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基于無紙記錄儀的變壓器變壓法真空干燥狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)
于PLC 或“PLC+ 上位機(jī)”電力變壓器變壓法真空干燥狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)相對復(fù)雜,，需要A/D 轉(zhuǎn)換和人機(jī)界面組態(tài),。監(jiān)控系統(tǒng)改用“PLC+ 無紙記錄儀”,硬件系統(tǒng)大大簡化，無需計算機(jī),、A/D 轉(zhuǎn)換和人機(jī)界面組態(tài);在干燥系統(tǒng)羅茨泵的兩端并聯(lián)一旁路閥,，降低了羅茨泵的故障率,，干燥周期縮短10%~30%，能耗降低10%~25%,，綜合生產(chǎn)能力提高15%~25%,。
電力變壓器的器身真空干燥是變壓器生產(chǎn)過程中的一道重要工序，器身干燥程度直接影響到變壓器的性能,。變壓法真空干燥新技術(shù)是中小型變壓器制造廠家的真空干燥方法,。其干燥時間短、生產(chǎn)效率高,，能源消耗低,，并能準(zhǔn)確判斷干燥終點。某電氣設(shè)備有限公司的BZG- 2 型變壓法真空干燥系統(tǒng),，zui初為手動控制系統(tǒng),，溫度控制精度低，產(chǎn)品質(zhì)量難以穩(wěn)定,，能耗大;工人操作不便,、勞動強度大，生產(chǎn)效率低,。目前這類設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)大多采用PLC 或“PLC+ 上位機(jī)”監(jiān)控系統(tǒng),。于希寧、范瑾等采用可編程控制器對變壓法真空干燥系統(tǒng)進(jìn)行控制,，人機(jī)界面采用基于工控機(jī)平臺下的組態(tài)軟件,，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠[1~2],。
王小恩,、高君平、李連平,、趙中軍,、敖武等采用PLC控制系統(tǒng)對變壓法真空干燥系統(tǒng)進(jìn)行控制[3~11]。但是這些系統(tǒng)的信號顯示,、記錄,、保存功能有的于工控機(jī)，再通過組態(tài)編制人機(jī)界面來實現(xiàn),，硬件系統(tǒng)相對復(fù)雜,，組態(tài)工作量較大;有的采用多個分立的信號儀表來實現(xiàn)，儀表數(shù)量較多,、設(shè)備體積較大;有的采用機(jī)械式有紙記錄裝置記錄相關(guān)參數(shù)信息,，可靠性低。而無紙顯示記錄儀采用計算機(jī),、微電子,、數(shù)據(jù)存貯,、液晶顯示和通信等多項*技術(shù)，可輸入標(biāo)準(zhǔn)電流,、標(biāo)準(zhǔn)電壓,、頻率、毫伏,、熱電偶,、熱電阻等信號，具有傳感器隔離配電輸出,、繼電器報警輸出,、變送輸出、流量積算,、溫壓補償,、歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存、打印以及遠(yuǎn)程通訊功能,，具有多路輸入,，同屏或分頁顯示并記錄多組提示漢字、測量數(shù)據(jù),、報警輸出狀態(tài),、動態(tài)實時曲線、歷史曲線參數(shù)的功能,，并可用U 盤轉(zhuǎn)存歷史記錄,，軟件組合靈活豐富，操作界面簡單便捷,，無須A/D轉(zhuǎn)換,、無須組態(tài)人機(jī)界面，運行經(jīng)濟(jì)可靠,，性價比很高,，在電力、石化,、冶金,、輕工、制藥等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用[12~13],。目前國內(nèi)未見基于無紙記錄儀的變壓法真空干燥狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng),，因此在該系統(tǒng)中采用無紙記錄儀和PLC 為主要部件設(shè)計狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。
1,、電力變壓器變壓法真空干燥系統(tǒng)及工藝
電力變壓器變壓法真空干燥系統(tǒng)由真空干燥罐,、燃油鍋爐加熱系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)及狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)組成,如圖1 所示[7],。另在兩個羅茨泵的兩端分別并聯(lián)一個旁路閥,。
圖1 變壓法真空干燥系統(tǒng)示意圖
圖2 理想的變壓法真空干燥工藝曲線
理想的電力變壓器變壓法真空干燥工藝曲線如圖2 所示[1 ],。全程干燥分四個階段：(1)預(yù)熱階段。該階段真空罐內(nèi)低真空,，罐內(nèi)真空度在80 kPa~40 kPa 之間變化,，水蒸汽處于不飽和狀態(tài)，確保水蒸氣不在鐵芯表面冷凝,。同時鐵芯溫度逐漸上升至72℃,，排除變壓器35%~45%的水分;(2)逐級降壓階段。真空罐內(nèi)真空度逐級降到10 kPa;(3)主干階段,。先抽真空一段時間(15 min),，然后關(guān)閉主閥一段時間(15 min)，如此循環(huán)若干次;抽真空時,，將脫出的水蒸汽抽走,，這時真空度上升而溫度下降，關(guān)閉主閥時,，絕緣層中水分又蒸發(fā)出來,，使真空度降低，水蒸汽又參與熱對流傳熱,，器身溫度升,，該階段排除變壓器45%~50%的水分;(4)終干階段。主干階段真空罐內(nèi)真空度到0.5 kPa時,，進(jìn)入終干階段,，終干結(jié)束壓力隨變壓器電壓等級不同而不同[2] 。
