浙江车间通风_AI仪表在冷风机控制中的应用工业自动化汉光阿特拉

             配电变压器是供电环节中最重要也是最普遍的一次设备。在我国现行配电网中，有35KV/66KV/110KV/154KV/220KV几个电压等级，以110KV/220KV为主。全国大约有中高压变电站4万个，这个数字还在逐年增长，其中大部分是两台变压器并列运行。由于变压器在运行中线圈会发热，需要采取冷却措施。小容量变压器可采取干式变压器，自然风冷或强制风冷。大容量变压器一般以油为冷却媒体，必须强制风冷。变压器运行中初次级线圈和磁芯都会产生热量，变压器油流经这些部位靠热传导作用带走热量，再经散热器将热量散发到环境空气中。或者说，变压器的运行表现为发热和散热两个方面的对立同一体。显然，变压器产生的热量多少与负载大小成正比，而散热好坏与四周环境直接相关。
 
    负载的变化表现为基荷与周期性负荷的叠加。基荷主要为产业负荷，这部分负荷的变化比较缓慢，与当地经济发展有关。负荷的周期性，有（1）一日之内变化的峰谷负荷；（2）一周之内的工作日负荷与周末负荷；（3）一年之内的春灌、夏季制冷、秋收和冬季取热；（4）长假：五一、十一、春节。这几个周期的相互叠加，就构成了变压器负载的基本变化规律，从而也就决定了变压器发热量的基本变化规律。散热效率取决于表面积和温差。在同等表面积情况下，温差的大小就决定了散热效率的高低。变压器负载增大时，发热量增多，从而油温升高，进而散热管表面温度升高。由于环境空气一般比散热管表面温度低，形成温差。由于热传导作用，围绕散热管一定厚度内的空气被逐渐加热，这样一来，热量被转移到环境空气中。假如不及时将已被加热的空气移开，温差就会逐渐减小，散热效率又逐渐将下来。这个升温顺散热相互作用的过程，最后会达到稳态，也就是散热管表面温度达到一个温度平衡值，此时，单位时间内的发热量和散热量相等。

             假如这个温度平衡值维持在较高水平，将使变压器性能下降，甚至达到不可容忍的程度。为了维持较低温度平衡值（45度到55度），必须采取强制风冷措施，加速空气对流。要维持更低的温度水平，需要更大的送风量，但这样做给变压器运行工况带来的好处也就越来越微弱。因此，根据负荷的变化调整送风量并维持公道的温度平衡值，是变压器经济运行的客观需要。为了安全的需要，变压器冷风机按最大化配置，也就是在满负荷运行并且环境温度达到最高值的情况下，变压器的运行依然是安全的，也即在最大发热量同时温差最小的条件下，强制风冷的送风量，依然满足散热要求。显而易见，变压器并不是总在满负荷运行，一般负荷率在40%-70%之间。同时，变压器也不会总在最坏散热情况下运行，夏季温度最高可到40度,但冬季只有10度以下,甚至达到零下10度。根据负荷情况和环境温湿度的变化，开启部分风机，这样的控制策略对变压器安全运行是可行的。冷风机的可利用小时数是有限的，随着投运时间线性递减。在保证变压器散热需要的条件下，适当减少部分冷风机的投运时间,可进步设备使用寿命。

             在实际运行操纵中，已经设计了手动操纵箱，有控制逻辑线路和手动按钮,车间安装负压风机。手动按钮控制冷风机供电回路继电器吸合或放开，从而达得手动控制冷风机投运或切除的目的。假如操纵职员根据负载情况和天气条件，及时投切冷风机，可达到既保证变压器可靠运行，又能延长冷风机使用寿命，并起到节约电能的目的。然而，“及时投切”实施起来有困难。操纵职员为了保证变压器可靠运行，习惯上采取冷风机全部投进运行的简化工作模式。这就造成了冷风机过渡运行，轻易引发冷风机故障。为了实现及时投切的目的，采用组态软件带控制仪表的技术方案。根据每个季度的天气条件和典型日负荷情况，制定冷风机公道投切策略，并在组态软件上设定好控制策略，由仪表输出控制信号实施对应冷风机的投切，从而实现无人值守变压器冷风机智能投切。

