本文分析了110kV干式變壓器溫度測控系統需要解決的問題，并采用紅外溫度傳感器代替傳統的鉑電阻進行非接觸式溫度測量，從紅外溫度傳感器的測溫原理、測溫特點等方面進行了詳細的闡述。同時該系統采用PLC對各種采樣信號進行處理，提高了整個系統運行的安全性和可靠性。

本測控系統選用紅外溫度傳感器、Ptl00熱電阻對變壓器的繞組和鐵芯溫度進行采樣；選用電壓互感器，電流變送器對低壓側繞組的電壓、電流進行采樣；選用SIEMENS的S7-300PLC對各采樣數據進行處理；同時根據需要，配合單相可控硅控制器，通過對變壓器所配備的風機進行啟/停和變速控制，實現對繞組溫度的調節。

1測控系統的方案設計

110kV干式變壓器的測控系統主要由5部分組成：傳感器、A/D、D/A模塊、PLC主機、輸入輸出模塊及可控硅控制器。

2紅外測溫系統的設計

2.1紅外傳感器系統的工作原理

一個典型的紅外傳感器系統由光學接收器、紅外探測器和信號處理系統等部分組成

2.2紅外溫度傳感器的選擇與安裝

經過綜合考慮選用了EXERGEN的本安型IRt/c.01-K-240F/120C紅外溫度傳感器，標準包裝帶1米長電纜和兩個安裝螺母。

利用變壓器用于緊固鐵芯的U型上夾件，在繞組上表面的上方各安裝一紅外溫度傳感器，共6個，使其距離繞組上表面15mm左右。再將傳感器連接到PLC的模擬量輸入模塊上，所測溫度信號經過放大和A/D轉換后，送入PLC主機利用軟件進行數據處理。系統框圖110kV干式變壓器測溫系統框圖略。

IRt/c系列紅外溫度傳感器為K型熱電偶信號輸出，可直接與PLC的A/D模塊相連，采樣信號經模塊放大、濾波處理后，轉換成分辨率為12位的數字信號，送入PLC的CPU。

2.3紅外測溫系統的調試

首先給變壓器通電，然后改變變壓器所加負載的大小。加大負載，在溫度上升的過程中，每隔20度對溫度值記錄一次，直至溫度上升至140℃，即分別記錄20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃時的溫度；然后減小負載，在溫度下降的過程中，再重新測量一遍。

將110kV干式變壓器的測控系統所測得的溫度值與傳統溫控器的測量值進行比較，根據紅外溫度傳感器所測溫度值與實際溫度值(Pt-100所測溫度值)的偏差，每20度為一單元，利用PLC軟件編程，對溫度值進行線性標定。標定后溫度的誤差在1℃的范圍內。

3冷卻風機控制系統的設計

3.1冷卻風機系統自動操作子程序

在溫度較低時，風機停止，變壓器通過自然風冷降溫；在溫度很高時，全速開啟風機降溫；在溫度較高時，采用PID控制對風機轉速進行調節，盡可能提前的降低溫度。

3.2冷卻風機系統的PID設計

3.2.1PID模塊

S7編程軟件V5.1中的標準程序庫中，包含有PID控制塊，該塊中又包含五個于PID控制的功能塊(FB)，其中FB58(TCONT_CP)和59(TCONT_S)［1-4］專門用于溫度控制的功能塊。

3.2.2功能塊FB58的編制

FB58(TCONT_CP)是S7編程軟件提供的基于PID算fade gong能塊，通過連續的或脈動的控制信號控制溫度過程，可用于純加熱或純降溫控制。

FB58的部分輸入輸出參數如下：

SP_INT:INTERNALSETPOINT.設定值以浮點格式從SP_INT端輸入。

PV_IN:PROCESSVARIABLEIN.過程變量以浮點格式從PV_IN端輸入。

SELECT:SELECTIONOFCALLPIDANDPULSEGENERATOR.該端有4種輸入方式。SELECT=0，功能塊被周期性的中斷調用，PID算法與脈寬發生器同時作用。SELECT=l，功能塊被組織塊0B1調用，僅處理PID算法。SELECT=2，gong能塊被周期性的中斷調用，僅脈寬發生器作用。SELECT=3，功能塊被周期性的中斷調用，僅處理PID算法。

