电气部分

电气部分（共11篇）

电气部分 篇1

1引言

飞轮储能作为新兴的机械储能技术,它的核心部分是电力变换器,其主要作用就是对飞轮电机进行控制以及实现能量的转换,因此对电力变换器的研究是飞轮储能研究的重中之重,这涉及到下列章节对电力变换器的电路拓扑和控制方法的研究[2]。

2飞轮电池电力变换器的拓扑结构和工作原理分析

目前,国内的飞轮储能系统的电机采用的是方波驱动的永磁无刷直流电动机,根据变频调速的基本原理和逆变器的结构组成来设计出本文的电力变换器电路拓扑图,主要包括两大部分:电机驱动的交/直/交变换器和保证电能稳定输出的交/直/ 交变换器部分[3,4,5]。

2.1飞轮电池电力变换器的拓扑结构

如图1所示为飞轮储能系统电力变换器拓扑结构图,整个电路由整流、滤波、逆变三大部分构成。为了方便检测母线电流和调节母线电压,在逆变电路部分采用功率场效应管搭建三相桥式逆变电路。

2.2飞轮电池电力变换器的工作原理分析

2.2.1储能部分电力变换器电路分析

如图2所示为充电部分电力变换器主电路图,该充电部分电路主要用于飞轮系统充电模式下的控制,其工作过程可看作一个三级的变换环节 (AC-DC、DC-DC、DC-AC)。第一部分为整流环节, 由三相不可控整流桥和稳压电容C1将输入的交流电整流成稳定的直流电;第二级是斩波环节,采用Buck电路降压斩波电路,目的是实现母线电压的调整以适合第三级所需要的直流电压;第三环节为逆变环节,采用三相桥式PWM型逆变电路将上一环节提供的直流电压,转换成方波驱动电压以驱动电机加速运行。

2.2.2放电部分电力变换器电路分析

如图3所示为放电部分电力变换器主电路,该部分同样也由三级组成 (AC-DC、 DC-DC、DC-AC)。当飞轮系统处于放电状态时,驱动无刷直流电机工作并发电,输出的电压为整流稳压环节的输入部分,该环节主要由与S1-S6反并联的超快回复二极管D1-D6和稳压电容C2组成;随着能量的持续输出,飞轮的转速不断下降,导致该整流稳压环节输出的直流电压也不断下降,因此需要升压稳压环节作用,以得到稳定的直流输出电压,为逆变输出环节做准备;逆变输出环节将中间升压稳压环节得到的直流电压逆变成负载所需交流电供其使用,在这里仅选取单相交流输出电压作为研究,单相逆变桥由S7-S10(包括D7-D10)组成。然而当需要输出为三相交流电或者其他形式的交流电时,逆变部分需要采用三相逆变器或其他形式的逆变器。

3飞轮电机的控制

飞轮储能系统的工作方式分为三种:充电、放电、 保持,因此对飞轮电机的控制也分为三个阶段[6,7]。

3.1充电模式的控制

该阶段需要电力变换器来驱动飞轮电机高速旋转运行,将电能转换为飞轮转子的机械能存储起来。在该阶段中采用恒定功率与恒定转矩相混合的方式。如图4 (a)所示为在混合控制方式下电机的输出特性曲线图,图4(b)为电机升速曲线和绕组电流曲线图。 电机的最大输入功率为Pmax,最高转速为ωmax,承受的最大转矩为Tmax。令电机最高转速的一半值作为基速,电机启动时由静止开始加速, 经过两个阶段升到最高转速:当转速小于基速时, 采用恒转矩的方法运行;当转速高于基速时,采用恒功率的方法运行。

3.2放电模式控制

放电过程是将飞轮存储的机械能转化为电能,是减速释能的过程,由电网侧变流器变换后馈送到电网上。在放电过程中, 电机处于制动状态, 电机侧变流器根据控制器的功率指令,控制电机输出能量。由于要将能量传送给电网侧直流母线, 需要电机侧变流器输出的电压必须稍高于母线侧的电压,因此用到一个BOOST升压电路来提高其输出电压的值。

3.3保持模式控制

保持模式就是将飞轮系统现有的机械能储存起来,没有能量的流动,此时储能系统处于待机状态,损耗最小。

综合上述三种不同的工作模式,也就决定了电力变换器必须要实现的功能,如图5所示为飞轮系统与电力变换器间工作模式的关系图,图6为电力变换器总体方案结构框图。

4电力变换器主电路部分仿真[8]

4.1储能部分

在Matlab仿真平台上搭建该电力变换器仿真模型图,其输入电源为三相交流电压220V,频率50Hz,得到如图7(a)所示整流稳压环节电压波形图,幅值为535V,如图7(b)所示为母线调压环节电压波形图,经斩波电路降压后稳定在310V-320V之间。如图8(a)、(b)所示分别为电机的电动势Uab、 Uac、Ubc的电压波形和电机A相绕组的电流Ia波形图。

4.2释能部分(即放电部分)

本研究采用尽可能采取符合飞轮储能系统放电过程的方法,设定永磁的初始速度为6000r/min, 电机的具体参数与充电模型中的参数相同。如图9(a)为放电过程中电机转速变化曲线,图9(b)为放电过程中采取升压环节作用下的电压输出波形。

由图9(a)和9(b)可知,随着飞轮速度的逐渐下降,单电机的转速降低到40%左右时,放电深度达到70%左右。经过BOOST的升压作用下,输出单相逆变器输出的直流电压稳定在250V,且电压的纹波较小,仿真结果显示良好。

5实验

为了验证所设计的飞轮电池的电力变换器的性能,在实验室作如下实验,实验装置采用一个永磁方波直流无刷电机与磁悬浮飞轮装置组装进行实验,分别完成降速和升速实验。如图10所示为搭建的磁悬浮飞轮实验平台,主要测试飞轮储能系统中电力变换器的性能和飞轮系统在储存及释放能量时母线电压的变化情况。图11为本实验采用的飞轮储能 控制驱动 器及飞轮 电机 , 其中包括TMS320LF2407A DSP控制系统和电力变换器。由于实验室内条件有限,没有真空实验装置,仅做了静态平衡和动态平衡,并未设真空实验装置。

