AI仪表在冷风机控制中的应用

一、概述

　　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统一体。显然，变压器产生的热量多少与负载大小成正比，而散热好坏与周围环境直接相关。

　　负载的变化表现为基荷与周期性负荷的叠加。基荷主要为工业负荷，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、秋收和冬季取暖；（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。如果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。这个升温和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。

　　如果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合理的温度平衡值，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前提下，适当减少部分冷风机的投运时间,可提高设备使用寿命。

　　在实际运行操作中，已经设计了手动操作箱，有控制逻辑线路和手动按钮。手动按钮控制冷风机供电回路继电器吸合或放开，从而达到手动控制冷风机投运或切除的目的。如果操作人员根据负载情况和气候条件，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。操作人员为了保证变压器可靠运行，习惯上采取冷风机全部投入运行的简化工作模式。这就造成了冷风机过渡运行，容易引发冷风机故障。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。根据每个季度的气候条件和典型日负荷情况，制定冷风机合理投切策略，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测量显示仪，配合各种输入模块，能分别测量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，使多路测量在精度及抗干扰性能上也达到了与单路测量仪表相当的水准，它具备输入数字校正及数字滤波功能，各通道可以有不同的输入规格，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，为上位机提供输入规格丰富、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入或输出接口给上位机，上位机可透过它执行开关量操作，如控制电机的启动停止等。主要特点：具备定点/自动巡回测量显示功能，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。不同输入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。齐全的输入规格，各路输入可以使用不同的信号规格。当输入为线性电压、电流或电阻时，各回路可独立定义刻度及小数点位置，当输入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。各输入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，也可以采用一些工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,可直接在英文操作系统中使用，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、流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探头分别测量变压器三相温度，在控制表上可循环显示三个点的温度值，根据冷风机组的数量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统一设置和分别设置

　　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准确。

5、对操作人员的权限管理

　　权限按照客户要求进行多重分级，防止不相关的操作员误操作，造成事故。设置管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，证明系统稳定可靠，能够24小时不间断运转，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，操作人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前提下，依据季节气候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。