MAN_ON:MANUALOPERATIONON.該端置1，進行手動操作。

PVPER_ON:PROCESSVARIABLEPERIPHERT.該端置l時，以外設I/O格式輸入過程變量。

LMN:MANIPULATEDVARIABLE.操作變量，FB58的輸出值。該值以浮點格式輸出，并通過限幅函數限制其大小。

CYCLE:SAMPLETIMEOFCONTINUOUSCONTROLLER.PID算法的采樣時間。

COM_RST:COMPLETERESTART.該端為TRUE時，FB58執行重啟動，FB58的所有參數將初始化為默認值。

在對功能塊FB58進行編制時，首先將該功能塊從標準程序庫中復制到該項目中，然后為其創建背景數據塊。由于該測控系統中，FB58被6次調用，因此共有6個背景DB。溫度信號經過PLC數字濾波和標定后，以浮點格式送入VP_NI端，SELECT端輸入為1，MAN_N0端為0，PVPER_N0端為0。通過對每組風機的調試，將有效的比例常數GAIN，積分時間常數TI，微分時間常數TD和采樣周期CYCLE值以特殊結構保存至FB58的相應背景數據塊中。輸出值以浮點格式從LMN端輸出，經PLC轉換后，送至模擬量輸出模塊，用于驅動可控硅控制器。

3.3冷卻風機電氣控制組成及原理圖

3.3.1風機電氣控制系統的組成

(1)六組單相風機M1、M2、M3、M4、M5、M6。每組由4臺風機組成。

(2)六個接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6。任一接觸器閉合時，其對應的風機組可進行全速運行；打開時，其對應的風機組可變速運行。

(3)六個雙向晶閘管KS1、KS2、KS3、KS4、KS5、KS6。可對風機組調壓調速。

(4)六塊單相可控硅控制器，CF2B(1)—CF2B(6)。利用晶閘管的移相控制原理，通過控制器控制晶閘管的導通角，改變其輸出電壓。六塊控制器的輸出保護繼電器為KA1、KA2、KA3、KA4、KA5、KA6。

3.3.2電氣控制原理

對冷卻風機的電氣控制系統，由PLC的數字量輸入輸出模塊輸出可控硅控制器的脈沖封鎖信號F1~F6，控制風機組的通電與斷電；由數字量輸出模塊輸出風機組全速運轉信號KM1~MK6；由模擬量輸出模塊輸出經PID處理的模擬信號AGFout~CDFout，控制風機組變速運轉時的轉速,電氣控制原理圖略。

正常情況下，F1~F6為高電平，控制器的常閉保護繼電器斷開，風機無外加電源，停止運行；KM1~KM6為高電平，接觸器閉合，使風機組一旦接通，可全速運轉。當繞組溫度升至90℃時(以A相高壓繞組為例)，Fl輸出低電平，保護繼電器閉合，風機組M1通電，并以全速運轉。然后KM1置0，同時控制器根據模擬量信號AGFout的大小進行移相調節，通過晶閘管KS1改變風機組Ml兩端的電壓，使風機變速運行。當繞組溫度升至100℃時，KM1輸出高電平，使接觸器KM1閉合，晶閘管KS1被短路，風機組Ml全速運行。當繞組溫度下降至80℃時，Fl輸出高電平，風機組停止運轉。

4結論

本文所研究的系統是一個較為完整的測控系統，包含了溫度信號的采集、處理和控制。該測控系統采用紅外溫度傳感器代替Pt100熱電阻，選用SIEMENS的S7-300PLC代替單片機，對電壓、電流、溫度同時進行監測、控制風機制冷及報警。特別是專門用于溫度控制的功能塊FB58，實現純軟件PID控制，方便使用而且宜于維護。

同時配合單相可控硅控制器，通過對變壓器所配備的風機進行啟/停和變速控制，實現對繞組溫度的調節并且能夠實現對風機的有效節能。終實現通過PLC對各樣采集數據的處理以及對風機的控制。