5.1驱动电机的升速实验

实验所用的飞轮电机为一个12极36槽的无铁芯永磁方波直流电机,P=2.2k W,r=6000rpm,U= 300V,I=9.2A,扭力F=3.5N·m,防护等级IP54。飞轮转子直径D=0.6m,飞轮惯量为0.03415kg·m2。飞轮的升速过程大约持续80s,飞轮转子加速上升至6000rpm。如图12所示为飞轮加速过程中采集到的Sr以及上、下桥臂S1、S4的PWM控制信号。其中图12(a)为Sr的控制信号图,占空比D=70%。图12 (b)为S1、S4的控制信号图。可以看出,飞轮在加速时,基本实现了PWM的控制以及调压功能。

飞轮加速20s内采集到的飞轮转速的波形和母线电压波形如图13所示。图13(a)为飞轮加速上升时的波形,每格(200m V)表示有1000转,即飞轮的转速在此段时间内由2200转上升至3350转;图13(b)为母线电压的上升波形曲线,可以看出此时呈直线稳定增加。总之,电机加速的曲线和母线电压上升的曲线都相对稳定,并与仿真结果相照应,实验正常进行。

如图14为飞轮升速时采集的母线电流和电机相电流的波形比较图。其中图14(a)为采样几个周期内母线电流及电机相电流波形;图14(b)为采集20s内母线电流和相电流的波形。可以看出母线电流和相电流幅值都比较稳定,表示飞轮升速过程较稳定,达到了预期效果。

5.2放电实验

设定飞轮系统达到6000rpm就开始放电实验, 逆变输出单相正弦波的峰-峰值为120V。实验的输出端设置为一只功率30W大功率灯泡作为实验负载。将飞轮加速至6000rpm时,切换到放电模式;当飞轮转速降至2500rpm时,停止放电实验,放电时间约为150s。试验中采集到的BOOST升压电路的输出出电电压压波波形形如如图图1155所所示示,,可可见见输输出出电电压压112200VV保保持持在在。。

图16所示为单相逆变器输出的电压波形。图中上部分为单相逆变桥输出波形,单峰值为60V,频率50Hz的脉冲序列;图中下部分为滤波后输出的正弦电压波形,峰-峰值约120V、频率50Hz的电压, 达到预期目标。

6结论

本文分析了飞轮电池的三种工作模式以及各种模式和电力变换器的关系,设计出电力变换器的总电路拓扑,并提出了该变换器的控制方案。通过Simulink仿真得到的电力变换器在加速储能和减速释能时的部分波形图和实验得出的波形数据证明本文设计的电力变换电路及控制方法不仅可以实现飞轮储能系统平稳升速储能,还能稳定输出电能,体现了本设计的实用价值。

摘要：飞轮储能电力变换器是一个功率双向流动的变换装置,它控制机械能与电能的转换,直接影响着飞轮电池能量的转换效率[1],但是目前的电力变换器不能满足飞轮储能系统稳定、经济运行,因此设计出一种新型的电力变换器拓扑,采用恒定转矩与恒定功率双重控制方法控制系统的充电环节,在放电环节采用BOOST升压电路提高、稳定其输出电压值,经过Matlab仿真平台仿真结果和实验结果验证该电路拓扑具有良好的动态性能和稳态性能,具有很好的实用性。

关键词：飞轮储能,电力变换器,恒功率,恒定转矩,BOOST升压,Matlab仿真,实验

电气部分 篇2

答：按原动机分：凝气式汽轮机发电厂，燃汽轮机发电厂，内燃机发电厂和蒸汽—燃气轮机发电厂。按燃料分：燃煤发电厂，燃油发电厂，燃气发电厂，余热发电厂。

按蒸汽压力和温度分：中低压发电厂，高压发电厂，超高压发电厂，亚临界压力发电厂，超临界压力发电厂，超超临界压力发电厂。按输出能源分：凝气式发电厂，热电厂。

火力发电厂的生产过程概括地说就是把煤炭中的化学能转变成电能的过程，整个生产过程分为三个阶段：（1）燃料的化学能在锅炉燃烧中转变成热能，加热锅炉中的水使之变成为蒸汽，称为燃烧系统。（2）锅炉生产的蒸汽进入汽轮机冲动汽轮机的转子旋转，将热能转变机械能，称为汽水系统。（3）由汽轮机转子旋转的机械能带动发动机旋转，把机械能转变为电能，称为电气系统。特点：（1）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需求而定。

（2）火电厂的一次性建造投资少，单位容量的投资仅为同容量水电厂的一半左右，火电厂的建造工期短，两台30KW机组，工期为3—4年，发电设备年利用小时数较高，约为水电厂的1.5倍。

（3）火电厂耗煤量大，目前发电用煤约占全国煤炭总产量的一半左右，加上运煤费用和大量用水，其生产成本比水力发电要高出3—4倍。

（4）火电厂动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，厂用电和运行人员都多于水电厂，运行费用高。（5）燃煤发电机组由停机到开机并带满负荷需要几个小时到十几个小时，并附加耗用大量燃料。（6）火电厂担负调峰，调频或事故备用，相应的事故增多，强迫停运率高，厂用电率高。（7）火电厂的各种排放物对环境的污染较大。

1-4试简述水力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点？

答：按集中落差的方式分：（1）堤坝式水电厂（a）坝后式水电厂，（b）河床式水电厂，（2）引水式水电厂。按径流调节的程度分：（1）无调节水电厂，（2）有调节水电厂（a）日调节水电厂，（b）年条件水电厂，（c）多年调节水电厂。

生产过程：从河流较高处或者水库引水利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变为机械能，然后由水轮机带动发动机旋转门将机械能转变成电能。

特点：（1）可以综合利用水能资源。（2）发电成本低，效率高。（3）运行灵活。（4）水能可以储蓄和调节。（5）水力发电不污染环境。（6）水电厂建设投资较大，工期较长。（7）水电厂建设和生产都受到河流的地形，水量及季节气象条件的限制。（8）由于水库的兴建，土地淹没，移民搬迁，给农业生产带来一些不利，还可能在一定程度上破坏自然界得生态环境。

