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关键词：电力系统 变压器 风冷控制 自动化
一、 引言
电力系统变电所风冷式主变压器很多安装在户外，常年刮风下雨造成风机轴承锈蚀堵转而损坏。为了保证变压器安全运行，检修人员经常需要更换风机，维护量大，成本高。因此我们研制了主变风冷智能控制器。
主变风冷智能控制器主要用于监控和保护电力变压器的冷却系统。能够根据季节（春、夏、秋、冬）、天气（雨、雪）、变压器温度变化等情况，自动或定时分组投切风扇电动机。当遇有缺相运行时，本控制器能自动切断风扇电机电源，同时发出当地、异地报警信号。
二、 硬件的研制
本次研发主要是三个部分：
1) 主控部分
采用进口户外式高级箱体。内部配有96系列单片机系统；电话自动拨号及振铃、摘机、忙音识别系统；语音录、放系统；24路断相保护接口；4路温度及湿度检测接口；4路开关输出量控制接口。面板配有液晶显示和触摸键盘，可显示和整定各种参数及报警信息。输入、输出线在箱体底部分别采用进口接插件。
2) 外部接线盒
采用进口封闭式箱体，输入、输出线采用航空接插件，箱内接有启、停电动机的继电器。如采用内部继电器则可使用输出专用（8芯）航空插座。
3) 传感器件
系统可连接的传感器件有温度传感器、湿度传感器、断相保护传感器。
每台变压器配有一套本装置专用温度、湿度传感器。
根据变压器风机台数配备本装置专用的非接触式电动机断相保护传感器。
三、 软件的设计
1）根据变压器的温度变化情况，自动控制电机的启停
变压器的温度是随着外部温度和主变负荷的变化而变化，没有一定规律。该装置能检测变压器的温度变化情况，及时启停风扇电机，避免变压器长时间在高温下运行，减少变压器的损耗，延长变压器的使用寿命。
2）防止雨雪天电机进水绝缘性降低，自动控制电机的启停
风冷变压器一般都安装在露天场区，风扇电机由于长时间裸露在外，易受雨雪天影响导致电机进水，降低绝缘介质，造成轴承腐蚀生锈。该装置通过湿度传感器能检测到外部环境的湿度变化，及时启停风扇电机，避免风扇电机轴承腐蚀生锈、堵转、烧毁电机。
3）周期性定时启停
冬季温度低，为防止风扇电机长期不启动而造成的轴承生锈、堵转，达到轴承润滑之目的，本装置能根据用户自行设置的时间，周期性定时启停风扇电机。
4）具有风扇电机的断相保护功能
在风扇电机启动时，由于启动电流过大，容易造成铅丝熔断，产生缺相运行，从而导致电机被烧坏。本装置能检测到风扇电机的电源故障情况，自动切断电源，起到对风扇电机的断相保护功能。
5）自动告警功能
当变压器温度过高，达到报警值（由用户自行设置）或出现电动机电源故障时，该装置能自动发出告警信号。本装置有多种告警方式：
> 本地语音告警，提醒值守人员马上联系有关人员，及时维修。
> 异地电话告警，该装置能自动拨打电话，发出语音告警信号，电话号码可由用户自行输入设置。
> 装置面板兰色液晶提示信息。
> 有线（RS485方式）通讯报警。
四、技术指标
1) 模拟输入量
数量：2路（一台变压器额定一路输入信号）
传感器类型：温度传感器
测量范围：-55℃～+150℃
2) 开关输入量
数量：22路
传感器类型：湿度传感器、断相传感器。
断相保护整定值大于0.4A
3) 输出量
数量：4路
每台变压器额定两路输出控制信号，分别控制变压器的两组风扇电机。
4) 工作电源
电源电压：AC 220V/DC 24V、5V
功率消耗：< 15W
5) 工作环境
环境温度：0—40℃，极限10℃—55℃
环境湿度：85%RH以下
五、界面显示设计
正常运行时，液晶显示监测的变压器温度值、湿度情况、断相情况和系统时钟，如图1所示。
正常运行时，界面每隔4秒左右，切换一次显示内容。
当系统接收到断相信号后，在显示界面的底端将出现提示信息。见图2。
如：一组变压器风扇出现断相信号，提示信息显示“1组断相，请按确认键解锁”。当提示信息出现时，按键盘的[确认]键，将对1号变压器的1组风扇电机解锁。
