变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复的系统及方法

摘要

本发明涉及一种变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复的系统及方法，包括主控制模块，用于管理风冷控制模块的运行，收集并汇总来自风冷控制模块的模拟量、开关量数据，管理风冷控制模块的工作切换，记录存储告警事件和动作事件；至少一个风冷控制模块，用于采样冷却器的电气量和开关量，检测并排除冷却器的故障；背板模块，用于实现所述的主控制模块和所述的风冷控制模块之间的通信；电源模块，用于为所述的系统提供供电电源。采用该系统及方法，风冷控制装置的系统更加坚强，装置现场发生故障时运维人员可以操作本地界面进行排查维护；或者提供一种系统自动恢复方法，故障插件自动切换，无需人工手动操作。

说明书

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及变压器风冷控制技术领域，具体是指一种变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复的系统及方法。

背景技术

变压器的稳定运行是确保电力系统运行的重要环节，为了最大限度的确保供电质量，提高电力系统运行稳定性，做好电力设备的故障检修就显得十分重要。

风冷控制系统检修是一种专业性强的工作，风冷设备在工作过程中由于各种因素的影响可能存在一定的潜在安全隐患。因此，对检修人员来说，要有效消除潜在安全隐患，必须具有较高的专业技术水平和综合素质，不论是安全、理论、技巧还是业务方面，都必须具有相当高的水准。然而现行状况下电力设备检修专业人才十分缺乏，这对整个风冷控制系统设备的检修工作存在一定的不良影响。

除此之外，风冷控制系统设备检修中使用电脑的能力比较弱，仅仅停留在使用保存数据和处理简单文件上，在设备检修中使用现代化的检测仪器和手段也比较匮乏，亟待进行改进。

其次，风冷控制系统故障检修具有很强的针对性。系统中的设备五花八门，在通过检测和诊断后，需要确定具体的检修对象和内容，才能作出检修反应，检修项目繁多会延长检修时间。

再次，目前风冷控制设备故障检修本身可能需要解体设备。故障设备解体首先需要停运设备本身，而单个风冷设备故障很可能引起整个系统相关设备的停运。设备解体需要更复杂的技术和更多检修时间，会增加电力系统的经济损失。

近几年来，在大型变压器运行中，出现冷却器全停事故使变压器跳闸或被迫减负荷的故障已有多起。变压器运行中，冷却器全停，将发“冷却器全停”故障信号。冷却器全停时变压器运行的一般规定如下：强油循环风冷变压器，当冷却系统故障切除全部冷却器，允许带额定负载运行20min。若20min后顶层油温尚未到达75℃，则允许上升到75℃，但这种状态下运行的时间最长不得超过1h。对冷却器全停故障，若不及时处理使冷却器恢复运行，则可能在全停时间超过20min且油温超过跳闸整定值时，将跳主变压器各侧断路器(目前有的大型变压器已将跳闸回路解除)。因此当传统风冷控制装置检修需要停装置电源时，容易造成控制装置失电运行期间没有系统监管风冷系统运行，变压器冷却系统运行就存在真空阶段。

传统风冷系统故障检修还停留在落后的人工维护的阶段。对于继电器型风冷控制系统设备，检修人员需要对照继电器系统逻辑图逐个排除故障设备，对于PLC型风冷控制系统，处理程序一般为：1、迅速投入备用冷却器或投入所有备用冷却器；2、人工对照说明书排查PLC系统故障；3、停PLC装置电源，更换PLC插件；4、重新配置更换PLC设备运行参数；5、恢复PLC系统运行。此两种类型系统都需要停整个风冷控制系统电源，进行人工排查，难以定位具体的故障插件和故障点，造成排查问题和处理缺陷时间跨度较长，造成风冷系统失去监护，处于监控盲区，造成很大安全隐患。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复的系统及方法。

为了实现上述目的，本发明具有如下构成：

该变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复系统，包括：

主控制模块，用于管理风冷控制模块的运行，监视风冷控制模块状态，控制风冷控制模块的跳闸出口，收集并汇总来自风冷控制模块的模拟量、开关量数据，管理风冷控制模块的工作切换，记录存储告警事件和动作事件，产生报表，接受到由网络下发的控制命令，定值查看并修改命令；