1-5试简述抽水蓄能电厂在电力系统中的作用及其效益？

答：作用：（1）调峰（2）填谷（3）事故备用（4）调频（5）调相（6）黑启动。（7）蓄能。效益：容量效益，节能效益，环保效益，动态效益，提高火电设备利用率，对环境没有污染且可以美化环境。2-1哪些设备属于第一次设备？哪些设备属于二次设备？其功能是什么？

答;一次设备：（1）生产和转换电能的设备。（2）接通或者断开电路的开关电器。（3）限制故障电流和防御过电压的保护电器。（4）载流导体。（5）互感器，包括电压互感器和电流互感器。（6）无功补偿设备。（7）接地装置。

二次设备:(1)测量表计。（2）继电保护，自动装置及远动装置。（3）直流电源设备。（4）操作电器，信号设备及控制电缆。

功能：一次设备通常是把生产，变换，输送，分配和使用电能的设备。

二次设备是对一次设备和系统的运行状态进行测量，控制，监视和起保护作用的设备。2-2简述300MW发电机组电气接线的特点及主要设备功能？

答：300MW发电机组采用发电机—变压器单元接线，变压器高压侧经引线接入220KV系统。特点：（1）采用发电机—变压器单元接线，无发电机出口断路器和隔离开关。

（2）在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器，供给厂用电。

（3）在发电机出口侧通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器。（4）在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器4只。

（5）发电机中性点接有中性点接地变压器。

（6）高压厂用变压器高压侧，每相装有电流互感器4只。

2-7并联高压电抗器有哪些作用？抽能并联高压电抗器与并联高压电抗器有何异同？

答：作用：（1）限制工频电压升高。（2）降低操作过电压。（3）消除发电机带长线出现自励磁。（4）避免长距离输送无功功率并降低线损。（5）限制潜供电流。

并联高压电抗器带辅助抽能线圈，而抽能并联高压电抗器为单相式，具有单相铁心结构，冷却方式为油浸自冷，每台容量为40Mvar，并联电抗器一次和抽能绕组的额定电压为525/√3/5.85√3KV，抽能绕组输出电压的误差范围为百分之负4到百分之5。中性点电抗器采用又浸空心电感式，具有较强的短路过载能力。3-1 研究导体和电气设备的发热有何意义？长期发热和短时发热各有和特点？

答：电气设备有电流通过时将产生损耗，这些损耗都将转变成热量使电气设备的温度升高。发热对电气设备的影响：使绝缘材料性能降低；使金属材料的机械强度下降；使导体接触部分电阻增加。导体短路时，虽然持续时间不产，但短路电流很大，发热量仍然很多，这些热量在短时间内部容易散出，于是导体的温度迅速升高。同时，导体还受到点动力超过允许值，将使导体变形或损坏。由此可见，发热和电动力是电气设备运行中必须注意的问题。长期发热，有正常工作电流产生的；短时受热，由故障时的短路电流产生的。

3-2为什么要规定导体和电气设备的发热允许温度？短时发热允许温度和长期发热允许温度是否相同，为什么？

答：电气设备有电流通过时将产生损耗，这些损耗都将转变成热量使电气设备的温度升高。发热对电气设备的影响：使绝缘材料性能降低：是金属材料的机械强度下降：时导体接触部分电阻增加。导体短路时；虽然持续时间不长，但短路电流很大，发热量仍然很多，这些热量在短路时间内不容易散出，于是导体的温度迅速升高。同时，导体还受到电动力超过允许值，将使导体变形或损坏。由此可见，发热和电动力是电气设备运行中必须注意的问题。长期发热，有正常工作电流产生的;短时发热，有故障时的短路电流产生的。

3-3 导体长期发热允许电流是根据什么确定的?提高允许电流应采取哪些措施？

答：是根据导体的稳定温升确定的，为了提高导体的载流量，宜采用电阻率小的材料，如铝和铝合金等。导体的形状，再同样截面积的条件下，圆形导体的表面积较小，而矩形和椭形的表面积则较大。导体的布置应采用去散热效果最佳的方式，而矩形的截面积导体的散热效果比平方的要好。3-6 电动力对导体和电气设备的运行有何影响？

答：电气设备在正常状态下，由于流过导体的工作电流相对较小，相应的电动力也较小，因而不易为人们所察觉。而在短路时，特别是短路冲击电流流过是，电动力可达很短的数值，当载源导体和电气设备的机械强度不够时，将会产生变形或损坏，为了防止这种现象的产生，必须研究短路冲击电流产生电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证足够的动稳定性，必要时也可采取限制短路电流的措施。

3-10 可靠性的定义是什么？电力设备常用的可靠性指标有哪些：

答：可靠性定义为元件，设备和系统在规定的条件下和预定时间内，完成规定功能的概率。从可靠性观点看，电力系统中使用的设备（元件）可分为可修复元件和不可修复元件两类。不可修复元件常用的可靠性指标有可靠度，不可靠度，故障率和平均无故障工作时间等。可修复元件常用的可靠性指标有可靠度、不可靠度、故障率、修复率、平均修复时间、平均运行周期、可用度、不可用度、故障频率。3-12 电气主接线的可靠性指标有哪些？

答：电气主接线的可靠性指标用某种供电方式下的可用度、平均无故障工作时间、每年平均停运时间和故障频率等表示。

4-2 隔离开关与断路器的主要区别何在？在运行中，对他们的操作程序应遵循哪些重要原则？

答：主要区别：断路器有专用灭弧装置，可以开断负荷电流和短路电流，用来作为接通或切断电路的控制电器。而隔离开关没有灭弧装置，起开合电流作用极低，只能用作设备停用后退出工作时断开电路。操作顺序：对他们的操作中，保证隔离开关“先通后断”。

母线隔离开关与线路隔离开关的操作顺序：母线隔离开关“先通后断”，即接通电路时，先合母线隔离开关，后合线路隔离开关；切断电路时，先断开线路隔离开关，后断开母线隔离开关。

4-3 主母线和旁路母线各起什么作用？设置专用旁路断路器和以母联断路器或分段断路器兼作旁路断路器，各有什么特点？检修出线断路器时，如何操作？

答：主母线主要用于汇聚电能和分配电能，旁路母线主要用于配电装置检修断路器时不致中断回路而设计的。设计旁路断路器极大的提高了可靠性，而分段断路器兼作旁路断路器的连接和母联断路器兼作旁路断路器的接线，可以减少设备，节省投资。