在正常运行界面下，持续按<确认>键约6秒左右，将进入参数修改界面，见图3。
用户可以在参数修改界面中修改系统时钟、传感器参数、报警电话等参数值。
六、面板键盘设计
共有五个按键排列如右图所示。
> 按键功能
<确认>键进入参数设置界面或进入菜单选项。
<上一项>键选择上一条菜单项。
<下一项>键选择下一条菜单项。
<增加>键增加选定菜单项的参数值。
<减少>键减少选定菜单项的参数值。
> 按键操作
装置启动后，进入运行界面（参见图1）。在运行界面下，用户仅能操作键盘上的<确认>键。
对<确认>键的操作有两种情况：
<1> 当运行界面的底端出现信号锁存提示信息时（参见图2），按确认键，可以解除对应输出触点的锁存信号。
<2> 当运行界面没有信号锁存提示信息的情况下，持续按确认键大约6秒左右，将进入参数修改界面（参见图3）。
进入参数修改界面后，键盘上的全部按键均可以使用。
按<上一项>、<下一项>键选择光标可以在菜单选项间移动。通过菜单操作选中某参数后，按<增加>、<减少>键可以增、减参数值。<确认>键可以进入选定的子菜单项。
七、菜单说明
系统提供的主菜单有[通讯]、[时钟]、[温度]、[开关量]、[输出]、[报警]、[缺省]、[保存]、[返回]。 > [通讯] 设置系统的通讯波特率和站址号。
> [时钟] 设置系统的时钟（年、月、日、时、分、秒）。
> [温度] 设置温度传感器的控制参数。
包括[编号]、[变压器]、[上限]、[下限]、[报警]、[返回]子菜单。
[编号] 系统提供2路温度传感器信号输入量。可通过<增加>、<减少>键选择，范围：01#～02#。当编号发生变化后，以下的相应选项也随之变化。
[变压器] 当前编号的传感器所安装的变压器编号。若当前编号的输入端口没有连接任何传感器，请将此项设置为“备用”。
[上限] 风扇电机启动的温度值。当此编号传感器的温度达到此温度上限值后，系统将启动它所对应的变压器风扇电机。
[下限] 断开风扇电机的温度值。当此编号传感器的温度降低到此温度下限值后，系统将切断它所对应的变压器风扇电机。
[报警] 系统启动异地电话语音报警的温度值。当此编号传感器的温度达到温度报警值后，系统认为变压器的温度过高，将发出报警信号。
> [开关量] 设置湿度、断相保护传感器的控制参数。
设置系统连接的湿度传感器、断相保护传感器的参数。包括[编号]、[变压器]、[组号]、[传感器]、[返回]子菜单。
[编号] 系统提供22路湿度和断相传感器信号输入量。可通过<增加>、<减少>键选择，范围：01#～22#。当编号发生变化后，以下的相应选项也随之变化。
[变压器] 当前编号的传感器所安装的变压器编号。若当前编号的输入端口没有连接任何传感器，请将此项设置为“备用”。
[组号] 当前编号的断相保护传感器监测的风扇电机组号。若该编号对应的端口连接的传感器为湿度传感器，此项不用考虑。
[传感器] 当前编号端口连接的传感器类型，共有湿度、断相两项可选。
> [输出] 设置输出触点的控制参数。
包括[周期]、[时长]、[返回]子菜单。
[周期] 装置定时启动风扇电机的时间间隔。范围：1～8周。
[时长] 装置每次定时启动风扇电机的持续运行时间。范围：3～60分钟。
例：周期为1，时长为3，则装置每隔1周的时间启动一次风扇电机，风扇启动3分钟后，系统会自动切断电机电源，停止风扇转动。
> [报警] 设置异地报警的电话号码。
> [缺省] 设置系统参数的缺省值。
> [保存] 保存修改后的参数值。
> [返回] 退出参数设置界面，同时返回到正常运行界面。
八、注意事项
1) 首次使用前，请先进入参数修改界面，选择[缺省]项，初始化系统参数，然后，用户可根据使用的具体环境设置相应的参数值。
2) 用户在使用前，请正确设置各项参数值。否则，可能产生系统误动或拒动现象。
3) 报警电话号码应从第一位开始设置，号码将不能出现“#”号，因为系统将“#”作为电话号码的输入结束符。请正确输入电话号码，否则，不能正确拨号。
