基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，其中系统包括中央管理模块、数个电机控制保护模块和变压器数据采样模块，所述的中央管理模块与变压器冷却器相连接，所述的电机控制保护模块和变压器数据采样模块分别与所述的中央管理模块相连接，所述的系统还包括备自投模块，所述的备自投模块连接于中央管理模块和两段电源之间。采用该系统，能实时监测变压器的油温、负荷电流和冷却器机组的运行电流、根据这些数据和变压器温控策略和冷却器的运行策略、运行时间自动调节风冷却器机组的投入和切除，实现了变压器油温、负载的精确控制和冷却器故障点的精确判别，提高了变压器冷却器控制自动化程度，具有更广泛的应用范围。
【专利说明】
基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及机电控制领域，尤其涉及变压器冷却器控制领域，具体是指一种基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统。
【背景技术】
[0002]目前国内对大型变压器强迫油循环风冷设备的控制系统多数为继电器型风冷控制系统，这种控制模式的控制与保护仍采用的是机电逻辑方式回路实现的，其逻辑电路是由各种断路器、接触器、热继电器及保险丝等器件组成。
[0003]由于继电器型风冷控制回路是由各种断路器、接触器、热继电器及保险丝等器件组成，所以在其运行过程中存在很多缺陷，如:潜油栗及冷却器风机的主回路驱动采用的是接触器，因而机械触点多，电路组成复杂，故障率高；电动机的保护方式是保险丝加热继电器，仅能对电动机提供短路及过载(缺相)保护，无法进行故障预测;控制系统采用继电器逻辑控制，自动化程度低。基于这些原因，使得变压器在运行中可靠性降低，运行维护工作量加大。随着电网近年来的快速发展，智能化程度的提高，无人值守变电站正在不断增多，又由于大型变压器本身价值较高，损坏后造成的影响较大，因而要求变压器风冷系统的可靠性提高并能对温度进行远距离监视，实现智能化控制，而传统的风冷控制系统是不能完成的。
[0004]2005年后，国内出现了用可编程控制器PLC等元件实现变压器冷却系统的自动控制的方法，并且实现了一些新功能，诸如:按照一定的周期变换冷却机组的运行方式，使冷却机组风机组轮流工作、平衡使用；与变电站综合自动化监控系统进行通信，实现远程监控。在控制方案方面，有专家提出了更为合理、优化的控制思路，如用油温及温度变化率预测负荷、用温度并结合温度变化率再联系变电站实际情况进行自动控制投切冷却机组、根据变压器负荷和油温变化综合投切冷却器组等，既能使变压器油温满足了变压器运行的要求，又能达到良好的节能效果。但在实际应用过程中，PLC实现的功能比较简单、界面操作不友好，现场运行人员对PLC的技术细节不熟悉，故障时排查问题慢，甚至无从下手，影响冷却器系统故障的及时排查与处理。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现变压器油温、负载的精确控制和冷却器故障点的精确判别、提高变压器冷却器控制自动化程度的智能控制系统。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统具有如下构成:
[0007]—种基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，其特征在于，所述的系统包括中央管理模块、数个电机控制保护模块和变压器数据采样模块，所述的中央管理模块与变压器冷却器相连接，所述的电机控制保护模块和变压器数据采样模块分别与所述的中央管理模块相连接。
[0008]较佳地，所述的系统还包括备自投模块，所述的备自投模块连接于中央管理模块和两段电源之间。
[0009]更佳地，所述的备自投模块包括电源数据AD采样单元，所述的电源数据AD采样单元包括电源模拟量采样子单元及电源开关量采样子单元。
[0010]更佳地，所述的备自投模块还包括跳闸控制单元和非易失存储单元。
[0011]较佳地，所述的系统还包括人机交互模块，所述的人机交互模块和中央管理模块连接。
[0012]较佳地，所述的系统还包括对时模块，所述的对时模块分别与所述的中央管理模块、数个电机控制保护模块以及变压器数据采样模块相连接。
[0013]较佳地，所述的电机控制保护模块包括冷却器数据AD采样单元，所述的冷却器数据AD采样单元包括冷却器模拟量采样子单元及冷却器开关量采样子单元。
[0014]更佳地，所述的电机控制保护模块还包括跳闸控制单元和非易失存储单元。
[0015]更佳地，所述的冷却器数据AD采样单元还包括自校准子单元。
[0016]采用了该实用新型中的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，具有如下有益效果:
[0017](I)能实时监测变压器的油温、负荷电流和冷却器机组的运行电流、根据这些数据和变压器温控策略和冷却器的运行策略、运行时间自动调节风冷却器机组的投入和切除；
[0018](2)能对强油风冷变压器和风冷机组的运行状况进行实时监控，保证变压器风冷油栗、风扇电机的正确合理运行，从而保障变压器在合理的温度范围内运行，实现变压器油温、负载的精确控制和冷却器故障点的精确判别；
[0019](3)能将多台风冷控制系统组网，通过以太网络与远方控制或者调度进行通信，远方控制或调度可以远程监控变压器的运行状况，监控任意一组冷却器组的运行工况，实现远程冷却器组的投入和切除。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的变压器油温闭环控制子模块的控制原理图。
