PLC控制在500kV电力变压器风冷系统中的应用--开题报告

天津大学
工程硕士生开题报告登记表
学号：2513203109
姓名：
所在学院：自动化学院
工程领域：电气工程
所在单位：内蒙古超高压供电局
导师Ⅰ：
单位：天津大学
导师Ⅱ：
单位：内蒙古超高压供电局
开题日期：09月26日
天津大学研究生院制
填表日期：2014年09月25日
学位论文（设计）题目PLC控制在500kV电力变压器风冷系统中的应用
课题来源及类型：500kV变电站现场实际发生的事故案例
本课题国内、外的研究动态以及课题意义：
目前，国内变压器主力生产厂家有沈阳、保定、西安以及合资厂ABB、西门子等，各厂商生产的变压器均配置强迫油循环风冷控制装置，其工作原理、逻辑回路、主要元器件的选配基本类似，差异很小。

风冷控制装置主要部件采用常规的电磁式交流继电器、常规模拟式温控器、组合开关、交流接触器、热偶等；强迫油循环的油泵和强风冷却的风机按组分为运行、辅助和备用三种状态：正常状态时起动运行机组变压器；温度高时起动辅助机组、运行机组或辅助机组；故障时起动备用机组。

这种传统继电式控制装置的突出优点在于控制装置造价低廉，生产成本小；缺点是控制器件采用两路独立交流主供电源互为备用，逻辑控制功能低，无通讯和保护功能，执行元件触点多接触不良，交流接触器和热偶等损坏率较高，电机保护问题一直未根本解决，尤其是缺相保护几乎起不到作用。

通过电力事故中存在的问题及原因，本课题提出将PLC控制技术应用于大型电力变压器风冷控制回路。

利用PLC可靠性高、抗干扰能力强、智能化等优点，可以实现对变压器油温的精确控制；控制功能通过PLC编程实现，极大的简化了系统接线，提高了装置本身的可靠性；完善了对冷却器的保护和控制，提高了风冷系统的可靠性和工作寿命；还可以通过通信实现远方监视风冷系统运行。

随着对电网及设备安全可靠运行要求的不断提高，提出基于PLC控制的的电力变压器冷却控制，对变压器及电网安全、可靠运行具有重要意义。

课题研究目标、研究内容和拟解决的关键问题：
通过在变压器风冷系统中引入PLC控制，减少变压器冷却系统中的分立元件，降低变压器冷却系统的故障几率，简化二次接线，使故障查找和检修更加方便，减少维护工作量，实现变压器冷却系统实时信息的自动采集和综合应用，提高变压器运行的安全性和经济性。

本课题主要研究以下内容：
1、通过对风冷二次回路进行改造，在KMS1和KMS2交流接触器上再增加一对常闭接
点以监视时间继电器是否启动，当时间继电器启动即刻上传监控报文；
2、通过降低KV1、KV2电压继电器灵敏度，重新对其动作电压、时间进行整定，动作电压整定为70%额定电压，动作时间整定为5秒，并经现场试验，避免在站用电有波动而未故障的情况下反复切换；
3、调整RCS974FG非电量保护冷控失电延时时间，由原来的0.01分整定为2.01分钟，以躲过扰动、电缆瞬时绝缘不良等影响；
4、呼吁有关部门制定相关制度，将继电器、交流接触器纳入定期清扫范围，同时规定每隔几年进行一次更换，形成定期更换制度，防止出现问题后悔莫及。

课题的研究方法、设计及试验方案，可行性分析：
根据500kV某变电站实际发生过的风冷电源故障导致主变压器故障跳闸的事故
案例展开分析。

1、事故经过：
2010年4月11日23时04分28秒， 500kV某变电站2号主变风冷全停保护动作，5012、5013、202、302断路器跳闸，2号主变停运。

经运行人员现场检查一、
二次设备发现2号主变停运，2号主变B相风冷系统停运，A、C相运转正常，2号主
变三侧开关在分闸位置，2号主变非电量保护RCS974FG报冷控失电A相启动报告；
故障录波器启动，测距0km；当时天气为阴，风速6m/s带有扬沙，气温0℃，湿度25%。

经过72小时46分的事故原因调查并采取相应安全技术措施后，2号主变于4
月14日23时50分恢复运行。

2、现场检查情况：
（1）检查2号主变本体，未见异常；
（2）检查2号主变A、B、C三相风冷控制箱内继电器、接触器等设备外观未
见异常，时间继电器现场整定正确；
（3）检查风冷二次回路及回路接线，均按设计图纸接线，二次回路接线未见
异常。