4) 参数修改后，要使修改参数生效，必须选择菜单中的[保存]项。
5) 当出现断相信号后，系统将切断对应组的风扇电机电源，同时锁住对应的输出触点。维护人员修好电机后，应及时按[确认]键对该输出点进行解锁，以使系统能重新对该组信号继续监控。
九、控制逻辑
1) 当满足以下条件时，系统将接通风扇电机电源。
> 变压器的温度达到启动上限值或报警值。
> 外部环境为雨、雪天，即湿度过大。
> 达到定时启动时间。
2) 当满足以下条件时，系统将切断风扇电机电源。
> 变压器的温度低于下限值，并且外部环境良好（非雨、雪天），即湿度正常。
> 风扇的电机电源出现缺相运行。
3) 当满足以下条件时，系统发出报警信号。
> 变压器温度超过设置的温度报警值，系统先发出异地电话语音报警信号，然后给出本地语音报警信号。
> 风扇的电机电源出现缺相运行时，系统先发出异地电话语音报警信号，然后给出本地语音报警信号。
十、系统结构框图及工作原理
3) 传感器接线说明
> 温度、湿度传感器接线
温度、湿度传感器为集成式传感器，共有四条输出线。
红色线 — 温度传感器信号输出端。连接32芯航空插头的24、25针。
黑色线 — 电源-5V。
蓝色线 — 电源+24V。
绿色线 — 湿度传感器信号输出端。连接32芯航空插头的22、23针。
> 断相传感器接线
断相传感器共有两条连接线。
红色线 — 电源+24V
绿色线 — 断相传感器信号输出端。连接32芯航空插头的2～21针。
十一、 结论
主变风冷智能控制器已在东北地区变电所运行。实现当地变压器风冷自动控制。当发生故障时，目前主要有当地报警和电话报警。但留有RS485接口，与综自连接，数据远传。
参考文献
《MCGS在大型变压器风冷监控系统中的应用--Monitor in Forced-air Cooling System of Large-scale Transformer Bases on MCGS》史建平（常州工学院 ，江苏常州213002 ）
一、 引言
电力系统变电所风冷式主变压器很多安装在户外，常年刮风下雨造成风机轴承锈蚀堵转而损坏。为了保证变压器安全运行，检修人员经常需要更换风机，维护量大，成本高。因此我们研制了主变风冷智能控制器。
主变风冷智能控制器主要用于监控和保护电力变压器的冷却系统。能够根据季节（春、夏、秋、冬）、天气（雨、雪）、变压器温度变化等情况，自动或定时分组投切风扇电动机。当遇有缺相运行时，本控制器能自动切断风扇电机电源，同时发出当地、异地报警信号。
二、 硬件的研制
本次研发主要是三个部分：
1) 主控部分
采用进口户外式高级箱体。内部配有96系列单片机系统；电话自动拨号及振铃、摘机、忙音识别系统；语音录、放系统；24路断相保护接口；4路温度及湿度检测接口；4路开关输出量控制接口。面板配有液晶显示和触摸键盘，可显示和整定各种参数及报警信息。输入、输出线在箱体底部分别采用进口接插件。
2) 外部接线盒
采用进口封闭式箱体，输入、输出线采用航空接插件，箱内接有启、停电动机的继电器。如采用内部继电器则可使用输出专用（8芯）航空插座。
3) 传感器件
系统可连接的传感器件有温度传感器、湿度传感器、断相保护传感器。
每台变压器配有一套本装置专用温度、湿度传感器。
根据变压器风机台数配备本装置专用的非接触式电动机断相保护传感器。
三、 软件的设计
1）根据变压器的温度变化情况，自动控制电机的启停
变压器的温度是随着外部温度和主变负荷的变化而变化，没有一定规律。该装置能检测变压器的温度变化情况，及时启停风扇电机，避免变压器长时间在高温下运行，减少变压器的损耗，延长变压器的使用寿命。
2）防止雨雪天电机进水绝缘性降低，自动控制电机的启停
风冷变压器一般都安装在露天场区，风扇电机由于长时间裸露在外，易受雨雪天影响导致电机进水，降低绝缘介质，造成轴承腐蚀生锈。该装置通过湿度传感器能检测到外部环境的湿度变化，及时启停风扇电机，避免风扇电机轴承腐蚀生锈、堵转、烧毁电机。
