屋頂通風排熱風機_AI儀表在冷風機控制中的應用工業自動化漢光阿

             配電變壓器是供電環節中最重要也是最普遍的一次設備。在我國現行配電網中，有35KV/66KV/110KV/154KV/220KV幾個電壓等級，以110KV/220KV為主。全國大約有中高壓變電站4萬個，這個數字還在逐年增長，其中大部分是兩臺變壓器并列運行。由于變壓器在運行中線圈會發熱，需要采取冷卻措施。小容量變壓器可采取干式變壓器，自然風冷或強制風冷。大容量變壓器一般以油為冷卻媒體，必須強制風冷。變壓器運行中初次級線圈和磁芯都會產生熱量，變壓器油流經這些部位靠熱傳導作用帶走熱量，再經散熱器將熱量散發到環境空氣中�；蛘哒f，變壓器的運行表現為發熱和散熱兩個方面的對立同一體。顯然，變壓器產生的熱量多少與負載大小成正比，而散熱好壞與四周環境直接相關。
 
    負載的變化表現為基荷與周期性負荷的疊加。基荷主要為產業負荷，這部分負荷的變化比較緩慢，與當地經濟發展有關。負荷的周期性，有（1）一日之內變化的峰谷負荷；（2）一周之內的工作日負荷與周末負荷；（3）一年之內的春灌、夏季制冷、秋收和冬季取熱；（4）長假：五一、十一、春節。這幾個周期的相互疊加，就構成了變壓器負載的基本變化規律，從而也就決定了變壓器發熱量的基本變化規律。散熱效率取決于表面積和溫差。在同等表面積情況下，溫差的大小就決定了散熱效率的高低。變壓器負載增大時，發熱量增多，從而油溫升高，進而散熱管表面溫度升高。由于環境空氣一般比散熱管表面溫度低，形成溫差。由于熱傳導作用，圍繞散熱管一定厚度內的空氣被逐漸加熱，這樣一來，熱量被轉移到環境空氣中。假如不及時將已被加熱的空氣移開，溫差就會逐漸減小，散熱效率又逐漸將下來。這個升溫順散熱相互作用的過程，最后會達到穩態，也就是散熱管表面溫度達到一個溫度平衡值，此時，單位時間內的發熱量和散熱量相等。

             假如這個溫度平衡值維持在較高水平，將使變壓器性能下降，甚至達到不可容忍的程度。為了維持較低溫度平衡值（45度到55度），必須采取強制風冷措施，加速空氣對流。要維持更低的溫度水平，需要更大的送風量，但這樣做給變壓器運行工況帶來的好處也就越來越微弱。因此，根據負荷的變化調整送風量并維持公道的溫度平衡值，是變壓器經濟運行的客觀需要。為了安全的需要，變壓器冷風機按最大化配置，也就是在滿負荷運行并且環境溫度達到最高值的情況下，變壓器的運行依然是安全的，也即在最大發熱量同時溫差最小的條件下，強制風冷的送風量，依然滿足散熱要求。顯而易見，變壓器并不是總在滿負荷運行，一般負荷率在40%-70%之間。同時，變壓器也不會總在最壞散熱情況下運行，夏季溫度最高可到40度,但冬季只有10度以下,甚至達到零下10度。根據負荷情況和環境溫濕度的變化，開啟部分風機，這樣的控制策略對變壓器安全運行是可行的。冷風機的可利用小時數是有限的，隨著投運時間線性遞減。在保證變壓器散熱需要的條件下，適當減少部分冷風機的投運時間,可進步設備使用壽命。

             在實際運行操縱中，已經設計了手動操縱箱，有控制邏輯線路和手動按鈕。手動按鈕控制冷風機供電回路繼電器吸合或放開，從而達得手動控制冷風機投運或切除的目的。假如操縱職員根據負載情況和天氣條件，及時投切冷風機，可達到既保證變壓器可靠運行，又能延長冷風機使用壽命，并起到節約電能的目的。然而，“及時投切”實施起來有困難。操縱職員為了保證變壓器可靠運行，習慣上采取冷風機全部投進運行的簡化工作模式。這就造成了冷風機過渡運行，輕易引發冷風機故障。為了實現及時投切的目的，采用組態軟件帶控制儀表的技術方案。根據每個季度的天氣條件和典型日負荷情況，制定冷風機公道投切策略，并在組態軟件上設定好控制策略，由儀表輸出控制信號實施對應冷風機的投切，從而實現無人值守變壓器冷風機智能投切。

