基于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(duì)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(wú)紙記錄儀”,硬件系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，無(wú)需計(jì)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(guò)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最理想的真空干燥方法。其干燥時(shí)間短、生產(chǎn)效率高，能源消耗低，并能準(zhǔn)確判斷干燥終點(diǎn)。某電氣設(shè)備有限公司的BZG- 2 型變壓法真空干燥系統(tǒng)，最初為手動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。目前這類(lèi)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(duì)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(tái)下的組態(tài)軟件，系統(tǒng)運(yùn)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(duì)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(hào)顯示、記錄、保存功能有的于工控機(jī)，再通過(guò)組態(tài)編制人機(jī)界面來(lái)實(shí)現(xiàn)，硬件系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，組態(tài)工作量較大;有的采用多個(gè)分立的信號(hào)儀表來(lái)實(shí)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(wú)紙顯示記錄儀采用計(jì)算機(jī)、微電子、數(shù)據(jù)存貯、液晶顯示和通信等多項(xiàng)先進(jìn)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(hào)，具有傳感器隔離配電輸出、繼電器報(bào)警輸出、變送輸出、流量積算、溫壓補(bǔ)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(yè)顯示并記錄多組提示漢字、測(cè)量數(shù)據(jù)、報(bào)警輸出狀態(tài)、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線參數(shù)的功能，并可用U 盤(pán)轉(zhuǎn)存歷史記錄，軟件組合靈活豐富，操作界面簡(jiǎn)單便捷，無(wú)須A/D轉(zhuǎn)換、無(wú)須組態(tài)人機(jī)界面，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)可靠，性價(jià)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(guó)內(nèi)未見(jiàn)基于無(wú)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(wú)紙記錄儀和PLC 為主要部件設(shè)計(jì)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(gè)羅茨泵的兩端分別并聯(lián)一個(gè)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(gè)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(shí)鐵芯溫度逐漸上升至72℃，排除變壓器35%~45%的水分;(2)逐級(jí)降壓階段。真空罐內(nèi)真空度逐級(jí)降到10 kPa;(3)主干階段。先抽真空一段時(shí)間(15 min)，然后關(guān)閉主閥一段時(shí)間(15 min)，如此循環(huán)若干次;抽真空時(shí)，將脫出的水蒸汽抽走，這時(shí)真空度上升而溫度下降，關(guān)閉主閥時(shí)，絕緣層中水分又蒸發(fā)出來(lái)，使真空度降低，水蒸汽又參與熱對(duì)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(shí)，進(jìn)入終干階段，終干結(jié)束壓力隨變壓器電壓等級(jí)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(wú)紙記錄儀為核心，由信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換與顯示、自動(dòng)控制、報(bào)警輸出、執(zhí)行、數(shù)據(jù)記錄保存、統(tǒng)計(jì)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(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換與顯示

　　真空干燥系統(tǒng)主要檢測(cè)信號(hào)有兩大類(lèi)：一類(lèi)是溫度信號(hào)，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(lèi)是氣體壓力信號(hào)，包括加熱蒸汽壓力和真空罐內(nèi)真空度。各類(lèi)溫度通過(guò)熱電阻Pt100 直接將信號(hào)送至無(wú)紙記錄儀，無(wú)紙記錄儀將熱電阻傳來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為溫度值在無(wú)紙記錄儀顯示屏實(shí)時(shí)顯示。各類(lèi)氣體壓力通過(guò)壓力變送器將信號(hào)送至無(wú)紙記錄儀，無(wú)紙記錄儀直接將壓力變送器傳來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為壓力值或真空度值在無(wú)紙記錄儀顯示屏實(shí)時(shí)顯示。數(shù)據(jù)顯示可以分頁(yè)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(wú)須組態(tài)，只要簡(jiǎn)單設(shè)置即可。這些信號(hào)的轉(zhuǎn)換無(wú)須A/D 或其它儀器再進(jìn)行轉(zhuǎn)換。無(wú)紙記錄儀同時(shí)又根據(jù)這些壓力和溫度信號(hào)變化情況以開(kāi)關(guān)量信號(hào)形式輸出到PLC，以備控制用。

2.2、自動(dòng)控制

　　自控制功能主要由PLC 來(lái)完成。系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止，手動(dòng)、自動(dòng)及其切換，鍋爐加熱系統(tǒng)啟動(dòng)、停止，空壓機(jī)、抽真空系統(tǒng)、爐門(mén)開(kāi)閉、爐軌開(kāi)閉等電機(jī)啟動(dòng)、停止，各閥門(mén)開(kāi)、閉等信號(hào)以及電機(jī)的過(guò)載保護(hù)，真空閥門(mén)相互連鎖、報(bào)警輸出、各設(shè)備狀態(tài)顯示信號(hào)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(jí)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(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，如有需要，可隨時(shí)用手動(dòng)操作進(jìn)行干預(yù);若轉(zhuǎn)到“自動(dòng)”后，程序可繼續(xù)運(yùn)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(bào)警輸出

　　報(bào)警包括兩大類(lèi)參數(shù)超限報(bào)警，一類(lèi)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(lèi)是加熱蒸氣壓力和真空罐內(nèi)真空度超限。超限也分兩類(lèi)：一類(lèi)是“上限、下限”報(bào)警，當(dāng)信號(hào)超出上限和下限任一極限值時(shí)都輸出報(bào)警;另一類(lèi)是“上限、下限”和“上上限、下下限”兩級(jí)報(bào)警，當(dāng)信號(hào)超出上限和下限的任一極限值時(shí)輸出報(bào)警，當(dāng)信號(hào)超出上上限和下下限的任一極限值時(shí)再次輸出報(bào)警。報(bào)警設(shè)置在無(wú)紙記錄儀中完成，根據(jù)實(shí)際工藝設(shè)置各報(bào)警值，如圖5 所示的各對(duì)黃色和紅色粗橫線所示。同時(shí)還將報(bào)警輸出情況以開(kāi)關(guān)量形式輸出至PLC，

　　以備自動(dòng)控制用。當(dāng)狀態(tài)參數(shù)超限時(shí)，無(wú)紙記錄儀根據(jù)報(bào)警級(jí)別不同以不同顏色進(jìn)行閃爍，同時(shí)PLC也根據(jù)參數(shù)狀態(tài)向閃光報(bào)警控制儀輸出信號(hào)發(fā)出閃光警報(bào)。

2.4、數(shù)據(jù)保存、統(tǒng)計(jì)分析

　　電力變壓器在變壓法真空干燥過(guò)程中的溫度和氣體壓力值都將被保存在無(wú)紙記錄儀中，可通過(guò)U 盤(pán)拷貝至電腦中存檔，通過(guò)專(zhuān)用軟件對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢顯示、統(tǒng)計(jì)、分析、報(bào)警查詢。歷史數(shù)據(jù)曲線如圖6 所示，還有對(duì)數(shù)據(jù)定點(diǎn)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(wú)紙記錄儀取代原來(lái)多個(gè)物理量的記錄和顯示，系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，無(wú)須計(jì)算機(jī)、無(wú)須A/D 轉(zhuǎn)換、無(wú)須人機(jī)界面組態(tài)。可通過(guò)U 盤(pán)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(jì)分析。在兩個(gè)羅茨泵的兩端分別并聯(lián)一旁路閥，在干燥工藝的前兩個(gè)階段(即預(yù)熱階段和逐級(jí)降壓階段) 打開(kāi)這兩個(gè)旁路閥、之后關(guān)閉這兩個(gè)旁路閥，降低了兩個(gè)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(dòng)強(qiáng)度降低，設(shè)備性價(jià)比高。

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