3）周期性定时启停
冬季温度低，为防止风扇电机长期不启动而造成的轴承生锈、堵转，达到轴承润滑之目的，本装置能根据用户自行设置的时间，周期性定时启停风扇电机。
4）具有风扇电机的断相保护功能
在风扇电机启动时，由于启动电流过大，容易造成铅丝熔断，产生缺相运行，从而导致电机被烧坏。本装置能检测到风扇电机的电源故障情况，自动切断电源，起到对风扇电机的断相保护功能。
5）自动告警功能
当变压器温度过高，达到报警值（由用户自行设置）或出现电动机电源故障时，该装置能自动发出告警信号。本装置有多种告警方式：
> 本地语音告警，提醒值守人员马上联系有关人员，及时维修。
> 异地电话告警，该装置能自动拨打电话，发出语音告警信号，电话号码可由用户自行输入设置。
> 装置面板兰色液晶提示信息。
> 有线（RS485方式）通讯报警。
四、技术指标
1) 模拟输入量
数量：2路（一台变压器额定一路输入信号）
传感器类型：温度传感器
测量范围：-55℃～+150℃
2) 开关输入量
数量：22路
传感器类型：湿度传感器、断相传感器。
断相保护整定值大于0.4A
3) 输出量
数量：4路
每台变压器额定两路输出控制信号，分别控制变压器的两组风扇电机。
4) 工作电源
电源电压：AC 220V/DC 24V、5V
功率消耗：< 15W
5) 工作环境
环境温度：0—40℃，极限10℃—55℃
环境湿度：85%RH以下
五、界面显示设计
正常运行时，液晶显示监测的变压器温度值、湿度情况、断相情况和系统时钟，如图1所示。
正常运行时，界面每隔4秒左右，切换一次显示内容。
当系统接收到断相信号后，在显示界面的底端将出现提示信息。见图2。
如：一组变压器风扇出现断相信号，提示信息显示“1组断相，请按确认键解锁”。当提示信息出现时，按键盘的[确认]键，将对1号变压器的1组风扇电机解锁。
在正常运行界面下，持续按<确认>键约6秒左右，将进入参数修改界面，见图3。
用户可以在参数修改界面中修改系统时钟、传感器参数、报警电话等参数值。
六、面板键盘设计
共有五个按键排列如右图所示。
> 按键功能
<确认>键进入参数设置界面或进入菜单选项。
<上一项>键选择上一条菜单项。
<下一项>键选择下一条菜单项。
<增加>键增加选定菜单项的参数值。
<减少>键减少选定菜单项的参数值。
> 按键操作
装置启动后，进入运行界面（参见图1）。在运行界面下，用户仅能操作键盘上的<确认>键。
对<确认>键的操作有两种情况：
<1> 当运行界面的底端出现信号锁存提示信息时（参见图2），按确认键，可以解除对应输出触点的锁存信号。
<2> 当运行界面没有信号锁存提示信息的情况下，持续按确认键大约6秒左右，将进入参数修改界面（参见图3）。
进入参数修改界面后，键盘上的全部按键均可以使用。
按<上一项>、<下一项>键选择光标可以在菜单选项间移动。通过菜单操作选中某参数后，按<增加>、<减少>键可以增、减参数值。<确认>键可以进入选定的子菜单项。
七、菜单说明
系统提供的主菜单有[通讯]、[时钟]、[温度]、[开关量]、[输出]、[报警]、[缺省]、[保存]、[返回]。 > [通讯] 设置系统的通讯波特率和站址号。
> [时钟] 设置系统的时钟（年、月、日、时、分、秒）。
> [温度] 设置温度传感器的控制参数。
包括[编号]、[变压器]、[上限]、[下限]、[报警]、[返回]子菜单。
[编号] 系统提供2路温度传感器信号输入量。可通过<增加>、<减少>键选择，范围：01#～02#。当编号发生变化后，以下的相应选项也随之变化。
[变压器] 当前编号的传感器所安装的变压器编号。若当前编号的输入端口没有连接任何传感器，请将此项设置为“备用”。
[上限] 风扇电机启动的温度值。当此编号传感器的温度达到此温度上限值后，系统将启动它所对应的变压器风扇电机。
[下限] 断开风扇电机的温度值。当此编号传感器的温度降低到此温度下限值后，系统将切断它所对应的变压器风扇电机。