当出线的断路器需要检修时，先合上旁路断路器，检查旁路母线是否完好，如果旁路母线有故障，旁路断路器在合上后会自动断开，就不能使用旁路母线。如果旁路母线完好，旁路断路器子合上后就不会断开，先合上出线的旁路隔离开关，然后断开出线的断路器，在断开两侧的隔离开关，有旁路断路器代替断路器工作便可对断路器进行检修。

4-4 发电机——变压器单元接线中，在发电机和双绕组变压器之间通常不装设断路器，有何利弊？ 答：利：不设断路器，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得在选择出口断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。

弊：变压器或者厂用变压器发生故障时，除了跳主变压器高压侧出口断路器外，还需跳发电机磁场开关，若磁场开关拒跳，则会出现严重的后果，而当发电机定字绕组本身发生故障时，若变压器高压侧失灵跳闸，则造成发电机和主变压器严重损坏。并且发电机一旦故障跳闸，机组将面临厂用点中断的威胁。4-5 一台半断路器接线与双母线带旁路接线相比较，各有何特点？一台半断路器接线中的交叉布置有何意义？

答：通常在330KV—500KV配电装置中，当进出线为6回及以上，配电装置在系统中具有重要地位，则宜采用一台半断路器接线，每两个元件用3台断路器构成一串接至两组母线

双母线带旁路接线：用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。

将两个同名元件分别布置在不同串上，并且分别靠近不同母线接入为交叉接线，通常比非交叉接线具有更高的运行可靠性，可减少特殊运行方式下事故扩大。

4-6 选择主变压器时应考虑哪些因素？其容量、台数、型式等应根据哪些原则来选择？

答：主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5—10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素。

台数：发电厂：为保证供电可靠性，主变一般不少于2台。单元接线为1台，扩大单元接线时，2台发电机配1台变压器

变电站：（1）一般装设2台主变压器（2）对于大型超高压枢纽变电站，可装设2—4台（3）对于地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站可设3台主变

容量：单元接线：（1）发电机的额度容量扣除本机的厂用负荷后，留有10%的裕度（2）按发电机的最大连续容量，扣除一台常用变压器的计算负荷和变压器绕组平均温升在标准温度或冷却水温度不超过65度的条件选择

型式：（1）相数选择：选三相变压器

（2）绕组数选择：双绕组：200MW以上 三绕组：125MW及以下有两种升压 自偶变：220KV及以上 低压分裂绕组：多绕组一般用于600MW级 4-8 电气主接线中通常采用哪些方法限制短路电流。

答：1.在发电厂和变电站的6-10KV配电装置中（1）在母线分段处设置母线电抗器，目的是发电机出口断路器，变压器低压侧断路器，母联断路器等能按各回路额定电流来选择，不因短路电流过大而使容量升级。（2）线路电抗器：主要用来限制电缆馈线回路短路电流。（3）分裂电抗器

2.采用低压分裂绕组变压器。当发电机容量越大时，采用低压分裂绕组变压器组成扩大单元接线以限制短路电流。

3.采用不同的主接线形式和运行方式。5-1.什么叫厂用电和厂用电率？

发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，中中有大量以电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明等用电设备都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。

厂用电耗电量占同一时期内全厂总发电量的百分数，称为厂用电率。5-4.对厂用电接线有哪些基本要求？ 1.供电可靠，运行灵活。2.各机组的厂用电系统是独立的。

3.全厂新公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公共负荷母线。

4..充分考虑电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能的使切换操作简便，启动电源能在短时间内接入。

5.供电电源应尽量与电力系统保持密切联系。

6.充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别是要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换装置。

5-5.厂用电接线的设计原则是什么？对厂用电压等级的确定和厂用电源引接依据是什么？ 1.厂用电接线应保证对常用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运行。2.接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求。3.厂用电源的队形共典型，本机，炉的厂用负荷由本机组供电。

4.设计时还应适当助于其经济性和发展的可能性并积极慎重的采用新技术，新设备，使厂用电设备具有可行性和先进性。

5.在设计厂用电接线时还应对厂用电的电压等级，中性点接地方式，厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。

厂用电的电压等级是根据发电机的额定电压，厂用电动机的电压和厂用电供电网络等因素，相互配合，经过技术经济综合比较后确定的。

常用电源引接的依据：发电厂的厂用电源必须供电可靠，切能满足各种工作状态的要求，除具有正常的工作电源外，还应设置备用电源、启动电源和事故保安电源。一般电厂都以启动电源兼作备用电源。

5-7.火电厂厂用电接线为什么要接锅炉分段？为提高厂用电系统的可靠性，通常都应采取些措施？

为了保证厂用供电的连续性，使发电厂能安全满发，并满足运行安全可靠灵活方便。所以采用锅炉分段原则。为提高厂用电的可靠性，高压工作厂用变压器和启动备用变压器采用带负荷调压变压器，以把整厂用电安全，经济的运行。

5-9 什么是厂用电动机的自启动？为什么要进行电动机自启动校验？如果厂用变压器的容量小于自启动电动机总容量时，应如何解决？

厂用电系统运行的电动机，在突然断开电源或厂用电压降低时，电动机转速就会下降，甚至会停止运行，这一转速下降的过程称为惰行。若电动机失去电压以后，不予电源断开，在很短时间内，厂用电压又恢复或通过自动切换装置将备用电源投入，此时，电动机惰行尚未结束，又自动启动恢复到稳定状态运行，这一过程称为电动机的自启动。

若参加自启动的电机数目多，容量大时，启动电流过大，可能会使厂用母线及厂用电网络电压下降，甚至引起电动机过热，将危及电动机的安全以及厂用电网络的稳定运行。因此，必须进行电动机自启动校验。如果厂用变压器的容量小于自启动电动机总容量时，可采取的措施：1）限制参加自启动的电机数量。对不重要的电动机加装低电压保护装置，延时0.5s断开，不参加自启动。2）负载转矩为定值的重要设备的电动机，因它只能在接近额定电压下启动，也不应参加自启动，可采用低电压保护和自动重合闸装置。3）对重要的厂用机械设备，应采用具有较高启动转矩和允许过载倍数较大的电动机与其配套。4）在不得已情况下，或增大厂用变压器容量，或结合限制短路电流问题一起考虑时，适当减小厂用变压器阻抗值。厂用电系统中性点接地方式

