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(gè)電壓等級(jí)，以110KV/220KV為主。全國大約有中高壓變電站4萬個(gè)，這個(gè)數(shù)字還在逐年增長，其中大部分是兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行。由于變壓器在運(yùn)行中線圈會(huì)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(qiáng)制風(fēng)冷。大容量變壓器一般以油為冷卻媒體，必須強(qiáng)制風(fēng)冷。變壓器運(yùn)行中初次級(jí)線圈和磁芯都會(huì)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(yùn)行表現(xiàn)為發(fā)熱和散熱兩個(gè)方面的對(duì)立同一體。顯然，變壓器產(chǎn)生的熱量多少與負(fù)載大小成正比，而散熱好壞與四周環(huán)境直接相關(guān)。
 
    負(fù)載的變化表現(xiàn)為基荷與周期性負(fù)荷的疊加。基荷主要為產(chǎn)業(yè)負(fù)荷，這部分負(fù)荷的變化比較緩慢，與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展有關(guān)。負(fù)荷的周期性，有（1）一日之內(nèi)變化的峰谷負(fù)荷；（2）一周之內(nèi)的工作日負(fù)荷與周末負(fù)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(gè)周期的相互疊加，就構(gòu)成了變壓器負(fù)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(fù)載增大時(shí)，發(fā)熱量增多，從而油溫升高，進(jìn)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(shí)將已被加熱的空氣移開，溫差就會(huì)逐漸減小，散熱效率又逐漸將下來。這個(gè)升溫順散熱相互作用的過程，最后會(huì)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，也就是散熱管表面溫度達(dá)到一個(gè)溫度平衡值，此時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量和散熱量相等。

             假如這個(gè)溫度平衡值維持在較高水平，將使變壓器性能下降，甚至達(dá)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(qiáng)制風(fēng)冷措施，加速空氣對(duì)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(yùn)行工況帶來的好處也就越來越微弱。因此，根據(jù)負(fù)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(jì)運(yùn)行的客觀需要。為了安全的需要，變壓器冷風(fēng)機(jī)按最大化配置，也就是在滿負(fù)荷運(yùn)行并且環(huán)境溫度達(dá)到最高值的情況下，變壓器的運(yùn)行依然是安全的，也即在最大發(fā)熱量同時(shí)溫差最小的條件下，強(qiáng)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(fù)荷運(yùn)行，一般負(fù)荷率在40%-70%之間。同時(shí)，變壓器也不會(huì)總在最壞散熱情況下運(yùn)行，夏季溫度最高可到40度,但冬季只有10度以下,甚至達(dá)到零下10度。根據(jù)負(fù)荷情況和環(huán)境溫濕度的變化，開啟部分風(fēng)機(jī)，這樣的控制策略對(duì)變壓器安全運(yùn)行是可行的。冷風(fēng)機(jī)的可利用小時(shí)數(shù)是有限的，隨著投運(yùn)時(shí)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(jī)的投運(yùn)時(shí)間,可進(jìn)步設(shè)備使用壽命。