[0021]图2为本实用新型的冷却器电机闭环控制子模块的控制原理图。
[0022]图3为本实用新型的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统结构图。
[0023]图4为本实用新型的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统界面图。
【具体实施方式】
[0024]为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0025]本实用新型的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统包括中央管理模块、数个电机控制保护模块和变压器数据采样模块，具有双闭环控制回路，一是变压器油温控制回路(如图1)，在系统中央管理模块中具有油温监控电路，系统采样变压器的油温、负荷电流信号后，作为变压器油温调节反馈，当油温超过油温定值范围时，中央管理模块调节各组冷却器的运转，以调节变压器油温。系统中测量元件是油温监控电路中的AD采样电路，执行机构是冷却器，被控对象是变压器油温;二是冷却器电机控制回路(如图2)，冷却器电机在第一个控制闭环中是执行机构，在第二个控制闭环中是被控对象，系统采样所有冷却器风扇电机、油栗电机回路的电流，作为冷却器电机控制系统的调节和反馈参数，结合电机运行模型定值，控制冷却器正常运转。冷却器闭环控制系统的测量元件是电机控制保护模块的AD采样电路，执行机构是系统中电机控制保护模块的继电器输出回路，被控对象是冷却器。
[0026]其中，中央管理模块可以采用高性能ARM处理器，具有丰富的串行接口、SPI总线接口和两个以太网络接口。实时采样变压器的油温，负荷电流，结合冷却器的运行状况，累计运行时间，通过串行总线和下属电机控制保护模块连接，进行全局冷却器组的调配切换，统一管理整个系统的运行，使冷却器组均衡运行;可以获得各组电机控制保护模块的冷却器工作运行状态，工作电流等;通过独立串口和人机交互模块连接，运行人员可以通过人机交互模块了解变压器冷却系统的运行状况，就地操作电源、冷却器机组的投退，实同时通过故障告警提示信息能够帮助运维人员快速排除故障;通过SPI总线和备自投模块连接，可以获得当前两段电源的状态，电压、电流信息，也可以控制两段电源的投切。
[0027]电机控制保护模块可以采用高性能微处理器，具有丰富的AD采样通道、串行接口，可以高速采样冷却器风扇电机、油栗电机的三相电流信号和冷却器断路器接触器位置信号，计算电流值，与保护定值对比，实现过流保护、堵转保护、速断保护、断相保护等、三相不平衡保护等重要电机保护，当电流值超过保护定值时加入延时，发跳闸出口指令;电机控制保护模块具有一个跳闸控制回路，执行跳闸出口指令，跳闸回路采用自保持继电器，在硬件失电或与中央管理模块失联时出口继电器继续保持当前出口状态，保证冷却器的正常运行；电机控制保护模块具有串行通讯接口，可以将冷却器运行状态、动作事件等通过串口上送给中央管理模块作系统分析。电机控制保护模块还具有一个非易失性存储器件，可以记录保存电机发生故障时刻的所有采样信号数值，以备后期作事故追忆，故障分析处理;系统各电机控制单元相互独立，任一单元发生故障不影响其他电机控制单元的正常运行，保证各冷却器可靠运转，系统的可靠性得到保证。
[0028]在较佳的实施方式中，系统还包括备自投模块、对时模块及人机交互模块(如图3)，其中:
[0029]备自投模块可以采用高性能ARM处理器，具有丰富的AD采样通道，SPI总线接口、串行接口。高速采样两段进线电源的电压、电流信号，母线电压和电源断路器接触器位置信号后，计算电压电流有效值，将采样电压值与备自投电压定值进行对比，结合当前断路器接触器位置信号进行逻辑判断，当电压电流值满足备自投动作条件时，发跳闸出口指令;备自投模块具有一个跳闸控制回路，执行跳闸出口指令，跳闸回路采用自保持继电器，在硬件失电或与中央管理模块失联时出口继电器继续保持当前出口状态，保证冷却器的正常运行；备自投模块具有串行通讯接口，可以将电源运行状态、动作事件等通过串口上送给中央管理模块作系统分析。备自投模块还具有一个非易失性存储器件，可以记录保存电源发生故障时刻的所有采样信号数值，以备后期作事故追忆，故障分析处理。
[0030]系统采用高速AD采样技术，实时采样1、11段进线电源的电压、电流、开关位置及母线电压信号，经过高性能处理器高速运算，进行分析处理，实现备用电源自动投切功能。系统可以将两段电源的电压电流信息，实时状态通过网络上传到主控室。当冷却器系统电源发生故障时，系统可以记录存储故障点的电压、电流，作为后续故障分析;AD前端具有滤波、放大、隔离电路;AD采样具有自校准能力，能够自动调节外界温度对输入信号产生的温度漂移影响;具有开关量采样信号包括电源断路器位置、接触器位置。
[0031]对时模块可以采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)，具有一个IRIG-B码信号转换电路，一个串行接口。接入IRIG-B码信号后，经过信号转换电路，将信号转换为TTL电平，FPGA采样TTL电平进行解码，将时间信息输出到串行总线上，同时还输出一个秒脉冲信号，给系统其他单元进行同步对时，整个系统时间同步后，可以进行电源故障录波，冷却器故障录波，为后续故障分析提供时间基准。