至少一个风冷控制模块，用于采样冷却器的电气量和开关量，通过继电器出口控制冷却器组的运行，检测并排除冷却器的故障；

背板模块，用于实现所述的主控制模块和所述的风冷控制模块之间的通信；

电源模块，用于为所述的系统提供供电电源，将输入电压转换为系统内部电压；

显示模块，用于显示风冷系统的运行状况，实现人机交互。

较佳地，所述的风冷控制模块的数量和冷却器的数量一致且一一对应。

较佳地，所述的风冷控制模块还包括：

跳闸出口回路自保持单元，用于保证在冷却器智能控制装置发生故障时，冷却器驱动电路能够不依赖装置的运行继续工作；

故障检测单元，用于检测AD采样异常、开入开出回路异常和存储单元读写异常，并在发现异常时向所述的主控制模块发出故障通知。

状态通知单元，用于回应所述的主控制模块的定期扫描，将采样回路、控制回路和存储器的状态发送至所述的主控制模块。

还包括一种基于上述系统实现变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复的方法，所述的方法包括以下步骤：

(1)检测风冷控制模块是否发生故障；

(2)在检测到模块故障时，发出告警；

(3)根据检测到的故障判断需要的工作模式，如果需要手动模式，则继续步骤(4)，如果需要自动模式，则继续步骤(5)；

(4)工作人员手动修复发生故障的模块，继续步骤(6)；

(5)系统下载模型至新的模块，并修改该模块对应的地址，继续步骤(6)；

(6)启用修复后的模块。

较佳地，所述的步骤(4)中还包括以下步骤：

(4-1)工作人员备份发生故障的模块的模型；

(4-2)工作人员停用并拔出该发生故障的模块；

(4-3)工作人员插入替换模块；

(4-4)系统将故障模块原来的模型下载至替换模块，并将改替换模块的地址修改为该发生故障的模块的地址。

较佳地，所述的步骤(5)中还包括以下步骤：

(5-1)系统备份发生故障的模块的定值模型、通讯模型和电机算法模型；

(5-2)系统停用该发生故障的模块；

(5-3)系统下载发生故障的模块的定值模型、通讯模型和电机算法模型至备用模块，并将该备用模块的地址修改为该发生故障的模块的地址。

采用了该发明中的变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复的系统及方法，具有备用插件，设置为自动修复模式时，装置插件发生故障时通过将故障插件的功能迁移到备用插件来完成故障插件功能的替换，通过组态配置工具，将故障插件的实际定值模型，算法模型等从主CPU板插件下装到备用插件，并启用备用插件组态到故障插件对应的冷却器，使备用插件代替故障插件运行。维护人员可以远程操作，一键修复，不需到场，解决恶劣环境下或者其它特殊情况下人员不能及时到现场进行检修的问题；手动模式处理修复故障时，利用装置系统的告警报告、插件调试功能、插件状态信息可以帮助运维人员快速判断排除装置系统的故障，插件更换只需停用插件，备份模型、更换插件、恢复模型四个步骤，大大减少运维人员检修维护时间，不影响变压器冷却系统正常工作，保障了变压器冷却系统的安全运行。

附图说明

图1为本发明的变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复系统的风冷插件安装示意图。

图2为本发明的变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复系统的风冷插件多路信号选择电路的示意图。

图3为本发明的变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复的方法的故障检修流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

该变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复系统，包括：

主控制模块，用于管理风冷控制模块的运行，监视风冷控制模块状态，控制风冷控制模块的跳闸出口，收集并汇总来自风冷控制模块的模拟量、开关量数据，管理风冷控制模块的工作切换，记录存储告警事件和动作事件，产生报表，接受到由网络下发的控制命令，定值查看并修改命令；

至少一个风冷控制模块，用于采样冷却器的电气量和开关量，通过继电器出口控制冷却器组的运行，检测并排除冷却器的故障；

背板模块，用于实现所述的主控制模块和所述的风冷控制模块之间的通信；

电源模块，用于为所述的系统提供供电电源，将输入电压转换为系统内部电压；

显示模块，用于显示风冷系统的运行状况，实现人机交互。

在一种较佳的实施方式中，所述的风冷控制模块的数量和冷却器的数量一致且一一对应。

在一种较佳的实施方式中，所述的风冷控制模块还包括：

跳闸出口回路自保持单元，用于保证在冷却器智能控制装置发生故障时，冷却器驱动电路能够不依赖装置的运行继续工作；

故障检测单元，用于检测AD采样异常、开入开出回路异常和存储单元读写异常，并在发现异常时向所述的主控制模块发出故障通知。

状态通知单元，用于回应所述的主控制模块的定期扫描，将采样回路、控制回路和存储器的状态发送至所述的主控制模块。

还包括一种基于上述系统实现变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复的方法，所述的方法包括以下步骤：