             在實(shí)際運(yùn)行操縱中，已經(jīng)設(shè)計(jì)了手動(dòng)操縱箱，有控制邏輯線路和手動(dòng)按鈕。手動(dòng)按鈕控制冷風(fēng)機(jī)供電回路繼電器吸合或放開，從而達(dá)得手動(dòng)控制冷風(fēng)機(jī)投運(yùn)或切除的目的。假如操縱職員根據(jù)負(fù)載情況和天氣條件，及時(shí)投切冷風(fēng)機(jī)，可達(dá)到既保證變壓器可靠運(yùn)行，又能延長冷風(fēng)機(jī)使用壽命，并起到節(jié)約電能的目的。然而，“及時(shí)投切”實(shí)施起來有困難。操縱職員為了保證變壓器可靠運(yùn)行，習(xí)慣上采取冷風(fēng)機(jī)全部投進(jìn)運(yùn)行的簡化工作模式。這就造成了冷風(fēng)機(jī)過渡運(yùn)行，輕易引發(fā)冷風(fēng)機(jī)故障。為了實(shí)現(xiàn)及時(shí)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(gè)季度的天氣條件和典型日負(fù)荷情況，制定冷風(fēng)機(jī)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(hào)實(shí)施對(duì)應(yīng)冷風(fēng)機(jī)的投切，從而實(shí)現(xiàn)無人值守變壓器冷風(fēng)機(jī)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(jìn)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(hào)，使用高性能的元器件，大大降低溫度漂移并使得6個(gè)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(dá)到了與單路丈量儀表相當(dāng)?shù)乃疁?zhǔn)，它具備輸進(jìn)數(shù)字校正及數(shù)字濾波功能，各通道可以有不同的輸進(jìn)規(guī)格，最多可支持7路可編程報(bào)警及2路變送輸出；并適合在DCS計(jì)算機(jī)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(jī)提供輸進(jìn)規(guī)格豐富、高精度高穩(wěn)定性、智能化編程的高性價(jià)比模擬量采集數(shù)據(jù)，并且它還可提供開關(guān)量輸進(jìn)或輸出接口給上位機(jī)，上位機(jī)可透過它執(zhí)行開關(guān)量操縱，如控制電機(jī)的啟動(dòng)停止等。主要特點(diǎn)：具備定點(diǎn)/自動(dòng)巡回丈量顯示功能，并有2種巡檢速度可以選擇。每個(gè)回路都具備獨(dú)立的上、下限報(bào)警功能，并且其報(bào)警輸出位置可以編程指定。不同輸進(jìn)回路的上限或下限報(bào)警信號(hào)即可編程為從同一報(bào)警通道輸出，也可從不同的通道輸出。齊全的輸進(jìn)規(guī)格，各路輸進(jìn)可以使用不同的信號(hào)規(guī)格。當(dāng)輸進(jìn)為線性電壓、電流或電阻時(shí)，各回路可獨(dú)立定義刻度及小數(shù)點(diǎn)位置，當(dāng)輸進(jìn)為熱電偶或熱電阻等溫度傳感器時(shí)，可獨(dú)立進(jìn)行平移修正及選擇0.1/1℃指示分辨率。各輸進(jìn)回路均具備數(shù)字濾波，且濾波強(qiáng)度可以獨(dú)立調(diào)整或取消濾波。

             組態(tài)軟件有時(shí)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(diǎn)：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(yùn)行于Win95/98/NT/2000平臺(tái)，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?jǐn)?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(jì)劃曲線、實(shí)時(shí)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(jìn)色、旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫、透明位圖、活動(dòng)塊等多種動(dòng)畫方式，可以達(dá)到良好的動(dòng)畫效果，上千個(gè)精美的圖庫元件，保證快速的構(gòu)建精美的動(dòng)畫效果，功能強(qiáng)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(gè)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(shí)施

             三個(gè)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(gè)點(diǎn)的溫度值，根據(jù)冷風(fēng)機(jī)組的數(shù)目可對(duì)每個(gè)測溫點(diǎn)單獨(dú)設(shè)置冷風(fēng)機(jī)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(shí)現(xiàn)分段啟動(dòng)冷風(fēng)機(jī)，起到節(jié)約電能的目的。組態(tài)軟件通過RS485可以與多臺(tái)儀表連接，實(shí)現(xiàn)多機(jī)組集中控制。在軟件上按照不同的季節(jié)和負(fù)荷情況設(shè)定好控制策略，運(yùn)行時(shí)通過RS485通訊可以自動(dòng)的修改儀表上的報(bào)警值，實(shí)現(xiàn)無人值守控制冷風(fēng)機(jī)的投切。在軟件上可實(shí)現(xiàn)：

         1、流程的動(dòng)態(tài)顯示

             顯示虛擬的現(xiàn)場設(shè)備的布置情況，動(dòng)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(shí)際安裝的位置標(biāo)上相應(yīng)的標(biāo)號(hào)和數(shù)據(jù)，更直觀的讓用戶了解畫面上的數(shù)據(jù)的實(shí)際來源，在故障時(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存后，可在歷史數(shù)據(jù)查詢畫面進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，可以很方便的調(diào)出進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和數(shù)據(jù)分析，以便更好的控制整個(gè)系統(tǒng)。

         3、實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(duì)多臺(tái)儀表內(nèi)部參數(shù)的同一設(shè)置和分別設(shè)置 

             同時(shí)對(duì)所有儀表的報(bào)警限值進(jìn)行設(shè)定，也可單獨(dú)任意設(shè)定一臺(tái)儀表的參數(shù)值，使上位機(jī)輔助控制變得快速正確。

         5、對(duì)操縱職員的權(quán)限治理 

             權(quán)限按照客戶要求進(jìn)行多重分級(jí)，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(yùn)行時(shí)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(shí)際運(yùn)行，證實(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠24小時(shí)不中斷運(yùn)轉(zhuǎn)，效果良好。既可達(dá)到保證變壓器可靠運(yùn)行，又能延長冷風(fēng)機(jī)使用壽命，并起到節(jié)約電能的目的。主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