[0032]人机交互模块可以采用7寸工业RGB多位彩色液晶触摸屏，有丰富形象的画面显示风冷系统的运行状况，方便运行人员需要的时候可以通过触摸屏就地操作查看当前变压器状态、各组冷却器的当前状态、历史运行状态，告警记录，曲线趋势，以及运行报表等信息；运行人员可以就地在触摸屏上操作冷却器组的投入退出(如图4);人机交互模块还可以具有系统状态指示灯、告警指示灯，方便运行人员查看。
[0033]该系统在硬件形式上可以采用“背插式结构，导轨式安装”方式集中在一个硬件机箱内，将各个单元板卡通过接口插槽插在背板上，背板具备多种总线，通过背板总线实现各单元板卡之间的信息传输和控制，也可以视现场实际情况分布放置。系统还可以扩展接入电机控制保护模块，理论上可以通过其它不限定的网络进行扩展，接入电机控制保护模块的数量没有限制。
[0034]本实用新型的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统的技术方案中，其中所包括的各个功能设备和模块装置均能够对应于实际的具体硬件电路结构，因此这些模块和单元仅利用硬件电路结构就可以实现，不需要辅助以特定的控制软件即可以自动实现相应功能。
[0035]采用了该实用新型中的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，能实时监测变压器的油温、负荷电流和冷却器机组的运行电流、根据这些数据和变压器温控策略和冷却器的运行策略、运行时间自动调节风冷却器机组的投入和切除；能对强油风冷变压器和风冷机组的运行状况进行实时监控，保证变压器风冷油栗、风扇电机的正确合理运行，从而保障变压器在合理的温度范围内运行，实现变压器油温、负载的精确控制和冷却器故障点的精确判别；能将多台风冷控制系统组网，通过以太网络与远方控制或者调度进行通信，远方控制或调度可以远程监控变压器的运行状况，监控任意一组冷却器组的运行工况，实现远程冷却器组的投入和切除，对提高变压器设备稳定运行以及降低运维人员工作量有着重要的意义，具有广阔的市场前景和良好的经济效益。
[0036]在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
【主权项】
1.一种基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，其特征在于，所述的系统包括中央管理模块、数个电机控制保护模块和变压器数据采样模块，所述的中央管理模块与变压器冷却器相连接，所述的电机控制保护模块和变压器数据采样模块分别与所述的中央管理模块相连接。2.根据权利要求1所述的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，其特征在于，所述的系统还包括备自投模块，所述的备自投模块连接于中央管理模块和两段电源之间。3.根据权利要求2所述的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，其特征在于，所述的备自投模块包括电源数据AD采样单元，所述的电源数据AD采样单元包括电源模拟量采样子单元及电源开关量采样子单元。4.根据权利要求2所述的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，其特征在于，所述的备自投模块还包括跳闸控制单元和非易失存储单元。5.根据权利要求1所述的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，其特征在于，所述的系统还包括人机交互模块，所述的人机交互模块和中央管理模块连接。6.根据权利要求1所述的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，其特征在于，所述的系统还包括对时模块，所述的对时模块分别与所述的中央管理模块、数个电机控制保护模块以及变压器数据采样模块相连接。7.根据权利要求1所述的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，其特征在于，所述的电机控制保护模块包括冷却器数据AD采样单元，所述的冷却器数据AD采样单元包括冷却器模拟量采样子单元及冷却器开关量采样子单元。8.根据权利要求7所述的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，其特征在于，所述的电机控制保护模块还包括跳闸控制单元和非易失存储单元。9.根据权利要求7所述的基于双闭环回路实现变压器冷却器组智能控制的系统，其特征在于，所述的冷却器数据AD采样单元还包括自校准子单元。
【文档编号】G05B19/042GK205691979SQ201620410502
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月9日 公开号201620410502.6, CN 201620410502, CN 205691979 U, CN 205691979U, CN-U-205691979, CN201620410502, CN201620410502.6, CN205691979 U, CN205691979U
【发明人】刘志远, 梁守硕, 于晓军, 邹洪森, 岑登青, 杨晨, 安燕杰, 陈瑞, 宋靖宁, 陈昊阳, 陆洪建, 唐鑫, 杨稼祥, 王宏丽, 赵健, 叶在福, 姜健琳, 尹浙洪
【申请人】国网宁夏电力公司检修公司, 上海泽鑫电力科技股份有限公司