风冷全停跳闸回路见附图1及附图2。

附图1
附图2
（4）在KMS1、KMS2失磁的情况下进行接点检查，常闭接点电阻接近于0Ω,常开接点电阻为∞；对风冷全停跳闸回路进行绝缘检查为良好。

（5）对2号主变A、B、C三相进行工作电源故障投切试验，发现A、C两相I、II段交流电源可以自动进行切换，而B相在II段工作电源故障投切I段电源时，投切3次，有1次I段交流电源继电器未吸合，投切不成功；现场在未做任何工作，10秒后进行此试验，投切成功。

（6）现场分别模拟2号主变A、B、C三相风冷全停延时跳闸试验，均符合温度
达到75℃延时20分钟和风冷全停60分钟延时跳三侧断路器的动作要求。

3、原因分析:
(1)、 22时07分系统出现的C相接地故障造成站内电压波动较大，380V交流电源I、II段母线电压瞬时同时过低，其值达到2号主变风冷系统低电压继电器KV1、KV2整定值而动作，监控报“2号主变强油风冷工作电源I故障动作”、“2号主变强油风冷工作电源II故障动作”信号，此时2号主变风冷系统A、B、C三相同时因失
电停运；由于系统低电压故障瞬时复归，经过152毫秒后2号主变风冷电源I、II 段电压恢复正常，监控报“2号主变强油风冷工作电源I故障动作复归”、“2号主变强油风冷工作电源II故障动作复归”信号，2号主变风冷系统A、B、C相瞬时又恢复正常运行；22：15分，经运行人员现场检查也证实2号主变风冷系统为正常运行状态。

(2)、23：04分也就是经过2号主变风冷电源I、II段瞬时故障恢复57分钟后，2号主变动作保护C屏冷控失电A相延时跳闸动作出口跳2号主变三侧断路器。

分析原因是：当22：07分2号主变风冷电源I、II段同时出现瞬时故障时，2号主变A、B、C三相风冷电源I、II段同时失电，监控报风冷电源I、II段故障信号，同时KMS2常闭接点闭合回路接通（正常运行时KMS2常闭接点为开启状态），跳闸时间继电器KT11和KT12启动开始计时；当2号主变风冷电源I、II段电压经过152毫秒瞬时恢复时，A、B、C三相风冷电源接触器吸合，风冷恢复正常运行，同时KMS2接触器常闭接点开启，跳闸时间继电器KT11和KT12时间继电器应停止计时返回；现场实际情况是B、C相跳闸时间继电器正常返回，而A相跳闸时间继电器因KMS2常闭接点未打开而继续计时，并且此计时信号因设计原因不报监控系统，因主变温度未达到75℃，所以延时一小时后保护动作出口造成2号主变跳闸。

2号主变B相风冷停运原因为B相风冷在主备用电源切换过程中交流电源继电器存在质量问题未可靠动作。

根据上面分析后，对此主变的风冷二次回路进行改造后，截止到目前，一直未再出现过以上的几个问题，且主变压器运行平稳，进一步提高了供电可靠性。

课题计划进度和预期成果（各阶段计划完成的内容和所需时间）：
1、2014年10月---2014年12月，到当时因风冷电源故障导致主变跳闸的变电站再次调研，核实相关数据，查阅说明书和技术资料，现场查看改造后的主变风冷是否还有哪些不合理的问题，并进行数据汇总。

2、2015年1月—2015年2月，查阅相关书籍资料，根据现场实际进一步设计完善改造图纸，与检修人员联系，准备相关继电器和交流接触器，确保下一步试验时备件准备充分。

3、2015年3月—2015年4月，充分利用“春查”检修时间，在继电保护人员配合下，现场开展二次回路改造接线，进行现场反复试验验证，反复修改二次回路，直至试验合格为止，并记录试验数据。

4、2015年5月---2015年6月，汇总试验数据，统计结果，撰写论文，结稿，准备答辩。

导师意见Ⅰ：
导师签字：年月日导师意见Ⅱ：
导师签字：年月日
选题报告会评议组意见：
组长签字：年月日学院审查意见：
学院（公章）主管院长签字：年月日注：1、此表一式四份（导师、学院、硕士生本人各一份）。

硕士生应在第三学期末举行的选题报告会之前填写此表，经导师和评议组负责人签署意见后报所在学院审核。

2、答辩申请时，硕士生应向学院和学校提交此表。