2,、變壓法真空干燥狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)
變壓法真空干燥狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如圖3 所示, 以PLC 和無紙記錄儀為核心,，由信號檢測、轉(zhuǎn)換與顯示,、自動控制,、報警輸出,、執(zhí)行,、數(shù)據(jù)記錄保存、統(tǒng)計分析等組成,。
圖3 變壓法真空干燥狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖
2.1,、信號檢測、轉(zhuǎn)換與顯示
真空干燥系統(tǒng)主要檢測信號有兩大類：一類是溫度信號,，包括加熱器溫度,、鐵芯溫度、線圈溫度和真空罐中部溫度;另一類是氣體壓力信號,，包括加熱蒸汽壓力和真空罐內(nèi)真空度,。各類溫度通過熱電阻Pt100 直接將信號送至無紙記錄儀,，無紙記錄儀將熱電阻傳來的信號轉(zhuǎn)換為溫度值在無紙記錄儀顯示屏實時顯示。各類氣體壓力通過壓力變送器將信號送至無紙記錄儀,，無紙記錄儀直接將壓力變送器傳來的信號轉(zhuǎn)換為壓力值或真空度值在無紙記錄儀顯示屏實時顯示,。數(shù)據(jù)顯示可以分頁顯示，也可以棒狀圖等各種形式顯示,。圖4 為數(shù)據(jù)特大數(shù)字顯示,，圖5 為數(shù)據(jù)棒圖顯示。顯示界面無須組態(tài),，只要簡單設(shè)置即可,。這些信號的轉(zhuǎn)換無須A/D 或其它儀器再進(jìn)行轉(zhuǎn)換。無紙記錄儀同時又根據(jù)這些壓力和溫度信號變化情況以開關(guān)量信號形式輸出到PLC,，以備控制用,。
2.2、自動控制
自控制功能主要由PLC 來完成,。系統(tǒng)的啟動,、停止，手動,、自動及其切換,，鍋爐加熱系統(tǒng)啟動、停止,，空壓機(jī),、抽真空系統(tǒng)、爐門開閉,、爐軌開閉等電機(jī)啟動,、停止，各閥門開,、閉等信號以及電機(jī)的過載保護(hù),，真空閥門相互連鎖、報警輸出,、各設(shè)備狀態(tài)顯示信號輸出等都由可編程序控制器控制執(zhí)行,。系統(tǒng)中設(shè)有多種不同工藝的控制程序，可根據(jù)變壓器的電壓等級和容量的大小,，用“工藝選擇鈕”選擇一種合適的工藝,。另外，自動運行過程中,，如有需要,，可隨時用手動操作進(jìn)行干預(yù);若轉(zhuǎn)到“自動”后，程序可繼續(xù)運行。
圖4 數(shù)據(jù)特大數(shù)字顯示 圖5 數(shù)據(jù)棒圖
2.3,、報警輸出
報警包括兩大類參數(shù)超限報警,，一類是加熱器溫度、鐵芯溫度,、線圈溫度和罐中部溫度超限,，另一類是加熱蒸氣壓力和真空罐內(nèi)真空度超限。超限也分兩類：一類是“上限,、下限”報警,，當(dāng)信號超出上限和下限任一極限值時都輸出報警;另一類是“上限、下限”和“上上限,、下下限”兩級報警,，當(dāng)信號超出上限和下限的任一極限值時輸出報警，當(dāng)信號超出上上限和下下限的任一極限值時再次輸出報警,。報警設(shè)置在無紙記錄儀中完成,，根據(jù)實際工藝設(shè)置各報警值，如圖5 所示的各對黃色和紅色粗橫線所示,。同時還將報警輸出情況以開關(guān)量形式輸出至PLC,，
以備自動控制用。當(dāng)狀態(tài)參數(shù)超*,，無紙記錄儀根據(jù)報警級別不同以不同顏色進(jìn)行閃爍,，同時PLC也根據(jù)參數(shù)狀態(tài)向閃光報警控制儀輸出信號發(fā)出閃光警報。
2.4,、數(shù)據(jù)保存,、統(tǒng)計分析
電力變壓器在變壓法真空干燥過程中的溫度和氣體壓力值都將被保存在無紙記錄儀中，可通過U 盤拷貝至電腦中存檔,，通過軟件對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢顯示,、統(tǒng)計、分析,、報警查詢,。歷史數(shù)據(jù)曲線如圖6 所示，還有對數(shù)據(jù)定點查詢等功能,。
圖6 歷史數(shù)據(jù)曲線
3,、結(jié)論
該狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)采用無紙記錄儀取代原來多個物理量的記錄和顯示，系統(tǒng)大大簡化,，無須計算機(jī),、無須A/D 轉(zhuǎn)換、無須人機(jī)界面組態(tài),。可通過U 盤將數(shù)據(jù)從記錄儀中復(fù)制到電腦,，方便數(shù)據(jù)保存,、查詢,、統(tǒng)計分析。在兩個羅茨泵的兩端分別并聯(lián)一旁路閥,，在干燥工藝的前兩個階段(即預(yù)熱階段和逐級降壓階段) 打開這兩個旁路閥,、之后關(guān)閉這兩個旁路閥，降低了兩個羅茨泵的故障率,，降低了能耗,。工程應(yīng)用表明，該系統(tǒng)溫度控制精度高,，熱傳導(dǎo)率高,，加熱均勻，干燥周期縮短10%~30%,，降低能耗10%~25%,，綜合生產(chǎn)能力提高15%~25%。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,，工人操作方便,、勞動強度降低，設(shè)備性價比高,。
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