0 概述
哈爾濱變壓器有限責(zé)任公司始建于1955年，是中國(guó)500家大電氣機(jī)械器材制造企業(yè)之一。70年代初就被國(guó)家確定為生產(chǎn)110kV級(jí)電力變壓器產(chǎn)品的定點(diǎn)廠，92年被確定為國(guó)家220kV級(jí)電力變壓器定點(diǎn)生產(chǎn)廠，97年被確定為國(guó)內(nèi)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造獲批單位，目前為國(guó)內(nèi)變壓器行業(yè)重點(diǎn)骨干企業(yè)和黑龍江省變壓器行業(yè)龍頭企業(yè)，主要從事輸變電裝備的制造和經(jīng)營(yíng)，為客戶提供輸變電裝備和整體解決方案與專業(yè)化服務(wù)。
安科瑞電氣股份有限公司于2009年6月承接哈爾濱變壓器有限責(zé)任公司由哈爾濱市政府投資7億元精心打造的“雙百萬(wàn)”工程220kV和500kV超高壓變壓器廠房建設(shè)中的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
1 客戶需求
試驗(yàn)系統(tǒng)要求完成實(shí)500kV/720MVA及以下容量電力變壓器的例行試驗(yàn)，試驗(yàn)系統(tǒng)完成的變壓器產(chǎn)品試驗(yàn)項(xiàng)目，具體內(nèi)容如下：
1.1 空載電流和空載損耗測(cè)量
1.2 空載電流諧波測(cè)量
1.3外施感應(yīng)耐壓試驗(yàn)
1.4短路阻抗和負(fù)載損耗測(cè)量
1.5三相變壓器零序阻抗測(cè)量
1.6溫升試驗(yàn)
2 主要物品
2.1 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)：主頻2.0、內(nèi)存2G 2*500G硬盤、顯示器22液晶、打印機(jī)、激光A3
2.2 UPS電源2kVA在線式
2.3 PLC控制柜及控制器機(jī)柜（800×800×2200）各1臺(tái)，如下圖1所示
圖1
2.4 特性試驗(yàn)桌工作臺(tái)2000*900（mm）如下圖2所示：
圖2
2.5 機(jī)組、中間變壓器運(yùn)行參數(shù)指示儀表、監(jiān)視儀表等，具體設(shè)計(jì)圖紙如下圖3、4所示；
圖3
圖4
2.6 控制系統(tǒng)所需要的全部軟件，軟索引界面如圖5所示：
圖5
2.7 500KV和220KV控制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖6、7所示：
圖6
圖7
3 控制的主要設(shè)備
3.1 15000kVA工頻發(fā)電機(jī)控制；
3.2 7500kVA工頻發(fā)電機(jī)組控制（220kV試驗(yàn)站與超高壓試驗(yàn)大廳共用，但不能同時(shí)使用）；
3.3 2000kVA中頻發(fā)電機(jī)組控制（220kV試驗(yàn)站與超高壓試驗(yàn)大廳共用，但不能同時(shí)使用）；
3.4 2000kVA支撐變壓器控制；
3.5 15000kVA中間變壓器控制，如圖8所示：
圖8
3.6 主回路測(cè)量用電流、電壓互感器的控制，如圖9所示：
圖9
3.7 900kvar-1800kvar-2700kvar無(wú)載可調(diào)補(bǔ)償電抗器控制；
4 試驗(yàn)項(xiàng)目
依據(jù)被試變壓器測(cè)試電壓，調(diào)整中間變壓器電壓分接，顯示分接開(kāi)關(guān)分接位置，確定并調(diào)整電壓互感器電壓檔位，顯示電壓互感器檔位及變比，依據(jù)被試電流大小確定并調(diào)整電流互感器檔位，顯示電流互感器檔位及變比；并保證互感器二次不開(kāi)路；確認(rèn)隔離刀的位置并判斷是否正確。依據(jù)試驗(yàn)電壓、電流確定過(guò)電壓、過(guò)電流的值，并進(jìn)行保護(hù)。（一般電壓不超過(guò)105%，電流不超過(guò)120%）。
控制148kV試驗(yàn)輸出母線的隔離刀分、合位置是否正確。對(duì)分、合位置不正開(kāi)關(guān)進(jìn)行提示，并且直到錯(cuò)誤糾正后才進(jìn)行下一步操作。
a.空載試驗(yàn)
b.負(fù)載試驗(yàn)
c.感應(yīng)耐壓試驗(yàn)
