一体化主变油温校验装置的研制

田新华

摘要：变电站主变油温测量主要通过4-20mA变送器输入测控装置实现。现场常出现主变油温表读数与后台显示的油温相差较大的问题，需要继保人员使用高精度电流钳表测量，复杂计算对应主变温度。另外，继保班组无仪器可高精度输出4-20mA，用于测控装置温度校验。基于上述原因，本文研制一体化主变油温校验装置。通过简单选择主变温度表测温参数，接入4-20mA，直接显示对应主变油温值，并弥补了当前测控装置精度无校验的现状。同时，该装置可应用于主变中性点电流等通过4-20mA输入输出的测量与校验。

关键词：主变油温、测控装置精度、4-20mA

1 背景

随着科技的发展，自动化水平的提高，目前电力系统变电站大都完成了综合自动化改造，实现了无人值班。变压器作为变电站内主设备，其中变压器油温是一项能实时反映其负荷水平和安全状况的重要参数。变电站变压器保护测控中，主变油温是非常重要的监控信息，通过对油温的实时监控，可以帮助运行、检修人员判断主变内部是否存在故障或异常。油温变化范围在0℃到160℃之间，油温实时遥测信息一般是通过温度传感器、变送器、测控装置、交换机输送到后台。安装在变压器本体内的电阻作为温度传感器，将温度变化线性的转换为电阻值；温度变送器将采集的电阻值转化为0-5V的电压量或4-20mA的电流量输出给测控装置；测控装置将采集的反映温度的电流量转化为数字量；经过交换机送给后台；后台通过设定反映温度满值和电流满值比例的系数，将数字量转化为温度显示出来。

油温作为一项非电量参数，与电量参数电压、电流相比，其采集技术难度更大，变换环节多，由于技术规范不统一、设备参数不一致等原因，其采样准确性、显示正确率一直较低。现场工作中，常出现主变油温表读数与后台显示的油温相差较大的问题，需继保人员继保人员使用高精度电流钳表进行测量，复杂计算对应的主变油温，明显增加了人员的工作负担。另外，继保班组无仪器可高精度输出4-20mA，用于测控装置温度校验，为进一步查找该类型问题增加了难度。

2 工作原理

主变油温测量的是模拟量，模拟量值和A/D转换值是成线性关系的。我们可利用PLC 4-20mA的模拟量转换公式完成。假如模拟量的标准电信号是A0－Am（如4-20mA），A/D转换后的数值为D0－Dm（如0℃~100℃），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于线性关系，函数关系A=f（D）可以表示为数学方程：

式（1）

4-20mA对应0℃-160℃，即A0=4，Am=20，D0=0℃，Dm=160℃，代入公式，得出：

式（2）

假设实测温度为65℃时，即对应的输出电流为：

式（3）

根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系D=f（A）可以表示为数学方程：

式（4）

4-20mA对应0℃-160℃，即A0=4，Am=20，D0=0℃，Dm=160℃，代入公式，得出：

式（5）

假设输出电流为18mA，即对应的输出温度为（℃）：

式（6）

综上所述，通过装置快速实现主变油温与测量量之间的快速转换，减少了人员工作量。

3 模块介绍

一体化主变油温校验装置由PLC基本单元（FX_2N-48MR）与特殊功能模块（如FX_2N-2AD等）组成。PLC基本单元与特殊功能模块的连接通过扩展总线实现，它们之间的数据传输和参数设置都是通过FROM/TO指令实现的。其中，RROM指令用于PLC基本单元读取特殊功能模块中的数据；TO指令用于PLC基本单元将数据写到特殊功能模块中。读/写操作都是针对特殊模块的缓冲寄存器BFM进行的。每个特殊功能模块都有一个确定的地址编号，使得PLC能够准确找到指定功能模块。编号的方法是由最靠近PLC基本单元的那一个功能模块开始顺次编号，当各控制单元连接好后，各特殊功能模块的编号也就确定了。