[报警] 系统启动异地电话语音报警的温度值。当此编号传感器的温度达到温度报警值后，系统认为变压器的温度过高，将发出报警信号。
> [开关量] 设置湿度、断相保护传感器的控制参数。
设置系统连接的湿度传感器、断相保护传感器的参数。包括[编号]、[变压器]、[组号]、[传感器]、[返回]子菜单。
[编号] 系统提供22路湿度和断相传感器信号输入量。可通过<增加>、<减少>键选择，范围：01#～22#。当编号发生变化后，以下的相应选项也随之变化。
[变压器] 当前编号的传感器所安装的变压器编号。若当前编号的输入端口没有连接任何传感器，请将此项设置为“备用”。
[组号] 当前编号的断相保护传感器监测的风扇电机组号。若该编号对应的端口连接的传感器为湿度传感器，此项不用考虑。
[传感器] 当前编号端口连接的传感器类型，共有湿度、断相两项可选。
> [输出] 设置输出触点的控制参数。
包括[周期]、[时长]、[返回]子菜单。
[周期] 装置定时启动风扇电机的时间间隔。范围：1～8周。
[时长] 装置每次定时启动风扇电机的持续运行时间。范围：3～60分钟。
例：周期为1，时长为3，则装置每隔1周的时间启动一次风扇电机，风扇启动3分钟后，系统会自动切断电机电源，停止风扇转动。
> [报警] 设置异地报警的电话号码。
> [缺省] 设置系统参数的缺省值。
> [保存] 保存修改后的参数值。
> [返回] 退出参数设置界面，同时返回到正常运行界面。
八、注意事项
1) 首次使用前，请先进入参数修改界面，选择[缺省]项，初始化系统参数，然后，用户可根据使用的具体环境设置相应的参数值。
2) 用户在使用前，请正确设置各项参数值。否则，可能产生系统误动或拒动现象。
3) 报警电话号码应从第一位开始设置，号码将不能出现“#”号，因为系统将“#”作为电话号码的输入结束符。请正确输入电话号码，否则，不能正确拨号。
4) 参数修改后，要使修改参数生效，必须选择菜单中的[保存]项。
5) 当出现断相信号后，系统将切断对应组的风扇电机电源，同时锁住对应的输出触点。维护人员修好电机后，应及时按[确认]键对该输出点进行解锁，以使系统能重新对该组信号继续监控。
九、控制逻辑
1) 当满足以下条件时，系统将接通风扇电机电源。
> 变压器的温度达到启动上限值或报警值。
> 外部环境为雨、雪天，即湿度过大。
> 达到定时启动时间。
2) 当满足以下条件时，系统将切断风扇电机电源。
> 变压器的温度低于下限值，并且外部环境良好（非雨、雪天），即湿度正常。
> 风扇的电机电源出现缺相运行。
3) 当满足以下条件时，系统发出报警信号。
> 变压器温度超过设置的温度报警值，系统先发出异地电话语音报警信号，然后给出本地语音报警信号。
> 风扇的电机电源出现缺相运行时，系统先发出异地电话语音报警信号，然后给出本地语音报警信号。
十、系统结构框图及工作原理
3) 传感器接线说明
> 温度、湿度传感器接线
温度、湿度传感器为集成式传感器，共有四条输出线。
红色线 — 温度传感器信号输出端。连接32芯航空插头的24、25针。
黑色线 — 电源-5V。
蓝色线 — 电源+24V。
绿色线 — 湿度传感器信号输出端。连接32芯航空插头的22、23针。
> 断相传感器接线
断相传感器共有两条连接线。
红色线 — 电源+24V
绿色线 — 断相传感器信号输出端。连接32芯航空插头的2～21针。
十一、 结论
主变风冷智能控制器已在东北地区变电所运行。实现当地变压器风冷自动控制。当发生故障时，目前主要有当地报警和电话报警。但留有RS485接口，与综自连接，数据远传。
参考文献
《MCGS在大型变压器风冷监控系统中的应用--Monitor in Forced-air Cooling System of Large-scale Transformer Bases on MCGS》史建平（常州工学院 ，江苏常州213002 ）