以上三項(xiàng)為基本的功能，試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)配備自動(dòng)分段快速而無(wú)振蕩升降電壓、佳電流量程自動(dòng)選擇切換功能模塊及的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)設(shè)備，系統(tǒng)應(yīng)具有試驗(yàn)速度快、試驗(yàn)數(shù)據(jù)精度高、自動(dòng)記錄分析各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示試品各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果等性能。系統(tǒng)配備用鼠標(biāo)或鍵盤升降鍵操作的手動(dòng)“慢升”、“慢降”、“快升”、“快降”調(diào)壓按鈕（如果發(fā)電機(jī)有此功能），供用戶需要手動(dòng)調(diào)壓時(shí)使用。手動(dòng)調(diào)壓時(shí)，可隨時(shí)用鼠標(biāo)手動(dòng)點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)采集按鈕”，同步采集三相電壓平均值、方均根值、三相平均電流、試品總損耗等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并可無(wú)限制地重復(fù)采集，直到試驗(yàn)人員對(duì)數(shù)據(jù)滿意為止。
4.1 空載試驗(yàn)
空載試驗(yàn)由計(jì)算機(jī)根據(jù)產(chǎn)品序號(hào)調(diào)出產(chǎn)品參數(shù)或由試驗(yàn)員確定試驗(yàn)電壓，調(diào)整中間變壓器并確認(rèn)，調(diào)整電壓互感器檔位并確認(rèn)，調(diào)整電流互感器檔位并確認(rèn)。操作各刀閘并判斷位置是否正確，依次合各開(kāi)關(guān)并驗(yàn)證是否合上，控制發(fā)電機(jī)升壓，控制升壓速度及測(cè)量點(diǎn)位置，自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整，使測(cè)量點(diǎn)的位置以平均值電壓表為準(zhǔn)誤差小于0.2%（功率分析儀誤差保證）（或缺省設(shè)置，此數(shù)據(jù)對(duì)用戶開(kāi)放，用戶可自由設(shè)定大小），當(dāng)電壓在誤差范圍之內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試，按平均值電壓校準(zhǔn)空載損耗值，自動(dòng)保存數(shù)據(jù)如圖10所示，降低電壓，依次斷開(kāi)各接開(kāi)關(guān)并確認(rèn)，試驗(yàn)結(jié)束。
圖10
試驗(yàn)員可依據(jù)情況調(diào)整試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間，以便觀察被試品情況。在空載試驗(yàn)中依據(jù)被試變壓器設(shè)定有過(guò)電流、過(guò)電壓、電壓不平衡保護(hù)，在保護(hù)動(dòng)作時(shí)將動(dòng)作時(shí)的值鎖定，以便分析故障性質(zhì)。
4.2 負(fù)載損耗試驗(yàn)
負(fù)載損耗試驗(yàn)可由計(jì)算機(jī)根據(jù)產(chǎn)品序號(hào)調(diào)出產(chǎn)品參數(shù)或由試驗(yàn)員確定試驗(yàn)電流、試驗(yàn)電壓，調(diào)整中間變壓器，調(diào)整電壓互感器檔位并確認(rèn)，調(diào)整電流互感器檔位并確認(rèn)。操作各刀閘并判斷位置是否正確，依次合各開(kāi)關(guān)并驗(yàn)證是否合上，控制發(fā)電機(jī)升壓，控制升壓速度及測(cè)量點(diǎn)位置，可自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整，當(dāng)電流在誤差范圍之內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試，自動(dòng)保存數(shù)據(jù)如圖11所示，降低電壓，依次斷開(kāi)各開(kāi)關(guān)并確認(rèn)，試驗(yàn)結(jié)束。
圖11
試驗(yàn)員可依據(jù)情況調(diào)整試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間，以便觀察被試品情況。負(fù)載損耗試驗(yàn)可直接在額定分接，大分接和小分接（或試驗(yàn)員確定的分接）分別進(jìn)行，數(shù)據(jù)可依次保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。
