表面溫度達(dá)到一個溫度平衡值，此時，單位時間內(nèi)的發(fā)熱量和散熱量相等。 如果這個溫度平衡值維持在較高水平，將使變壓器性能下降，甚至達(dá)到不可容忍的程度。為了維持較低溫度平衡值（45度到55度），必須采取強(qiáng)制風(fēng)冷措施，加速空氣對流。要維持更低的溫度水平，需要更大的送風(fēng)量，但這樣做給變壓器運(yùn)行工況帶來的好處也就越來越微弱。因此，根據(jù)負(fù)荷的變化調(diào)整送風(fēng)量并維持合理的溫度平衡值，是變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的客觀需要。為了安全的需要，變壓器冷風(fēng)機(jī)按最大化配置，也就是在滿負(fù)荷運(yùn)行并且環(huán)境溫度達(dá)到最高值的情況下，變壓器的運(yùn)行依然是安全的，也即在最大發(fā)熱量同時溫差最小的條件下，強(qiáng)制風(fēng)冷的送風(fēng)量，依然滿足散熱要求。顯而易見，變壓器并不是總在滿負(fù)荷運(yùn)行，一般負(fù)荷率在40%-70%之間。同時，變壓器也不會總在最壞散熱情況下運(yùn)行，夏季溫度最高可到40度,但冬季只有10度以下,甚至達(dá)到零下10度。根據(jù)負(fù)荷情況和環(huán)境溫濕度的變化，開啟部分風(fēng)機(jī)，這樣的控制策略對變壓器安全運(yùn)行是可行的。冷風(fēng)機(jī)的可利用小時數(shù)是有限的，隨著投運(yùn)時間線性遞減。在保證變壓器散熱需要的前提下，適當(dāng)減少部分冷風(fēng)機(jī)的投運(yùn)時間,可提高設(shè)備使用壽命。 在實際運(yùn)行操作中，已經(jīng)設(shè)計了手動操作箱，有控制邏輯線路和手動按鈕。手動按鈕控制冷風(fēng)機(jī)供電回路繼電器吸合或放開，從而達(dá)到手動控制冷風(fēng)機(jī)投運(yùn)或切除的目的。如果操作人員根據(jù)負(fù)載情況和氣候條件，及時投切冷風(fēng)機(jī)，可達(dá)到既保證變壓器可靠運(yùn)行，又能延長冷風(fēng)機(jī)使用壽命，并起到節(jié)約電能的目的。然而，“及時投切”實施起來有困難。操作人員為了保證變壓器可靠運(yùn)行，習(xí)慣上采取冷風(fēng)機(jī)全部投入運(yùn)行的簡化工作模式。這就造成了冷風(fēng)機(jī)過渡運(yùn)行，容易引發(fā)冷風(fēng)機(jī)故障。為了實現(xiàn)及時投切的目的，采用組態(tài)軟件帶控制儀表的技術(shù)方案。根據(jù)每個季度的氣候條件和典型日負(fù)荷情況，制定冷風(fēng)機(jī)合理投切策略，并在組態(tài)軟件上設(shè)定好控制策略，由儀表輸出控制信號實施對應(yīng)冷風(fēng)機(jī)的投切，從而實現(xiàn)無人值守變壓器冷風(fēng)機(jī)智能投切。 二、儀表及軟件選型 控制儀表選宇電AI-704MAJ0J0J0L5L5S。AI-704M是采用模塊化技術(shù)的多路測量顯示儀，配合各種輸入模塊，能分別測量1～4路熱電偶、熱電阻、電壓、電流等多種信號，使用高性能的元器件，大大降低溫度漂移并使得6個通道之間相互干擾降低，使多路測量在精度及抗干擾性能上也達(dá)到了與單路測量儀表相當(dāng)?shù)乃疁?zhǔn)，它具備輸入數(shù)字校正及數(shù)字濾波功能，各通道可以有不同的輸入規(guī)格，最多可支持7路可編程報警及2路變送輸出；并適合在DCS計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或PLC控制系統(tǒng)中做模擬量數(shù)據(jù)采集模塊或溫度變送器，為上位機(jī)提供輸入規(guī)格豐富、高精度高穩(wěn)定性、智能化編程的高性價比模擬量采集數(shù)據(jù)，并且它還可提供開關(guān)量輸入或輸出接口給上位機(jī)，上位機(jī)可透過它執(zhí)行開關(guān)量操作，如控制電機(jī)的啟動停止等。主要特點(diǎn)：具備定點(diǎn)/自動巡回測量顯示功能，并有2種巡檢速度可以選擇。每個回路都具備獨(dú)立的上、下限報警功能，并且其報警輸出位置可以編程指定。不同輸入回路的上限或下限報警信號即可編程為從同一報警通道輸出，也可從不同的通道輸出。齊全的輸入規(guī)格，各路輸入可以使用不同的信號規(guī)格。當(dāng)輸入為線性電壓、電流或電阻時，各回路可獨(dú)立定義刻度及小數(shù)點(diǎn)位置，當(dāng)輸入為熱電偶或熱電阻等溫度傳感器時，可獨(dú)立進(jìn)行平移修正及選擇0.1/1℃指示分辨率。各輸入回路均具備數(shù)字濾波，且濾波強(qiáng)度可以獨(dú)立調(diào)整或取消濾波。 