         二、仪表及软件选型

             控制仪表选宇电AI-704MAJ0J0J0L5L5S。AI-704M是采用模块化技术的多路丈量显示仪，配合各种输进模块，能分别丈量1～4路热电偶、热电阻、电压、电流等多种信号，使用高性能的元器件，大大降低温度漂移并使得6个通道之间相互干扰降低，使多路丈量在精度及抗干扰性能上也达到了与单路丈量仪表相当的水准，它具备输进数字校正及数字滤波功能，各通道可以有不同的输进规格，最多可支持7路可编程报警及2路变送输出；并适合在DCS计算机监控系统或PLC控制系统中做模拟量数据采集模块或温度变送器，为上位机提供输进规格丰富、高精度高稳定性、智能化编程的高性价比模拟量采集数据，并且它还可提供开关量输进或输出接口给上位机，上位机可透过它执行开关量操纵，如控制电机的启动停止等。主要特点：具备定点/自动巡回丈量显示功能，并有2种巡检速度可以选择。每个回路都具备独立的上、下限报警功能，并且其报警输出位置可以编程指定。不同输进回路的上限或下限报警信号即可编程为从同一报警通道输出，也可从不同的通道输出。齐全的输进规格，各路输进可以使用不同的信号规格。当输进为线性电压、电流或电阻时，各回路可独立定义刻度及小数点位置，当输进为热电偶或热电阻等温度传感器时，可独立进行平移修正及选择0.1/1℃指示分辨率。各输进回路均具备数字滤波，且滤波强度可以独立调整或取消滤波。

             组态软件有时间的话可以自己用VB等编写，也可以采用一些产业控制通用组态软件，如MCGS，它的功能特点：全中文可视化组态软件，简洁、大方，使用方便灵活完善的中文在线帮助系统和多媒体教程,可直接在英文操纵系统中使用，真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Win95/98/NT/2000平台，提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面，支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等1000多种国内外众多常用设备，支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线等多种工控曲线，支持ODBC接口，可与SQL Server、Oracle、Access等关系型数据库互连，支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便的与其他各种程序和设备互连，提供渐进色、旋转动画、透明位图、活动块等多种动画方式，可以达到良好的动画效果，上千个精美的图库元件，保证快速的构建精美的动画效果，功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建，保证多个系统完美结合，完善的网络体系结构，可以支持最新流行的各种通讯方式，包括电话通讯网，宽带通讯网，ISDN通讯网，GPRS通讯网和无线通讯网。

         三、方案实施

             三个PT100探头分别丈量变压器三相温度，在控制表上可循环显示三个点的温度值，根据冷风机组的数目可对每个测温点单独设置冷风机的投切温度，例如：A相定义为45-50度，B相为50-55度，C相为55-60度，这样可以实现分段启动冷风机，起到节约电能的目的。组态软件通过RS485可以与多台仪表连接，实现多机组集中控制。在软件上按照不同的季节和负荷情况设定好控制策略，运行时通过RS485通讯可以自动的修改仪表上的报警值，实现无人值守控制冷风机的投切。在软件上可实现：

         1、流程的动态显示

             显示虚拟的现场设备的布置情况，动态的显示设备的在线状态，在传感器及其他相关设备实际安装的位置标上相应的标号和数据，更直观的让用户了解画面上的数据的实际来源，在故障时能更快了解到发生的位置。

         2、历史数据的显示及查询 

             实时数据保存后，可在历史数据查询画面进行数据查询，可以很方便的调出进行数据比较和数据分析，以便更好的控制整个系统。

         3、实时曲线和历史曲线的显示 

             曲线功能使数据的显示更为易懂，实时曲线、历史曲线的切换和曲线查询功能使曲线的使用更简便灵活。

         4、对多台仪表内部参数的同一设置和分别设置 

             同时对所有仪表的报警限值进行设定，也可单独任意设定一台仪表的参数值，使上位机辅助控制变得快速正确。

         5、对操纵职员的权限治理 

             权限按照客户要求进行多重分级，防止不相关的操纵员误操纵，造成事故。设置治理员权限使用户能够在系统运行时分配权限、修改密码等。

         四、结语

             本控制系统经现场实际运行，证实系统稳定可靠，能够24小时不中断运转，效果良好。既可达到保证变压器可靠运行，又能延长冷风机使用寿命，并起到节约电能的目的。主要有以下优点：