在負(fù)載試驗(yàn)中依據(jù)被試變壓器設(shè)定有過(guò)電流、過(guò)電壓、電壓不平衡、電流不平衡等保護(hù)，在保護(hù)動(dòng)作時(shí)將動(dòng)作時(shí)的值鎖定，以便分析故障性質(zhì)。
4.3感應(yīng)耐壓試驗(yàn)
感應(yīng)耐壓試驗(yàn)可由計(jì)算機(jī)根據(jù)產(chǎn)品序號(hào)調(diào)出產(chǎn)品參數(shù)或由試驗(yàn)員確定試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)時(shí)間，調(diào)整中間變壓器檔位并確認(rèn)，調(diào)整電壓互感器檔位并確認(rèn)，確定試驗(yàn)電流，調(diào)整電流互感器檔位并確認(rèn)。確認(rèn)各刀閘位置并判斷是否正確，依次合各開(kāi)關(guān)并驗(yàn)證是否合上，控制發(fā)電機(jī)升壓，控制升壓速度及測(cè)量點(diǎn)位置，可自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整，使測(cè)量點(diǎn)的位置以大于97%，小于101%（或缺省設(shè)置，此數(shù)據(jù)值對(duì)用戶開(kāi)放，用戶可自由設(shè)定大小），系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束，降低電壓，依次斷開(kāi)各開(kāi)關(guān)并確認(rèn)，如圖12所示：
圖12
試驗(yàn)員可依據(jù)情況調(diào)整試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間，以便觀察被試品情況。
在感應(yīng)電壓試驗(yàn)中依據(jù)被試變壓器設(shè)定有過(guò)電流、過(guò)電壓、電壓不平衡、電流不平衡等保護(hù)，在保護(hù)動(dòng)作時(shí)將動(dòng)作時(shí)的值鎖定，以便分析故障性質(zhì)。
4.4 溫升試驗(yàn)
該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有外部試品溫度數(shù)據(jù)通訊接口，能實(shí)時(shí)顯示標(biāo)準(zhǔn)通訊信號(hào)數(shù)據(jù)。
以上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)可歸檔至數(shù)據(jù)庫(kù)，供隨時(shí)查詢、打印，如圖13所示：
圖13
4.5 諧波分析功能：1~19次諧波，變壓器諧波分量測(cè)量與空載損耗測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，測(cè)量19次以內(nèi)的三相電流、三相電壓諧波分量，可以列表顯示各次諧波分量的百分?jǐn)?shù)并打印在A4紙上，以上數(shù)據(jù)可保存，待日后查詢。
5 計(jì)算機(jī)、PLC網(wǎng)絡(luò)及控制保護(hù)
5.1 系統(tǒng)具有人性化的人機(jī)界面：試驗(yàn)開(kāi)始至結(jié)束，均有系統(tǒng)提示操作。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)記錄的查詢和打印功能：所有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)均保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，可按不同的方式查詢和打印，如按試品編號(hào)、試驗(yàn)日期查詢，或按試驗(yàn)順序用滾動(dòng)方式進(jìn)行模糊查詢。試驗(yàn)記錄格式由哈爾濱天通變壓器有限責(zé)任公司提供。系統(tǒng)配備與本系統(tǒng)主工控計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)上計(jì)算機(jī)使用的軟件，供網(wǎng)上其他終端計(jì)算機(jī)查詢、打印試驗(yàn)記錄和輸入直流電阻、變比等其他數(shù)據(jù)之用,如圖14所示
圖14
5.2 系統(tǒng)運(yùn)行中，即使計(jì)算機(jī)死機(jī)，系統(tǒng)也不會(huì)失控，系統(tǒng)具有緊急停止按紐。并采用可靠的隔離措施防止高電位進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)具備高可靠性。