         （1） 及時(shí)投切。按照事先制定好的控制方案，通過閉合或者分?jǐn)鄬?duì)應(yīng)回路的冷風(fēng)機(jī)控制繼電器，實(shí)現(xiàn)及時(shí)投切。
（2） 無人值守：自動(dòng)實(shí)施冷風(fēng)機(jī)就地控制，無需人工干預(yù)。
（3） 策略控制：某個(gè)變壓器的負(fù)荷變化趨勢，操縱職員可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過冷風(fēng)機(jī)輪轉(zhuǎn)表格來刻畫。在保證變壓器可靠運(yùn)行的條件下，依據(jù)季節(jié)天氣變化規(guī)律和負(fù)荷變化規(guī)律，制定控制策略。
（4） 運(yùn)行記錄：冷風(fēng)機(jī)投切及運(yùn)行狀態(tài)記錄,便于事后分析，用于控制方案的完善。
（5）遠(yuǎn)程監(jiān)控：采用RS485通訊，可以很方便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

         1.螺桿式空壓機(jī)的工作原理

             由一對(duì)相互平行齒合的陰陽轉(zhuǎn)子（或稱螺桿）在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jìn)側(cè)輸送至輸出側(cè)，實(shí)現(xiàn)螺桿式空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過程。
    空壓機(jī)壓力加載卸載控制原理：按下起動(dòng)按鈕，控制系統(tǒng)接通起動(dòng)器線圈并打開斷油閥，空壓機(jī)在卸載模式下起動(dòng)，這時(shí)進(jìn)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(jī)開始加載運(yùn)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(jìn)氣閥封閉，油氣分離器放氣，壓縮機(jī)卸載運(yùn)行，直到系統(tǒng)壓力跌到壓力開關(guān)下限值后，控制器使進(jìn)氣閥打開，油氣分離器放氣閥封閉，壓縮機(jī)打開，油氣分離器放氣閥封閉，壓縮機(jī)加載運(yùn)行。

         2.原系統(tǒng)在生產(chǎn)中存在的題目

             電動(dòng)機(jī)時(shí)常加載卸載運(yùn)行，壓力波動(dòng)大，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。主電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)噪聲很大。主電動(dòng)機(jī)工頻起動(dòng)設(shè)備的沖擊大，電動(dòng)機(jī)風(fēng)機(jī)設(shè)備的磨損大。當(dāng)時(shí)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(jī)停機(jī)2 h，就會(huì)造成生產(chǎn)工藝中的生物制品的報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。迫不得已,彩鋼瓦屋頂通風(fēng)降溫，產(chǎn)家購買了一臺(tái)500 kW的柴油發(fā)電動(dòng)機(jī)，在電網(wǎng)停電使用；在使用自備柴油發(fā)電動(dòng)機(jī)時(shí)，主電動(dòng)機(jī)固然采用軟起動(dòng)器起動(dòng)，但起動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，發(fā)電動(dòng)機(jī)電流容量不夠，無法起動(dòng)，生產(chǎn)中的實(shí)際題目還沒有得到解決。

         3.變頻器改造方案

             電動(dòng)機(jī)為三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，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(jī)油泵改造（由它方負(fù)責(zé)）。電動(dòng)機(jī)風(fēng)機(jī)改造（由甲方負(fù)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(dòng)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(duì)阿特拉斯風(fēng)機(jī)控制器壓力信號(hào)的干擾題目而調(diào)試成功。

             經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行測試，壓力為2.0 kg時(shí)，變頻器運(yùn)行于800r/min，節(jié)能50%；變頻器運(yùn)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(shí)踐證實(shí)，由于空壓機(jī)可以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)輸進(jìn)功率大大下降，輔以壓力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的供氣壓力－轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)匹配，減少了電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸進(jìn)功率，達(dá)到節(jié)能目的。即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由供氣壓力來控制，壓縮機(jī)需要多大的功率，電動(dòng)機(jī)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(jī)停止了空轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)不存在輕載運(yùn)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(jī)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(jí)設(shè)定，隨時(shí)可調(diào)。電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，在自備柴油發(fā)電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，也可以正常起動(dòng)；壓縮機(jī)的使用壽命及檢驗(yàn)周期都將得到大大延長。