(1)检测风冷控制模块是否发生故障；

(2)在检测到模块故障时，发出告警；

(3)根据检测到的故障判断需要的工作模式，如果需要手动模式，则继续步骤(4)，如果需要自动模式，则继续步骤(5)；

(4)工作人员手动修复发生故障的模块，继续步骤(6)；

(5)系统下载模型至新的模块，并修改该模块对应的地址，继续步骤(6)；

(6)启用修复后的模块。

在一种较佳的实施方式中，所述的(4)还包括以下步骤：

(4-1)工作人员备份发生故障的模块的模型；

(4-2)工作人员停用并拔出该发生故障的模块；

(4-3)工作人员插入替换模块；

(4-4)系统将故障模块原来的模型下载至替换模块，并将改替换模块的地址修改为该发生故障的模块的地址。

在一种较佳的实施方式中，所述的(5)还包括以下步骤：

(5-1)系统备份发生故障的模块的定值模型、通讯模型和电机算法模型；

(5-2)系统停用该发生故障的模块；

(5-3)系统下载发生故障的模块的定值模型、通讯模型和电机算法模型至备用模块，并将该备用模块的地址修改为该发生故障的模块的地址。

在一种具体的实施方式中，本发明采用总线结构，由主CPU板插件、风冷插件、背板插件、电源插件、显示面板组成。

1、主CPU板插件采用高性能ARM处理器，负责管理其他风冷插件的运行，监视其状态，控制风冷插件的跳闸出口；收集、汇总来自插件的各模拟量、开关量数据，记录存储，分析处理；统一管理风冷插件的工作切换，从而控制外部各冷却器组的切换；记录存储告警事件和动作事件，产生报表，帮助事后运行分析；并且能接受到远方网络下发的控制命令，定值查看和修改命令。

2、风冷插件具有独立的高性能CPU，一块插件采样对应一组冷却器的各种电气量、开关量，具有继电器出口控制冷却器组的运行。为了完成装置的故障自检和故障排除功能，风冷插件具有以下特点：

1)跳闸出口回路自保持：

本发明采用具有自保持能力的继电器作为驱动元件，自保持继电器的常闭或常开状态完全是依赖永久磁钢的作用，其开关状态的转换是靠一定宽度的脉冲电信号触发而完成的。当继电器的触点需要开或合状态时，只需要用正(反)直流脉冲电压激励线圈，继电器在瞬间就完成了开与合的状态转换。通常触点处于保持状态时，线圈不需要继续通电，仅靠永久磁铁的磁力就能维持继电器的状态不变。利用这种自保持继电器的特性，可以有效保证在风冷控制装置故障时，冷却器驱动电路不依赖装置的运行能够继续工作。

2)风冷插件具有AD采样异常、开入开出回路异常和存储单元读写异常自检电路，发现自身电路故障时能向主CPU板插件发生故障通知。

3)故障通知回路：

各风冷插件与主CPU板插件之间存在RS485总线联系，交换数据信息。RS485是一种支持热插拔的总线，可以随时增加、删减节点。主CPU板插件定期扫描功能插件，功能插件定期向主CPU板插件回应自身状态，包括采样回路、控制回路、存储单元的状态，方便主CPU板管理维护。

4)插件分别独立运行：

各冷却器控制回路及电源控制回路均由独立的插件完成功能，各插件具有独立的CPU单元，互不干扰，因此任一插件甚至主CPU板插件故障不影响其他插件正常运行。

5)插件支持热插拔：

插件按热插拔原理设计，PCB板接口上电源pin的长度比数据pin的长度长。

6)风冷插件分为前端信号处理电路(前端)和主体两部分，如图2所示。冷却器的所有电气量开关量以及控制开出通过这个配件与外界联系。风冷插件的前端经过背板总线连接到风冷插件，前端信号经过多路选择器再进入插件AD采样电路，装置系统根据插件的地址n分配第n个前端给风冷插件，风冷插件才能选择正确的前端配件，采集需要的通道数据。

3、背板插件

背板插件负责联系主CPU板插件和风冷插件，还联系风冷插件和风冷插件的采样前端。风冷插件和前端配件在背板插件上以前后方式安装，如图1所示。

4、电源插件

提供装置供电电源，将输入110～220VDC/AC转换为装置内部使用的DC12V、DC24V电源。无风扇，具有良好的散热效能；尺寸符合装置要求。

5、显示面板

采用7寸工业RGB多位彩色液晶触摸屏，有丰富形象的画面显示风冷系统的运行状况，方便运维人员就地操作查看当前各组冷却器的当前状态、历史运行状态，告警事件记录，曲线趋势，以及运行报表等信息；方便操作调试风冷插件功能，以及通过插件状态、告警报告、报表等进行装置故障排除。面板上还有运行、告警、动作指示灯，明确装置运行状态。面板上还有复归按钮，可以复归系统告警和动作事件。