高压厂用电系统中性点接地方式：高压（3、6、10KV）接地方式与接地电容的大小有关，当接地电容电流小于10A时，可采用不接地方式，也可采用高电阻接地方式；当大于10A时，可采用经消弧线圈或消弧线圈并联高电阻的接地方式。

电气部分 篇3

关键词：同步时钟 输出卡板 差分 对时

中图分类号：TP317文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）05（a）-0079-01

电力控制系统和装置需要统一的、精确的时间，才能够准确完成规定的功能和特定的配合工作，才可以更好地实现各系统的运行监控和故障分析，就可以通过各种电力系统自动化控制设备的开关动作、调整的先后顺序及主内时间来分析事故的原因及过程。为了满足上述要求，该厂电气GPS装置利用上海泰坦通信工程有限公司的TimeDA2000系列时钟设备作为新GPS装置代替老式BSS-3GPS同步时钟，为继电保护及自动化装置提供可靠、标准、统一的时钟源。

1 TimeDA2000时钟特点

TimeDA2000可以达到纳秒级的NTP输出，不同卡板可以任意组合应用。即一台TimeDA2000时钟装置将可以根据继电保护及自动装置的输出接口类型不同而配置不同种类的输出卡板（输出板卡分TTL输出板、422/485输出板、空节点输出板、RS232输出板、IRIG输出板、NTP输出板、DCF77输出板等7种输出板），做到多种输入输出卡板选择，灵活配置。

2 GPS对时方式和接线方式

2.1 GPS的对时方式

GPS的对时方式有三种：硬对时（分对时或秒对时）、软对时（即由通讯报文来对时）和编码对时（应用广泛的IRIG-B对时）。

软对时是以通讯报文的方式实现的，这个时间是包括年、月、日、时、分、秒、毫秒在内的完整时间，监控系统中一般是：总控或远动装置与GPS装置通讯以获得GPS的时间，再以广播报文的方式发送到装置。这种广播的对时一般每隔一段时间广播一次，如我厂南瑞RCS-9647发变组保护装置GPS时钟功能，其GPS通讯方式为1分钟下发一次。报文对时会受距离限制，如RS-232口传输距离为30 m。由于对时报文存在固有传播延时误差，所以在精度要求高的场合不能满足要求。

硬对时一般用分对时或秒对时，分对时将秒清零、秒对时将毫秒清零。理论上讲，秒对时精度要高于分对时。分脉冲对时方式是现在国内外微机保护较常采用。例如我厂南瑞RCS-900系列微机保护中，可以在“装置参数”中设置为“分对时”还是“秒对时”。若在液晶上有开入量显示，当有0和1的变化或其它成功提示，则说明已经对上时了。

编码对时目前常用的是IRIG-B对时，分调制和非调制两种。IRIG-B码实际上也可以看作是一种综合对时方案，因为在其报文中包含了秒、分、小时、日期等时间信息，同时每一帧报文的第一个跳变又对应于整秒，相当于秒脉冲同步信号。

2.2 对时的接线方式

对时的接线方式是针对硬对时，按接线方式可分成差分对时与空接点方式两种。差分是类似于485的电平信号，以总线方式将所有装置挂在上面，GPS装置定时（一般是整秒时）通过两根信号线中A（+）与B（-）的电平变化脉冲向装置发出对时信号。这种对时方式可以节省GPS输出口数、GPS装置与各保护测控装置之间的对时线，还能保证对时的总线同步；如RCS-9000系列装置就是采用差分方式对时。

空接点方式是类似于继电器的接点信号，GPS装置对时接点输出要与每台保护测控装置对时输入一一对应连接。

为提高精度，发电厂和变电站中一般采用硬对时和软对时相结合的方式，即装置通过通讯报文获取年月日时分秒信息，同时通过脉冲信号精确到ms、μs，对于有编码对时口（如IRIG-B）的装置优先用编码对时。我厂GPS对时方式主要为硬对时和编码对时。

3 GPS授时接入分析

3.1 接口类型和输出板卡的选择

现场GPS时钟接入时，首先要对各保护装置和自动装置的GPS接点对时方式进行统计，以便于GPS时钟输出卡板的选择。若保护及自动装置接口类型没有确认正确，则不能与时钟输出卡板匹配，在接入GPS时钟时不仅不能成功对时，甚至可能发生保护装置失灵或误动情况发生。我厂共有保护及自动装置为39套，接入GPS终端接点42对，接口类型分别为差分B码、差分485、以及空接点。因此TimeDA2000时钟装置信号输出板需要配置IRIG-B信号输出板、差需差分485输出板和空接点输出板。

3.2 授时接入装置的对时方式的选择

接口类型和卡板选择好之后，还要对保护及自动装置的对时方式进行确认。某些装置可以提供分/秒对时选择，但有些装置在出厂前已经固定了GPS对时方式，我们利用TimeDA2000时钟装置输出信号板的跳线切换方法，通过电路板上的十位拨码开关实现时脉冲、分脉冲、秒脉冲以及天脉冲的选择，将各装置的对时方式统一归纳，进行合理排列，解决各装置对时样式多问题。

3.3 有源、无源空接点的接入

空接点授时接入时，特别要注意保护及自动装置所提供GPS空接点的有、无源性以及电压等级。因GPS装置以空接点方式输出其内部是一个三极管，有方向性，而且不能承受高电压，一般要求是24伏开入，如果有些特殊的保护设备提供的电源是220 V的开入，由于电压过高则会烧毁GPS输出卡板。TimeDA2000时钟装置的空接点信号输出板并不提供24电源，对于现场的某些保护或自动装置所提供的GPS无源空接点接入点，则需要在其装置本身取24V电源以保证空接点的有源性。如我厂南自厂家生产的110KV线路微机保护装置PSL622C，其装置提供的是无源空接点。我们在装置上取24 V电源，将TimeDA2000时钟输出接点串接如保护装置的24V+、GPS+、GSP-、24 V地，保证了装置成功对时。

4 结语

继电保护及自动装置与GPS时钟接入时，应先将保护装置停电，理清待接入装置GPS接点接入方法，避免因接线错误或装置本身提供的GPS接点极性反向，造成保护误动或装置损坏。

参考文献

[1]上海泰坦通信工程有限公司.TimeDA2000 系列产品用户手册.