組態(tài)軟件有時間的話可以自己用VB等編寫，也可以采用一些工業(yè)控制通用組態(tài)軟件，如MCGS，它的功能特點(diǎn)：全中文可視化組態(tài)軟件，簡潔、大方，使用方便靈活完善的中文在線幫助系統(tǒng)和多媒體教程,可直接在英文操作系統(tǒng)中使用，真正的32位程序，支持多任務(wù)、多線程，運(yùn)行于Win95/98/NT/2000平臺，提供近百種繪圖工具和基本圖符，快速構(gòu)造圖形界面，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集板卡、智能模塊、智能儀表、PLC、變頻器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等1000多種國內(nèi)外眾多常用設(shè)備，支持溫控曲線、計劃曲線、實時曲線、歷史曲線、XY曲線等多種工控曲線，支持ODBC接口，可與SQL Server、Oracle、Access等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫互連，支持OPC接口、DDE接口和OLE技術(shù)，可方便的與其他各種程序和設(shè)備互連，提供漸進(jìn)色、旋轉(zhuǎn)動畫、透明位圖、流動塊等多種動畫方式，可以達(dá)到良好的動畫效果，上千個精美的圖庫元件，保證快速的構(gòu)建精美的動畫效果，功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同步、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫同步構(gòu)建，保證多個系統(tǒng)完美結(jié)合，完善的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，可以支持最新流行的各種通訊方式，包括電話通訊網(wǎng)，寬帶通訊網(wǎng)，ISDN通訊網(wǎng)，GPRS通訊網(wǎng)和無線通訊網(wǎng)。 三、方案實施 三個PT100探頭分別測量變壓器三相溫度，在控制表上可循環(huán)顯示三個點(diǎn)的溫度值，根據(jù)冷風(fēng)機(jī)組的數(shù)量可對每個測溫點(diǎn)單獨(dú)設(shè)置冷風(fēng)機(jī)的投切溫度，例如：A相定義為45-50度，B相為50-55度，C相為55-60度，這樣可以實現(xiàn)分段啟動冷風(fēng)機(jī)，起到節(jié)約電能的目的。組態(tài)軟件通過RS485可以與多臺儀表連接，實現(xiàn)多機(jī)組集中控制。在軟件上按照不同的季節(jié)和負(fù)荷情況設(shè)定好控制策略，運(yùn)行時通過RS485通訊可以自動的修改儀表上的報警值，實現(xiàn)無人值守控制冷風(fēng)機(jī)的投切。在軟件上可實現(xiàn)： 1、流程的動態(tài)顯示 顯示虛擬的現(xiàn)場設(shè)備的布置情況，動態(tài)的顯示設(shè)備的在線狀態(tài)，在傳感器及其他相關(guān)設(shè)備實際安裝的位置標(biāo)上相應(yīng)的標(biāo)號和數(shù)據(jù)，更直觀的讓用戶了解畫面上的數(shù)據(jù)的實際來源，在故障時能更快了解到發(fā)生的位置。 2、歷史數(shù)據(jù)的顯示及查詢 實時數(shù)據(jù)保存后，可在歷史數(shù)據(jù)查詢畫面進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，可以很方便的調(diào)出進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和數(shù)據(jù)分析，以便更好的控制整個系統(tǒng)。 3、實時曲線和歷史曲線的顯示 曲線功能使數(shù)據(jù)的顯示更為易懂，實時曲線、歷史曲線的切換和曲線查詢功能使曲線的使用更簡便靈活。 4、對多臺儀表內(nèi)部參數(shù)的統(tǒng)一設(shè)置和分別設(shè)置 同時對所有儀表的報警限值進(jìn)行設(shè)定，也可單獨(dú)任意設(shè)定一臺儀表的參數(shù)值，使上位機(jī)輔助控制變得快速準(zhǔn)確。 5、對操作人員的權(quán)限管理 權(quán)限按照客戶要求進(jìn)行多重分級，防止不相關(guān)的操作員誤操作，造成事故。設(shè)置管理員權(quán)限使用戶能夠在系統(tǒng)運(yùn)行時分配權(quán)限、修改密碼等。 四、結(jié)語 本控制系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場實際運(yùn)行，證明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠24小時不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，效果良好。既可達(dá)到保證變壓器可靠運(yùn)行，又能延長冷風(fēng)機(jī)使用壽命，并起到節(jié)約電能的目的。主要有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 及時投切。按照事先制定好的控制方案，通過閉合或者分?jǐn)鄬?yīng)回路的冷風(fēng)機(jī)控制繼電器，實現(xiàn)及時投切。 （2） 無人值守：自動實施冷風(fēng)機(jī)就地控制，無需人工干預(yù)。 （3） 策略控制：某個變壓器的負(fù)荷變化趨勢，操作人員可根據(jù)實際運(yùn)行經(jīng)驗，通過冷風(fēng)機(jī)輪轉(zhuǎn)表格來刻畫。在保證變壓器可靠運(yùn)行的前提下，依據(jù)季節(jié)氣候變化規(guī)律和負(fù)荷變化規(guī)律，制定控制策略。 （4） 運(yùn)行記錄：冷風(fēng)機(jī)投切及運(yùn)行狀態(tài)記錄,便于事后分析，用于控制方案的完善。 （5）遠(yuǎn)程監(jiān)控：采用RS485通訊，可以很方便實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。