         二、儀表及軟件選型

             控制儀表選宇電AI-704MAJ0J0J0L5L5S。AI-704M是采用模塊化技術的多路丈量顯示儀，配合各種輸進模塊，能分別丈量1～4路熱電偶、熱電阻、電壓、電流等多種信號，使用高性能的元器件，大大降低溫度漂移并使得6個通道之間相互干擾降低，使多路丈量在精度及抗干擾性能上也達到了與單路丈量儀表相當的水準，它具備輸進數字校正及數字濾波功能，各通道可以有不同的輸進規格，最多可支持7路可編程報警及2路變送輸出；并適合在DCS計算機監控系統或PLC控制系統中做模擬量數據采集模塊或溫度變送器，為上位機提供輸進規格豐富、高精度高穩定性、智能化編程的高性價比模擬量采集數據，并且它還可提供開關量輸進或輸出接口給上位機，上位機可透過它執行開關量操縱，如控制電機的啟動停止等。主要特點：具備定點/自動巡回丈量顯示功能，并有2種巡檢速度可以選擇。每個回路都具備獨立的上、下限報警功能，并且其報警輸出位置可以編程指定。不同輸進回路的上限或下限報警信號即可編程為從同一報警通道輸出，也可從不同的通道輸出。齊全的輸進規格，各路輸進可以使用不同的信號規格。當輸進為線性電壓、電流或電阻時，各回路可獨立定義刻度及小數點位置，當輸進為熱電偶或熱電阻等溫度傳感器時，可獨立進行平移修正及選擇0.1/1℃指示分辨率。各輸進回路均具備數字濾波，且濾波強度可以獨立調整或取消濾波。

             組態軟件有時間的話可以自己用VB等編寫，也可以采用一些產業控制通用組態軟件，如MCGS，它的功能特點：全中文可視化組態軟件，簡潔、大方，使用方便靈活完善的中文在線幫助系統和多媒體教程,可直接在英文操縱系統中使用，真正的32位程序，支持多任務、多線程，運行于Win95/98/NT/2000平臺，提供近百種繪圖工具和基本圖符，快速構造圖形界面，支持數據采集板卡、智能模塊、智能儀表、PLC、變頻器、網絡設備等1000多種國內外眾多常用設備，支持溫控曲線、計劃曲線、實時曲線、歷史曲線、XY曲線等多種工控曲線，支持ODBC接口，可與SQL Server、Oracle、Access等關系型數據庫互連，支持OPC接口、DDE接口和OLE技術，可方便的與其他各種程序和設備互連，提供漸進色、旋轉動畫、透明位圖、活動塊等多種動畫方式，可以達到良好的動畫效果，上千個精美的圖庫元件，保證快速的構建精美的動畫效果，功能強大的網絡數據同步、網絡數據庫同步構建，保證多個系統完美結合，完善的網絡體系結構，可以支持最新流行的各種通訊方式，包括電話通訊網，寬帶通訊網，ISDN通訊網，GPRS通訊網和無線通訊網。

         三、方案實施

             三個PT100探頭分別丈量變壓器三相溫度，在控制表上可循環顯示三個點的溫度值，根據冷風機組的數目可對每個測溫點單獨設置冷風機的投切溫度，例如：A相定義為45-50度，B相為50-55度，C相為55-60度，這樣可以實現分段啟動冷風機，起到節約電能的目的。組態軟件通過RS485可以與多臺儀表連接，實現多機組集中控制。在軟件上按照不同的季節和負荷情況設定好控制策略，運行時通過RS485通訊可以自動的修改儀表上的報警值，實現無人值守控制冷風機的投切。在軟件上可實現：

         1、流程的動態顯示

             顯示虛擬的現場設備的布置情況，動態的顯示設備的在線狀態，在傳感器及其他相關設備實際安裝的位置標上相應的標號和數據，更直觀的讓用戶了解畫面上的數據的實際來源，在故障時能更快了解到發生的位置。

         2、歷史數據的顯示及查詢 

             實時數據保存后，可在歷史數據查詢畫面進行數據查詢，可以很方便的調出進行數據比較和數據分析，以便更好的控制整個系統。

         3、實時曲線和歷史曲線的顯示 

             曲線功能使數據的顯示更為易懂，實時曲線、歷史曲線的切換和曲線查詢功能使曲線的使用更簡便靈活。

         4、對多臺儀表內部參數的同一設置和分別設置 

             同時對所有儀表的報警限值進行設定，也可單獨任意設定一臺儀表的參數值，使上位機輔助控制變得快速正確。

         5、對操縱職員的權限治理 

             權限按照客戶要求進行多重分級，防止不相關的操縱員誤操縱，造成事故。設置治理員權限使用戶能夠在系統運行時分配權限、修改密碼等。

         四、結語

             本控制系統經現場實際運行，證實系統穩定可靠，能夠24小時不中斷運轉，效果良好。既可達到保證變壓器可靠運行，又能延長冷風機使用壽命，并起到節約電能的目的。主要有以下優點：