发电厂电气部分教学探索 篇4

关键词：发电厂电气部分,课程性质,实用性

一、发电厂电气部分课程性质

发电厂电气部分是电气工程及其自动化专业的专业选修课。“该课程在专业教学体系中起承上启下的作用, 教学内容具有理论与实践并重的特点。”它主要介绍了发电厂、变电所的电气一次系统的工作原理、基本结构、设计方法及运行理论及部分电气二次系统的原理和技术。课程的主要任务是从应用的角度出发, 使学生掌握发电厂、变电站主接线基本形式、各类发电厂的接线特点、主接线设计方法、厂用电接线、配电装置、主要电气设备及其选择方法、控制与信号以及电弧理论、发热理论、电动力理论等内容, 让学生初步掌握发电厂、变电站电气主系统的设计与计算方法, 树立理论联系实际的观点, 培养实践能力、创新意识和创新能力, 为以后从事有关电气设计、检修、安装、运行、维护及管理等工作奠定必要的基础。

二、优化课程内容与学时

发电厂电气部分课程教学内容繁多、理论性强, 教学学时相对偏少。针对这样的特点, 我们要进行合理的优化。课程内容的优化要达到实效性, 要充分抓住本课程的教学重点, 突破教学的难点, 合理优化课时分配。

1.抓住教学重点

经过本人长期教学实践, 整合发电厂电气部分教学的内容, 确定以下教学重点:不同类型发电厂的特点;电气主接线的概念, 主要一次设备的功能;300MW、600MW发电机组电气部分接线特点;导体载流量计算的方法, 载流导体短路时发热计算;各种电气主接线基本接线形式及应用;主变压器的台数、容量及型式选择方式;发电厂、变电所典型电气主接线的分析与设计;厂用电接线的原则和接线形式;不同类型发电厂的厂用电接线;电弧的产生和熄灭;断路器、电流互感器及电压互感器的工作原理和选择;户内、户外配电装置的形式及应用范围;二次回路接线图的类型及应用;断路器的电磁控制电路分析等。在教学中, 我们要在繁多的教学内容里牢牢抓住这些重点, 引导学生深入学习。

2.突破教学难点

由于发电厂电气部分教学理论性较强, 难点较多, 这就需要我们合理运用教学手段突破以下教学难点:

火力发电厂生产过程;发电机组电气部分接线分析;载流导体短路时发热计算;带旁路母线的接线、一台半断路器接线、角形接线电路分析;电气主接线的设计;电动机自启动的校验方法;正确理解电弧的熄灭条件, 互感器的接线形式及用法、误差分析;发电机与配电装置 (或变压器) 的连接方式;断路器的电磁控制电路分析等。

3.优化学时分配

在确定了教学重难点的基础上, 我们要进一步优化学时, 充分利用好有限的教学时间, 努力实现最优教学效率。我们要将较多的课时分配在发电、变电和输电的电气, 常用计算的基本理论和方法, 电气主接线及设计, 厂用电接线及设计, 导体和电气设备的原理与选择, 配电装置等相关内容方面。

三、理论知识与能力并重

“确定基础理论教育的范围及相关的要求时, 应重视学生解决基础理论问题能力训练及将来的适用性。”发电厂电气部分是一门理论与实践紧密结合的课程, 我们要重视学生理论知识的把握, 同时也要加强相关技能的发展, 做到理论与能力并重。

理论层面。我们要引导学生把握不同类型发电厂的发电过程, 掌握发电厂、变电站主接线基本形式;理解导体发热、电动力计算的实质, 掌握计算方法;熟练掌握电气设备的图形符号和文字符号, 熟悉其工作原理及应用场合;理解最小安全净距的概念, 了解配电装置的类型, 掌握配电装置的布置原则;熟悉二次回路不同的接线方式, 掌握断路器的控制与信号电路的分析方法;熟悉发电厂变电站运行操作的相关规程、规范;熟悉常用电气设备使用的手册;熟悉3～110kV发电厂变电站设计手册。

学生能力、技能层面。我们要通过多种教学方法与实践活动, 培养学生电气设备选择和校验的能力, 电气元件安装、调试的能力;熟悉操作票制度和工作票制度, 掌握常用电气装置之间倒闸操作的操作过程;具备初步的中小型发电厂和变电所主接线设计的能力等。

四、优化教学方法与手段

有效的教学方法与教学手段, 往往收到事半功倍的效果。发电厂电气部分教学方法与手段的选择要根据发电厂电气部分课程的特点。目前, 运用较多的是多媒体教学法。“多媒体教学以其直观、形象、信息量大、界面友好和交互性强等优势, 正被广大师生认可和应用。”这种方法将文本、图像、图形、音视频等有效组合起来, 增加了课堂的趣味性, 教学更直观形象;基本理论与电路图、实物图相结合法, 是常用的传统教学方法, 简单却有效;原理媒体模拟法易于通过运用现代化技术手段模拟原理, 使抽象的原理形象化;课堂教学与课后习题结合法能够通过练习的形式, 及时了解学生课堂学习效率, 及时查找不足;实践法、工程实例法则将理论教学与实践有机结合起来, 使学生在理论与实践能力两个层面都获得发展。无论采用怎样的方法与手段, 都要遵循有利教学原则。

五、丰富课程相关课外阅读

发电厂电气部分教学内容繁杂, 教学学时少。怎样利用有效的时间较好的完成教学任务呢?加强课外相关书籍的阅读可以有效实现课堂的延伸, 使学生更全面、更丰富的了解与把握发电厂电气部分的知识。当然这方面的书籍资料资源较为丰富, 教师要进行有效引导, 列出相关的书目。根据我本人的阅读经验列出下列书籍供参阅:

1.《发电厂电气部分课程设计参考资料》, 黄纯华编, 中国电力出版社, 2001年出版;

2.《电力系统暂态分析》 (第三版) , 李光琦, 西安交通大学, 2002年出版;

3.《电力工程电气设计手册》, 第一分册, 六院合编, 中国电力出版社。

4.《发电厂电气部分》, 姚春球, 2007中国电力出版社;

5.《电气设备运行与维护》, 刘增良, 2004中国电力出版社等。

六、结论

发电厂电气部分课程具有较强的实用性。加强本课程教学研究, 有利于提高学生分析问题与解决工程问题的实际能力, 有效缩短理论与实践的差距, 使学生较好地满足社会的需求, 为学生的未来发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1]李梅.发电厂电气部分课程改革初探.科技信息, 2011, (08) .