一体化主变油温校验装置结构图如图所示，主要包括以下几个模块：PLC、FX_2N-2AD模拟量输入模块、FX_2N-2DA模拟量输出模块、电源模块、电流采集模块、编程设备与人机接口模块。工作过程如下：本装置通电后，通过电源模块向整个装置供电。电流采集模块将采集到的电流值通过FX_2N-2AD模拟量输入模块将模拟量转换成数字量输送给PLC；操作员通过人机接口模块将需要设置的主变温度范围等数据输入到编程器，编程器用来生成用户程序，实现电流与温度之间的相互转换，并通过人机接口模块显示当前计算温度值。FX

_2N-2DA模拟量输出模块用于输出高精度4-20mA电流值给测控装置，用于测控装置温度校验。

该装置用到的特殊功能模块如下：

1. FX_2N-2AD模拟量输入、FX_2N-2DA模拟量输出模块。在实际的控制中，控制对象的输入量或输出量是连续变化的模拟量（温度、电流），PLC的CPU只能处理数字量。因此PLC为满足控制需要，必须能够实现模拟量与数字量之间的转换。模拟量输入/输出模块的主要用途就是完成A/D（模拟信号的输入）和D/A转换（模拟信号的输出），将输入或输出4-20mA的电流值转换成最大分辨率（分辨率：4uA（20-4）/4000)为12位的数字量，供CPU处理。以FX_2N-2DA模拟量输出模块为例，FX_2N-2DA为两通道12为模拟量输出模块。两个通道均可实现数模转换，输出电压范围为DC 0～+10V、0～5V，电流输出范围为DC 4～20mA，根据对端子设置，可实现电流输出。转换速度为4m/s通道。FX_2N-2DA通过扩展总线与FX_2N系列PLC基本单元相连，占用8个I/O端子，模块中模拟电路和数字电路之间具有光隔离，具体技术指标如表1所示。

表1 FX_2N-2DA技术指标

项目	电压输出	电流输出
	两通道模拟量输出，根据电流输出还是电压输出，对端子进行设置
数字输入	12位
分辨率	2.5mV(10v/4000)或1.25mV(5V/4000)	4μA(20-4)/4000
综合精度	±1%（全范围0～10V）	±1%（全范围4～20mA）
转换速度	4ms/CH(顺序程序和同步）
隔离方式	模拟电路和数字电路之间用光耦合器进行隔离 主单元的电源用DC/DC转换器进行隔离 模拟通道之间不进行隔离
模拟量用电源	24(1±10%)VDC,50mA(来自于主电源的内部电源供应)
I/O占有点数	模块占用8个输入或输出点（可为输入或输出）

2. 编程设备与人机接口：编程器用来生成用户程序，实现电流与温度之间的相互转换，人机接口是指PLC所配备的各种显示模块和图形操作终端，用于监视和显示当前温度值。

4 结语

变电站主变油温测量主要通过4-20mA变送器输入测控装置实现。现场常出现主变油温表读数与后台显示的油温相差较大的问题，需要继保人员使用高精度电流钳表测量，通过复杂计算对应主变温度。同时，继保班组无仪器可高精度输出4-20mA，用于测控装置温度校验。基于上述原因，本项目研制一种一体化主变油温校验装置。具备以下功能：1.通过简单选择主变温度表测温参数，接入4-20mA，直接显示对应主变油温值,当主变油温读数与后台显示的油温不一致，通过一体化主变油温校验装置可快速计算对应主变温度，减轻班组人员负担，提高工作效率2.测控装置定检或验收时，在一体化主变油温校验装置输入温度值，输出对应的4-20mA电流用于校验测控装置精度。

3.正常情况下，主变中性点电流很小，继保无高精度仪器准备测量其电流值，该装置也可应用于主变中性点电流等通过4-20mA输入输出的测量与校验。

参考文献

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[6]赵岩，赵克境，刘向利.变压器远方测温系统的技术改进（J）.黑龙江电力,2006,28(3):226-227,230.

作者简介：

田新华（1993），女，广东东莞。高级工，硕士，主要从事变电站继保自动化专业方向。

基 金项目：中国南方电网公司职创项目“一体化主变油温校验装置的研制”

（项目编号：031900KK52200143）

Foundation item：Supported by the Technical Projects of China Southern Power Grid“Integrated main transformer oil temperature calibration device”(No.031900KK52200143)