         （1） 及时投切。按照事先制定好的控制方案，通过闭合或者分断对应回路的冷风机控制继电器，实现及时投切。
（2） 无人值守：自动实施冷风机就地控制，无需人工干预。
（3） 策略控制：某个变压器的负荷变化趋势，操纵职员可根据实际运行经验，通过冷风机轮转表格来刻画。在保证变压器可靠运行的条件下，依据季节天气变化规律和负荷变化规律，制定控制策略。
（4） 运行记录：冷风机投切及运行状态记录,便于事后分析，用于控制方案的完善。
（5）远程监控：采用RS485通讯，可以很方便实现远程监控。

         1.螺杆式空压机的工作原理

             由一对相互平行齿合的阴阳转子（或称螺杆）在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸进侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。
    空压机压力加载卸载控制原理：按下起动按钮，控制系统接通起动器线圈并打开断油阀，空压机在卸载模式下起动，这时进气阀处于封闭位置，而放气阀打开以排放油气分离器内的压力。等降压1 s后空压机开始加载运行，系统压力开始上升。假如系统压力上升到压力开关上限值，控制器使进气阀封闭，油气分离器放气，压缩机卸载运行，直到系统压力跌到压力开关下限值后，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀封闭，压缩机打开，油气分离器放气阀封闭，压缩机加载运行。

         2.原系统在生产中存在的题目

             电动机时常加载卸载运行，压力波动大，电能浪费严重。主电动机工频运行空压机运行时噪声很大。主电动机工频起动设备的冲击大，电动机风机设备的磨损大。当时无锡地区用电非常紧张，每周都要限电，假如在生产过程中压缩机停机2 h，就会造成生产工艺中的生物制品的报废，造成巨大的经济损失。迫不得已，产家购买了一台500 kW的柴油发电动机，在电网停电使用；在使用自备柴油发电动机时，主电动机固然采用软起动器起动，但起动时的电流仍然很大，发电动机电流容量不够，无法起动，生产中的实际题目还没有得到解决。

         3.变频器改造方案

             电动机为三相感应电动机，380 V、630 A、315 kW、980r/min。变频柜采用ABB 原装ACS800 － 07 － 490 － 3，压力传感器为4～20 MA/0～10 kg，构成恒压闭环变频调速系统。配套压缩机油泵改造（由它方负责）。电动机风机改造（由甲方负责）。

             工程调试从5/17/04日到7/22/04日，经过中国ABB传动公司、江苏汉光生物工程公司和上海海得控制系统公司三方调试职员齐心协力，艰苦奋斗，克服了现场高温酷暑和震耳欲聋的噪声，终于解决了变频器对阿特拉斯风机控制器压力信号的干扰题目而调试成功。

             经过实际运行测试，压力为2.0 kg时，变频器运行于800r/min，节能50%；变频器运行于1 100 r/min，节能35%；原系统存在的不足之处，均得到解决。

             调试中增加或更换设备：OMRON 压力传感器 4～20 MA/0～5 kg，1 只。国产配电隔离器4～20 MA/4～20 MA，1 只。LM324 低通滤波器2只。明纬电源24DC600MA 1 只。

         4.使用情况

  ,通风工程报价;           经过一年来的生产实践证实，由于空压机可以在保证生产所需要的最低压力下运行，电动机输进功率大大下降，辅以压力闭环控制，实现空压机的供气压力－转速的动态匹配，减少了电动机的实际输进功率，达到节能目的。即电动机的转速由供气压力来控制，压缩机需要多大的功率，电动机就输出多大的功率，而不必做无用功，从而取得良好的节能效果，节能的第二方面是空压机停止了空转，电动机不存在轻载运行，这部分能量很可观。相应带来的其他好处是：供气压力稳定，通过压力调节器，可使空压机保持在设定的压力值下工作，压力稳定可靠性高，而且压力可以无级设定，随时可调。电动机实现软起动，在自备柴油发电动机供电时，也可以正常起动；压缩机的使用寿命及检验周期都将得到大大延长。