[2]陆明心.高校能力教育与基础理论教育的平衡[G].河南理工大学学报, 2005, (03) .

发电厂电气部分试题 篇5

课程名称：发电厂电气部分 专业：电气工程及其自动化 年级： 学期：

一、判断题（本大题共 10小题，每小题 1 分，共 10 分）

1.2.3.4.5.自耦变压器的额定容量大于标准容量

（√）（×）（√）（×）（×）旁路母线的作用是为了检修主母线时保证不停止供电

互感器的二次侧各绕组必须有一可靠的接地。

三相输电线路水平布置，流过三相短路电流，边相受到的电动力最大。等值空气温度就是平均空气温度。

6.发电机运行中，若其端电压达额定值的105%以上，则其出力必须降低

（√ 7.电抗器在品字形布置时应该采用将A相与C相重叠布置

（× 8.在降压变电所的高压侧线路停电操作时，应先拉开线路侧隔离开关，后拉开母线侧隔离开关（√ 9.导体的短时发热指的是正常运行时很短时间的发热过程

（× 10.电流互感器一次绕组的电流与其二次绕组的电流大小无关。

（√

二、单选题（本大题共 10 小题，每小题 1 分，共 10 分）（A）

1、抽水蓄能电厂的作用大部分都是：

A、低负荷时蓄水，高峰负荷时发电

B、绝大部分只能是蓄水 C、低负荷时发电，高峰负荷时蓄水

D、备用

（D）

2、枢纽变电所的特点是：

A、位于变电所的枢纽点

B、全所停电后，将引起区域电网解列 C、电压等级很高

D、全所停电将引起系统解列，甚至出现瘫痪（B）

3、用于两种电压等级之间交换功率的变压器称为：

A、主变压器

B、联络变压器 C、厂用变压器

D、所用变压器

（C）

4、厂用电接线的基本形式是

A、单母线不分段

B、双母线不分段

C、单母线按锅炉分段

D、双母线按锅炉分段

（B）

5、如果短路切除时间大于1秒时，则

A、应考虑非周期分量的影响

B、可不考虑非周期分量的影响 C、不考虑周期分量的影响

D、都不考虑

（A）

6、单母线接线在检修母线隔离开关时，必须

A、断开全部电源

B、断开部分电源 C、只断开要检修的隔离开关

D、都不对（C）

7、变压器与110KV及以上的两个中性点直接接地的电力系统相连接时，一般选用

A、普通三绕组变压器

B、双绕组变压器 C、自耦变压器

D、电抗器

（D）

8、变压器正常使用年限为20 ~ 30年是指变压器绕组最热点的温度维持在

A、80℃ B、120℃ C、140℃ D、98℃

（B）

9、自耦变压器的效益系数定义为

A、额定容量与标准容量之比

B、标准容量与额定容量之比

C、一次额定电压与二次额定电压之比

D、一次额定电流与二次额定电流之比

（A）

10、发电机可以维持15～30min短时异步运行，是指

A、汽轮发电机

B、有阻尼绕组的水轮发电机 C、无阻尼绕组的水轮发电机

D、都不对

电气部分 篇6

关键词：35 kV变电站；电气一次部分设计；技术实践

中图分类号：TM645.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）21-0106-02

近年来，我国变电站运行事故频频发生，这些事故不仅给供电企业带来了严重的损失，同时还影响着我国生产生活的正常运行，关系着用户的用电安全性，因此有效避免变电站运行事故是当前各个供电企业尤为关注的话题。控制35 kV变电站运行事故的发生率需要从35 kV变电站系统本身的性能入手，而电气一次部分设计正是决定35 kV变电站安全运行的重要因素。

1 35 kV变电站电气一次部分设计基本概述

变电站电气一次部分设计的主接线基本上都是利用高压电器设备采用连线组合的方式形成的电路，其称之为一次接线。通过一次接线的运行状况在很大程度上能够看出各设备的主要作用及各回路之间的相互关系。电气主接线是保证变电站连续供电及电能质量的重要条件，并且它还影响着变电站中其他设备的选择，比如继电保护设备、配电装置及自动装置等。在35 kV变电站电气一次部分的电气主接线在设计中需要满足一定的要求，其基本要求如下：

①主接线要具备灵活性与方便性。对于35 kV变电站电气一次部分设计，不仅要保证主接线的正常运行及安全供电，同时还要保证变电站系统在故障状态或者设备正在检修的状况下，主接线要具备一定的灵活性与方便性，适应系统调度的要求，并要能够迅速简便的转换运行模式，将故障停电时间缩短，减少其影响范围。

②要保证系统供电的可靠性及电能质量。在35 kV变电站一次部分设计中对于主接线的设计，其应该满足系统供电的可靠性及电能质量的要求，若供电安全无法得到保障，那么导致变电站系统在运行中发生停电等状况，停电问题不仅仅是对发电长造成影响，若停电覆盖范围较大，还将给我国国民经济各部门带来损失。所以在变电站主接线设计中一定要保证其供电的可靠性与稳定性。

③要具备扩建的可能性及经济性。在主接线设计中需要考虑两方面因素，一方面要实现变电站的最终接线，另一方面需要考虑分期接线施工问题，因此在主接线设计中要为后期相关施工留有余地。另外在主接线设计中还要充分考虑其经济性，只有其具备经济性，才能为发电厂或者是相关供电企业创造经济效益，促进发电厂或供电企业的发展。