5.3 本系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)（試驗(yàn)臺(tái)）能查詢、顯示、控制系統(tǒng)中的所有主要運(yùn)行數(shù)據(jù)，如機(jī)組的各點(diǎn)溫度、超溫報(bào)警（如果發(fā)電機(jī)組有此通訊功能）、電流、電壓、功率、功率因素、有功功率、頻率等參數(shù)的實(shí)時(shí)值。如圖15所示：
圖15
5.4 發(fā)電機(jī)控制
發(fā)電機(jī)控制將分別進(jìn)行勵(lì)磁調(diào)節(jié)，勵(lì)磁電流、電壓測(cè)量。發(fā)電機(jī)輸出開(kāi)關(guān)控制；發(fā)電機(jī)輸出電流、電壓測(cè)量（三相同時(shí)顯示包括開(kāi)關(guān)柜上電磁式儀表）；發(fā)電機(jī)過(guò)電流、過(guò)電壓保護(hù)，過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)值要有默認(rèn)值和輸入值兩種方式。以上保護(hù)與電磁式速斷保護(hù)在時(shí)間上和保護(hù)值上相互配合，使保護(hù)更完善，更可靠。上述操作均在計(jì)算機(jī)上完成，如圖16所示：
圖16
5.5 警燈、警鈴、急停按鈕：
警燈、警鈴由計(jì)算機(jī)通過(guò)開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)控制。保證程序正確。一般在電源合閘之前，響三聲警鈴，每次2秒，在電源全部斷開(kāi)之后響一聲警鈴，時(shí)間為5秒。在**開(kāi)關(guān)放在運(yùn)行位置時(shí)，警燈亮，在禁止位置后警燈滅。
急停按鈕在主控室和每一個(gè)控制箱上安裝，保證在發(fā)生緊急情況時(shí)可靠地?cái)嚅_(kāi)電源回路，以保證人身和設(shè)備的**。
5.6 計(jì)算機(jī)上能看到以下4處電壓和電流的實(shí)際的A、B、C三相的顯示：
發(fā)電機(jī)組或調(diào)壓器的輸出電壓和電流，三相共6個(gè)值；試驗(yàn)中間變壓器的輸出電壓和電流，三相共6個(gè)值；（變壓器的輸出端有電流互感器）;電容器塔（如果它們投入使用的話）輸出電壓和電流，三相共6個(gè)值；（電容器塔的輸出端有電流互感器）；測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)量出的加在被試變壓器上的電壓和電流。中變、電容塔、試品上的電壓是一樣的，均來(lái)自功率分析儀，如圖17所示：
圖17
6 結(jié)束語(yǔ)：
采用PLC編程控制系統(tǒng)對(duì)整套試驗(yàn)站的控制部分進(jìn)行集中控制，通過(guò)復(fù)雜的聯(lián)鎖及互鎖電路設(shè)計(jì)，防止人為誤操作事件的發(fā)生；所采用PLC編程控制器由德國(guó)西門子生產(chǎn)，控制元器件由施奈德提供；變壓器微機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)由中國(guó)新時(shí)代工程公司設(shè)計(jì)，配合高精度進(jìn)口功率分析儀等測(cè)量?jī)x器，可對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量、采集、顯示、儲(chǔ)存；PLC控制柜與監(jiān)控系統(tǒng)采用光纖通訊；試驗(yàn)站通過(guò)高壓隔離切換可以完成試驗(yàn)電源的選用，同時(shí)可以將試驗(yàn)電源控制權(quán)交由試驗(yàn)臺(tái)控制；由于兩試驗(yàn)室共用兩套試驗(yàn)電源。接線較為復(fù)雜，為了保證設(shè)備和人身**，各試驗(yàn)臺(tái)設(shè)置了電氣互鎖。同時(shí)在試驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置模擬運(yùn)行盤，以顯示試驗(yàn)系統(tǒng)的連接狀態(tài)，便于試驗(yàn)人員掌握設(shè)備總體運(yùn)行情況。
高壓試驗(yàn)系統(tǒng)自投入運(yùn)行后，大大提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)保存時(shí)間，為實(shí)現(xiàn)出廠變壓器的可追溯性提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和依據(jù)，獲得使用方好評(píng)！
