基于STM32的变压器风冷控制系统优化设计

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1、第38卷第11期华电技术Vol.38No.112016年11月HuadianTechnologyNov.2016基于STM32的变压器风冷控制系统优化设计吴学正，黄一然(国网河北省电力公司青县供电分公司，河北沧州062651)摘要：目前，变压器风冷控制系统多采用可编程逻辑控制器（PLC)或数字信号处理（DSP)芯片作为控制核心，控制系统中考虑的影响因素较少。随着STM32系列芯片技术的发展，其以完全具备DSP芯片主要功能模块，并以低廉的价格成为自动控制领域中的重要元件。本设计参照现有变压器风冷控制系

2、统，设计了以STM32为主控芯片的风冷控制系统。加人脉冲宽度调制（PWM)软启动、有差值裕度的投、切温度阀值、风机分组启停、按负荷及绕组温度投切、故障保护等多种功能,优化了变压器风冷控制系统，提高了风冷系统的可靠性,延长了其使用寿命。关键词:风冷系统;差值裕度;故障保护;软启动中图分类号:TP273文献标志码：B文章编号：1674-1951(2016)11-0021-02降低风冷电机磨损，延长电机寿命，从而降低故〇引言障率。变压器是电力系统的重要设备。目前，电力系1.2.2采用PWM软启动统中的大容

3、量变压器主要为油浸式。该类型变压器不采用任何启动装置，直接加额定电压到定子在运行中内部铁芯和绕组会产生部分损耗并以热能绕组启动电机时，电动机转速迅速由零上升到额定的形式传递出去，使变压器的温度升高。变压器温转速，启动瞬间电机的电流可达额定电流的4~8升影响其带载能力，同时也会加速绝缘老化，影响其倍，启动转矩可达额定转矩的2倍以上，这会严重影使用寿命。变压器风冷系统对提高电力系统的可靠响电机的使用寿命。STM32芯片自带PWM功能模性，保证变压器安全可靠运行起着至关重要的作用。块，配合风冷系统电机驱动

4、电路可实现异步电机软研究出经济高效的风冷控制系统对降低风冷系统故启动，降低电机启动电流，延长其使用寿命。障率，延长风冷系统使用寿命具有重要意义[“2]。1.2.3采用有差值裕度的投、切温度阀值1变压器风冷控制系统优化传统变压器风冷控制系统在控制风冷装置自动投、切时大多采用的方法是:设定一固定不变的温度1.1主控芯片选择阀值，变压器油温超过该值时继电器动作，投入风冷控制变压器风冷系统的装置多采用单片机、可装置;油温低于设定值时切除风冷装置。这类方法编程逻辑控制器（PLC)。近年来，数字信号处理的缺点是

5、当变压器油温在温度阀值附近来回波动(DSP)芯片以本身自带而无需另外扩展VD转换时，将致使风冷装置频繁投切[8]。模块、脉冲宽度调制（PWM)模块，可选多种通信接本文中变压器风冷控制装置采用一种新型的投口，抗干扰能力强等优点代替了单片机和PLC成为控制风冷系统的主要元件。目前，随着STM32系列切控制策略——有差值裕度的投、切温度阀值的投芯片技术的发展，以具备DSP芯片优点并以低廉的切控制，这种控制策略经证实可以有效地避免风机的频繁投切，从而延长风机使用寿命。价格成为风冷控制系统的首选元件[-4]。

6、1.2风冷电机控制优化当变压器油温上升时，油温超过^时，投入部1.2.1风冷电机控制优化的必要性分风冷装置;当变压器油温下降，油温低于切除电力变压器风冷系统主要由专用鼠笼式异步电部分风冷装置;当变压器油温在^之间时，装置动机和安装于电机转子轴端的轴流式风扇组成。风不做投切动作，如图1所示。扇很少出现故障，大多数故障是由异步电动机或其1.2.4冷却风机分组启、停控制箱引起的，其中95%的故障是由异步电动机造冷却风机控制采用分组启、停方式，即将整台主成[5-7]。因此，在设计变压器风冷系统时要考虑变压器

7、全部冷却风机分成2组或2组以上，冷却风机的投切按控制1组或多组风机同时启停进行。在收稿日期:2016-03-07;修回日期:2016-08-19需要投切风冷装置时参考累计运行时间和累计停止•22•华电技术第38卷时间进行投切，如图2所示。实践证明该控制策略可减少风机启停次数。累计运行时间是指风冷装置每次投人运行的时间。从风冷装置投人运行开始计时，风冷装置退出运行时清零，重新投人运行后重新开始计时[9^°]。同样，累计停止时间表示风冷装置每次退出运行的时间。是否投切投风冷装置-----------r-

8、---------——►切装置投装置切风冷装置t一心变压器油温/r图1有差值裕度的风冷装置投切示意(程序入n)(程序出口）图3冷却风机按负荷、绕组温度启停流程2风冷控制系统整体方案及程序流程基于STM32的变压器风冷控制系统整体方案如图4所示。风机状态量不只包括风机的投、切状态量，还包括风机是否故障状态量。键盘控制可实现对风机状态的就地控制。RS-485串口实现STM32主控单元与上位机之间通信。RS-485串口在本地通信领域应用很广泛，在此不再赘述。图2冷却风机分组