         （1） 及時投切。按照事先制定好的控制方案，通過閉合或者分斷對應回路的冷風機控制繼電器，實現及時投切。
（2） 無人值守：自動實施冷風機就地控制，無需人工干預。
（3） 策略控制：某個變壓器的負荷變化趨勢，操縱職員可根據實際運行經驗，通過冷風機輪轉表格來刻畫。在保證變壓器可靠運行的條件下，依據季節天氣變化規律和負荷變化規律，制定控制策略。
（4） 運行記錄：冷風機投切及運行狀態記錄,便于事后分析，用于控制方案的完善。
（5）遠程監控：采用RS485通訊，可以很方便實現遠程監控。

         1.螺桿式空壓機的工作原理

             由一對相互平行齒合的陰陽轉子（或稱螺桿）在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸進側輸送至輸出側，實現螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。
    空壓機壓力加載卸載控制原理：按下起動按鈕，控制系統接通起動器線圈并打開斷油閥，空壓機在卸載模式下起動，這時進氣閥處于封閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內的壓力。等降壓1 s后空壓機開始加載運行，系統壓力開始上升。假如系統壓力上升到壓力開關上限值，控制器使進氣閥封閉，油氣分離器放氣，壓縮機卸載運行，直到系統壓力跌到壓力開關下限值后，控制器使進氣閥打開，油氣分離器放氣閥封閉，壓縮機打開，油氣分離器放氣閥封閉，壓縮機加載運行。

         2.原系統在生產中存在的題目

             電動機時常加載卸載運行，壓力波動大，電能浪費嚴重。主電動機工頻運行空壓機運行時噪聲很大。主電動機工頻起動設備的沖擊大，電動機風機設備的磨損大。當時無錫地區用電非常緊張，每周都要限電，假如在生產過程中壓縮機停機2 h，就會造成生產工藝中的生物制品的報廢，造成巨大的經濟損失。迫不得已,彩鋼瓦屋頂通風降溫，產家購買了一臺500 kW的柴油發電動機，在電網停電使用；在使用自備柴油發電動機時，主電動機固然采用軟起動器起動，但起動時的電流仍然很大，發電動機電流容量不夠，無法起動，生產中的實際題目還沒有得到解決。

         3.變頻器改造方案

             電動機為三相感應電動機，380 V、630 A、315 kW、980r/min。變頻柜采用ABB 原裝ACS800 － 07 － 490 － 3，壓力傳感器為4～20 MA/0～10 kg，構成恒壓閉環變頻調速系統。配套壓縮機油泵改造（由它方負責）。電動機風機改造（由甲方負責）。

             工程調試從5/17/04日到7/22/04日，經過中國ABB傳動公司、江蘇漢光生物工程公司和上海海得控制系統公司三方調試職員齊心協力，艱苦奮斗，克服了現場高溫酷暑和震耳欲聾的噪聲，終于解決了變頻器對阿特拉斯風機控制器壓力信號的干擾題目而調試成功。

             經過實際運行測試，壓力為2.0 kg時，變頻器運行于800r/min，節能50%；變頻器運行于1 100 r/min，節能35%；原系統存在的不足之處，均得到解決。

             調試中增加或更換設備：OMRON 壓力傳感器 4～20 MA/0～5 kg，1 只。國產配電隔離器4～20 MA/4～20 MA，1 只。LM324 低通濾波器2只。明緯電源24DC600MA 1 只。

         4.使用情況

             ,塑料水簾;經過一年來的生產實踐證實，由于空壓機可以在保證生產所需要的最低壓力下運行，電動機輸進功率大大下降，輔以壓力閉環控制，實現空壓機的供氣壓力－轉速的動態匹配，減少了電動機的實際輸進功率，達到節能目的。即電動機的轉速由供氣壓力來控制，壓縮機需要多大的功率，電動機就輸出多大的功率，而不必做無用功，從而取得良好的節能效果，節能的第二方面是空壓機停止了空轉，電動機不存在輕載運行，這部分能量很可觀。相應帶來的其他好處是：供氣壓力穩定，通過壓力調節器，可使空壓機保持在設定的壓力值下工作，壓力穩定可靠性高，而且壓力可以無級設定，隨時可調。電動機實現軟起動，在自備柴油發電動機供電時，也可以正常起動；壓縮機的使用壽命及檢驗周期都將得到大大延長。