软件前提：

1、系统建模，模块化独立建模

系统各种运行状态作了建模，将系统综合投切算法模型、插件管理模型、定值模型、电动机算法模型、备自投算法模型、通讯模型独立建模，分别下装到对应的实现功能插件上去。因此事各个插件模型是独立的。如电动机算法模型只下装到一个马达保护插件，对应一个冷却器。

2.、系统模型备份策略

系统(主CPU板)和风冷插件各具有备份策略。插件上具有非易失性存储芯片，可以存储运行状态模型信息。插件上只保存默认的以及最新的模型。

系统上保存最新5个功能模型信息。系统模型保存遵循变化保存原则，当插件或者系统修改定值、参数时系统更新并保存这一份模型数据。

故障发现：

插件具有AD回路自检电路、开出自检电路和存储器自检电路，当插件发现自身电路异常时可以发出通知给主CPU板插件；

主CPU板定期扫描风冷插件的运行状态，当收到风冷插件的故障通知或者和风冷插件失联时，根据掌握的信息判断是否为重要故障，是否需要更换插件。

故障处理：

1)手动模式：

在装置插件故障时，装置系统告警，运维人员接收到通知后可以通过远程监控中心或者就地液晶显示屏，查看故障插件的位置。故障经过运维人员确认后，通过组态配置工具，将该故障插件的模型数据备份出来；

运维人员将故障插件拔出，更换新的插件。

最后运维人员通过人机交互界面，一键下载将需要的插件模型下装到新插件，即可恢复系统运行

2)自动模式：

在装置插件故障时，系统自检发现插件故障，经过逻辑判断后，确认需要更换插件，发出警示信息提示运维人员调整备用插件代替故障插件运行。运维人员确认更换处理后，系统自动将故障插件的模型信息拷贝到备用插件(装置具有4个运行插件，1个备用插件)，并自动将备用插件的前端选择到故障插件前端，停用故障插件，启用备用插件，备用插件完全代替故障插件运行。

在一个实施例中，装置配备4块工作风冷插件，1块备用风冷插件。风冷插件的前端将信号接入后全部连接到风冷插件，经过多路信号选择器，1号风冷插件选择1号前端的信号，2号风冷插件选择2号前端的信号……以此类推，备用插件不选择任何信号。

如图3所示，当故障发生时，主CPU板检测到n号风冷插件硬件故障，由于风冷插件采用自保持继电器开出，开出继电器保持故障前的出口状态，主CPU板不需处理冷却器的切换。主CPU板发出告警信号，通知运维人员进行处理。

在自动处理模式下，运维人员确认故障处理需要更换插件后，系统自动备份故障插件的所有定值模型、通讯模型、算法模型，存放在主CPU板的存储单元上，若无法取得故障插件的模型时，主CPU板调出保存的最近故障风冷插件的模型，然后主CPU板将n号插件设置为停用。主CPU将n号故障插件的模型下载到备用插件，然后将备用插件地址设置为n，备用插件地址设置后，自动选择n号插件前端信号到采样电路。主CPU板启用新n号插件，系统恢复运行。

在手动模式下，运维人员确认故障处理需要更换插件后，手工备份故障插件的所有定值模型、通讯模型、算法模型，存放在主CPU板的存储单元上，若无法取得故障插件的模型时，调出保存风冷插件模型，选择最近日期的模型，然后将n号插件设置为停用。运维人员就地将故障插件拔出，插入新替换插件，然后将调出的n号故障插件的模型下载到替换插件，再将替换插件地址设置为n，插件地址设置后，自动选择n号插件前端信号到采样电路。主CPU板启用新n号插件，系统恢复运行。

采用了该发明中的变压器冷却器智能控制装置的故障自动修复的系统及方法，具有备用插件，设置为自动修复模式时，装置插件发生故障时通过将故障插件的功能迁移到备用插件来完成故障插件功能的替换，通过组态配置工具，将故障插件的实际定值模型，算法模型等从主CPU板插件下装到备用插件，并启用备用插件组态到故障插件对应的冷却器，使备用插件代替故障插件运行。维护人员可以远程操作，一键修复，不需到场，解决恶劣环境下或者其它特殊情况下人员不能及时到现场进行检修的问题；手动模式处理修复故障时，利用装置系统的告警报告、插件调试功能、插件状态信息可以帮助运维人员快速判断排除装置系统的故障，插件更换只需停用插件，备份模型、更换插件、恢复模型四个步骤，大大减少运维人员检修维护时间，不影响变压器冷却系统正常工作，保障了变压器冷却系统的安全运行。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。