配電變壓器是供電環(huán)節(jié)中最重要也是最普遍的一次設(shè)備。在我國現(xiàn)行配電網(wǎng)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(shù)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(fā)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(fēng)冷或強制風(fēng)冷。大容量變壓器一般以油為冷卻媒體，必須強制風(fēng)冷。變壓器運行中初次級線圈和磁芯都會產(chǎn)生熱量，變壓器油流經(jīng)這些部位靠熱傳導(dǎo)作用帶走熱量，再經(jīng)散熱器將熱量散發(fā)到環(huán)境空氣中�；蛘哒f，變壓器的運行表現(xiàn)為發(fā)熱和散熱兩個方面的對立同一體。顯然，變壓器產(chǎn)生的熱量多少與負載大小成正比，而散熱好壞與四周環(huán)境直接相關(guān)。
 
    負載的變化表現(xiàn)為基荷與周期性負荷的疊加�；�荷主要為產(chǎn)業(yè)負荷，這部分負荷的變化比較緩慢，與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展有關(guān)。負荷的周期性，有（1）一日之內(nèi)變化的峰谷負荷；（2）一周之內(nèi)的工作日負荷與周末負荷；（3）一年之內(nèi)的春灌、夏季制冷、秋收和冬季取熱；（4）長假：五一、十一、春節(jié)。這幾個周期的相互疊加，就構(gòu)成了變壓器負載的基本變化規(guī)律，從而也就決定了變壓器發(fā)熱量的基本變化規(guī)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(fā)熱量增多，從而油溫升高，進而散熱管表面溫度升高。由于環(huán)境空氣一般比散熱管表面溫度低，形成溫差。由于熱傳導(dǎo)作用，圍繞散熱管一定厚度內(nèi)的空氣被逐漸加熱，這樣一來，熱量被轉(zhuǎn)移到環(huán)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(wěn)態(tài)，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(nèi)的發(fā)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(fēng)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(fēng)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(jù)負荷的變化調(diào)整送風(fēng)量并維持公道的溫度平衡值，是變壓器經(jīng)濟運行的客觀需要。為了安全的需要，變壓器冷風(fēng)機按最大化配置，也就是在滿負荷運行并且環(huán)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(fā)熱量同時溫差最小的條件下，強制風(fēng)冷的送風(fēng)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(jù)負荷情況和環(huán)境溫濕度的變化，開啟部分風(fēng)機，這樣的控制策略對變壓器安全運行是可行的。冷風(fēng)機的可利用小時數(shù)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(dāng)減少部分冷風(fēng)機的投運時間,可進步設(shè)備使用壽命。

             在實際運行操縱中，已經(jīng)設(shè)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(fēng)機供電回路繼電器吸合或放開，從而達得手動控制冷風(fēng)機投運或切除的目的。假如操縱職員根據(jù)負載情況和天氣條件，及時投切冷風(fēng)機，可達到既保證變壓器可靠運行，又能延長冷風(fēng)機使用壽命，并起到節(jié)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(xí)慣上采取冷風(fēng)機全部投進運行的簡化工作模式。這就造成了冷風(fēng)機過渡運行，輕易引發(fā)冷風(fēng)機故障。為了實現(xiàn)及時投切的目的，采用組態(tài)軟件帶控制儀表的技術(shù)方案。根據(jù)每個季度的天氣條件和典型日負荷情況，制定冷風(fēng)機公道投切策略，并在組態(tài)軟件上設(shè)定好控制策略，由儀表輸出控制信號實施對應(yīng)冷風(fēng)機的投切，從而實現(xiàn)無人值守變壓器冷風(fēng)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(shù)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(dāng)?shù)乃疁剩�它具備輸進數(shù)字校正及數(shù)字濾波功能，各通道可以有不同的輸進規(guī)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(jiān)控系統(tǒng)或PLC控制系統(tǒng)中做模擬量數(shù)據(jù)采集模塊或溫度變送器，為上位機提供輸進規(guī)格豐富、高精度高穩(wěn)定性、智能化編程的高性價比模擬量采集數(shù)據(jù)，并且它還可提供開關(guān)量輸進或輸出接口給上位機，上位機可透過它執(zhí)行開關(guān)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(guī)格，各路輸進可以使用不同的信號規(guī)格。當(dāng)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(shù)點位置，當(dāng)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(shù)字濾波，且濾波強度可以獨立調(diào)整或取消濾波。

             組態(tài)軟件有時間的話可以自己用VB等編寫，也可以采用一些產(chǎn)業(yè)控制通用組態(tài)軟件，如MCGS，它的功能特點：全中文可視化組態(tài)軟件，簡潔、大方，使用方便靈活完善的中文在線幫助系統(tǒng)和多媒體教程,可直接在英文操縱系統(tǒng)中使用，真正的32位程序，支持多任務(wù)、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(gòu)造圖形界面，支持數(shù)據(jù)采集板卡、智能模塊、智能儀表、PLC、變頻器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等1000多種國內(nèi)外眾多常用設(shè)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(guān)系型數(shù)據(jù)庫互連，支持OPC接口、DDE接口和OLE技術(shù)，可方便的與其他各種程序和設(shè)備互連，提供漸進色、旋轉(zhuǎn)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(gòu)建精美的動畫效果，功能強大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同步、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫同步構(gòu)建，保證多個系統(tǒng)完美結(jié)合，完善的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，可以支持最新流行的各種通訊方式，包括電話通訊網(wǎng)，寬帶通訊網(wǎng)，ISDN通訊網(wǎng)，GPRS通訊網(wǎng)和無線通訊網(wǎng)。

         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(huán)顯示三個點的溫度值，根據(jù)冷風(fēng)機組的數(shù)目可對每個測溫點單獨設(shè)置冷風(fēng)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(xiàn)分段啟動冷風(fēng)機，起到節(jié)約電能的目的。組態(tài)軟件通過RS485可以與多臺儀表連接，實現(xiàn)多機組集中控制。在軟件上按照不同的季節(jié)和負荷情況設(shè)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(xiàn)無人值守控制冷風(fēng)機的投切。在軟件上可實現(xiàn)：

         1、流程的動態(tài)顯示

             顯示虛擬的現(xiàn)場設(shè)備的布置情況，動態(tài)的顯示設(shè)備的在線狀態(tài)，在傳感器及其他相關(guān)設(shè)備實際安裝的位置標上相應(yīng)的標號和數(shù)據(jù)，更直觀的讓用戶了解畫面上的數(shù)據(jù)的實際來源，在故障時能更快了解到發(fā)生的位置。

         2、歷史數(shù)據(jù)的顯示及查詢 

             實時數(shù)據(jù)保存后，可在歷史數(shù)據(jù)查詢畫面進行數(shù)據(jù)查詢，可以很方便的調(diào)出進行數(shù)據(jù)比較和數(shù)據(jù)分析，以便更好的控制整個系統(tǒng)。

         3、實時曲線和歷史曲線的顯示 

             曲線功能使數(shù)據(jù)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(nèi)部參數(shù)的同一設(shè)置和分別設(shè)置 

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

         5、對操縱職員的權(quán)限治理 

             權(quán)限按照客戶要求進行多重分級，防止不相關(guān)的操縱員誤操縱，造成事故。設(shè)置治理員權(quán)限使用戶能夠在系統(tǒng)運行時分配權(quán)限、修改密碼等。

         四、結(jié)語

             本控制系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場實際運行，證實系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠24小時不中斷運轉(zhuǎn)，效果良好。既可達到保證變壓器可靠運行，又能延長冷風(fēng)機使用壽命，并起到節(jié)約電能的目的。主要有以下優(yōu)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(yīng)回路的冷風(fēng)機控制繼電器，實現(xiàn)及時投切。
（2） 無人值守：自動實施冷風(fēng)機就地控制，無需人工干預(yù)。
（3） 策略控制：某個變壓器的負荷變化趨勢，操縱職員可根據(jù)實際運行經(jīng)驗，通過冷風(fēng)機輪轉(zhuǎn)表格來刻畫。在保證變壓器可靠運行的條件下，依據(jù)季節(jié)天氣變化規(guī)律和負荷變化規(guī)律，制定控制策略。
（4） 運行記錄：冷風(fēng)機投切及運行狀態(tài)記錄,便于事后分析，用于控制方案的完善。
（5）遠程監(jiān)控：采用RS485通訊，可以很方便實現(xiàn)遠程監(jiān)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(zhuǎn)子（或稱螺桿）在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸進側(cè)輸送至輸出側(cè)，實現(xiàn)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(tǒng)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(nèi)的壓力。等降壓1 s后空壓機開始加載運行，系統(tǒng)壓力開始上升。假如系統(tǒng)壓力上升到壓力開關(guān)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(tǒng)壓力跌到壓力開關(guān)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(tǒng)在生產(chǎn)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(shè)備的沖擊大，電動機風(fēng)機設(shè)備的磨損大。當(dāng)時無錫地區(qū)用電非常緊張，每周都要限電，假如在生產(chǎn)過程中壓縮機停機2 h，就會造成生產(chǎn)工藝中的生物制品的報廢，造成巨大的經(jīng)濟損失。迫不得已,彩鋼瓦屋頂通風(fēng)降溫，產(chǎn)家購買了一臺500 kW的柴油發(fā)電動機，在電網(wǎng)停電使用；在使用自備柴油發(fā)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(fā)電動機電流容量不夠，無法起動，生產(chǎn)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(yīng)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(gòu)成恒壓閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)。配套壓縮機油泵改造（由它方負責(zé)）。電動機風(fēng)機改造（由甲方負責(zé)）。

             工程調(diào)試從5/17/04日到7/22/04日，經(jīng)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(tǒng)公司三方調(diào)試職員齊心協(xié)力，艱苦奮斗，克服了現(xiàn)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(fēng)機控制器壓力信號的干擾題目而調(diào)試成功。

             經(jīng)過實際運行測試，壓力為2.0 kg時，變頻器運行于800r/min，節(jié)能50%；變頻器運行于1 100 r/min，節(jié)能35%；原系統(tǒng)存在的不足之處，均得到解決。

             調(diào)試中增加或更換設(shè)備：OMRON 壓力傳感器 4～20 MA/0～5 kg，1 只。國產(chǎn)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(jīng)過一年來的生產(chǎn)實踐證實，由于空壓機可以在保證生產(chǎn)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(huán)控制，實現(xiàn)空壓機的供氣壓力－轉(zhuǎn)速的動態(tài)匹配，減少了電動機的實際輸進功率，達到節(jié)能目的。即電動機的轉(zhuǎn)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(jié)能效果，節(jié)能的第二方面是空壓機停止了空轉(zhuǎn)，電動機不存在輕載運行，這部分能量很可觀。相應(yīng)帶來的其他好處是：供氣壓力穩(wěn)定，通過壓力調(diào)節(jié)器，可使空壓機保持在設(shè)定的壓力值下工作，壓力穩(wěn)定可靠性高，而且壓力可以無級設(shè)定，隨時可調(diào)。電動機實現(xiàn)軟起動，在自備柴油發(fā)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。