2 35 kV变电站电气一次部分设计步骤及注意事项

①35 kV变电站电气一次部分设计步骤。35 kV变电站电气一次部分设计具体一定的复杂性，为了确保电气一次部分设计的合理性与科学性，应严格按照35 kV变电站电气一次部分设计步骤进行。一般情况下35 kV变电站电气一次部分设计需要经历六步。第一，在设计之前需要全面掌握相关设计依据及设计基本资料，并结合这些资料对35 kV变电站电气一次部分设计进行全方位分析，明确35 kV变电站电气一次部分设计的重点与关键。第二，需要根据35 kV变电站系统性能选择相的发电机，确保其台数与容量满足变电站一次部分设计要求，同时还需要拟定可行的主接线方式。第三，要确定主变压器的容量及台数。第四，要注意常用电源的引接操作。第五，根据35 kV变电站系统运行状况判断是否需要对其进行限制短路电流操作，若需要应制定相关措施。第六，对于所选出35 kV变电站电气一次部分设计方案，就其经济性与技术性两方面因素进行综合考虑，从而确定最佳35 kV变电站电气一次部分设计主接线方案。

②35 kV变电站电气一次部分设计注意事项。35 kV变电站在运行中常出现一些故障，这些故障无论是大是小都会给变电站造成一定的影响，因此在35 kV变电站电气一次部分设计中，为了减少变电站系统故障的发生率，应在每台机组中设置一套快速起动的柴油发电机组，一般情况下柴油发电机组的容量应控制在1 200 kW。另外每台机组上还要设置两个保安段，将保安段与机组保安负荷连接在一起，为变电站电源提供安全保障。35 kV变电站安全运行时应通过机组两个不同的锅炉工作段为保安段进行供电操作，当35 kV变电站在运行过程中出现事故时应将其切换到柴油发电机组供电，保证变电站供电运行不间断，满足用户对电能的需求。在35 kV变电站电气一次部分设计中对于柴油发电机组设置，两台柴油发电机组之间应设置联络开关，这样的话如果一台柴油发电机组出现失电状况，那么可以开启连接，使两台柴油发电机组共同工作。此外，为了确保柴油发电机组的安全运行，充分发挥其作用力，应在每台柴油发电机组上设置一套不停电电源系统设置，从而维护整个变电站系统的安全运行。

3 35 kV变电站电气一次部分设计技术实践研究

①35 kV变电站电气一次部分设计方案研究。35 kV变电站电气一次部分设计效果如何直接关系着后期35 kV变电站的运行状况，由此可见35 kV变电站电气一次部分设计的重要性。35 kV变电站电气一次部分设计中涵盖了多方面内容，既要保证整个系统供电的安全性，同时还要考虑设计的经济性，因此在35 kV变电站电气一次部分设计之前应设置一套完善的35 kV变电站电气一次部分设计方案。在电气一次部分设计过程中应尽量简化电气一次部分的主接线，确保35 kV变电站电气一次部分设计具有较强的灵活性与可靠性。

②35 kV变电站电气一次部分设计实践。在35 kV变电站电气一次部分主接线设计中应利用一台半断路器设备进行接线操作，若在系统运行中进出线回路数在六次或者六次以上，那么应在主接线设计中采用一台半断路器接线，此时进出线回路数会少于六次。如果在35 kV变电站电气一次部分主接线设计中发现系统的安全性与稳定性满足一定要求，在设计中还可以采用双母线主接线方式。在一台半断路器接线设计中，变电站的电源线应该与负荷线配对成串，对于同名的回路系统配置设计，应保证其不在同一串内。若在设计初期线路配对只有两串，那么同名的回路应接入不同侧的母线中，另外在进出线之间应设置隔离开关。若一台半断路器接线配对达到三串或者是三串以上，那么同名回路就可以接在同一侧的母线中，在这种状况下进出线之间不应该设置隔离开关。

4 结 语

综上所述，35 kV变电站电气一次部分设计好坏在很大程度上直接决定了后期35 kV变电站系统运行状态，因此合理设计35 kV变电站电气一次部分尤为重要，它是确保35 kV变电站系统运行安全性与稳定性的关键因素。那么要确保35 kV变电站电气一次部分设计的合理性，不仅要制定切实可行的设计方案，还需要全面认识35 kV变电站电气一次部分设计中应注意的问题，从而有针对性的进行35 kV变电站电气一次部分设计，为35 kV变电站系统运行提高安全保障。

参考文献：

[1] 覃予春.35 kV变电站电气一次部分设计技术分析[J].科学之友，2010，（7）.

电气部分 篇7

本文首先介绍了变频驱动水泵的节能原理, 然后结合集中供热现场的实际情况, 设计了一套PLC控制的换热站变频调速自动控制系统用于采暖系统。该系统能自动调节换热站的二次供水设定温度、循环泵的流量及补水泵的补水量。现场运行表明, 系统运行可靠、稳定性好、节能效果显著、操作方便、监控及时, 整个系统的启动性能也得到了有效地改善。

2 变频驱动供热站节能机理

采用水暖方式的供暖系统中, 离心泵是用来传送热水或补充热媒的机械。这些设备都是按最大负荷设计和选型的, 而实际运行时, 大部分时间轻载运行, 负荷并没有达到设计要求, 为了保证生产平稳, 原来老式换热站都是通常采用阀门控制流量, 这样浪费了大量电能。因此在换热站电气节能中, 研究循环泵和补水泵的优化运行具有重要的理论意义和实际意义。根据流体力学理论可知, 离心水泵的转速与流量、扬程、轴功率之间有如下相似关系:

undefined (1)

undefined (2)

undefined (3)

以上公式说明, 当水泵的转速改变时, 水泵的流量、扬程和轴功率也随之改变, 即流量与转速成正比, 扬程与转速的平方成正比, 轴功率与转速的立方成正比。由这些关系可知, 采用改变转速调节流量可以大大减少轴功率, 从而起到降低损耗的作用。从实际统计情况来看, 节能效果可达30%～40%。这也是变频调速驱动水泵节能的关键之所在。

3 控制系统设计

3.1 系统整体设计及控制原理

以天福换热站设计为例, 站内配置了三台75kW的循环泵和两台2.2kW的补水泵。由于实际热负荷大于设计热负荷和热负荷随气温变化较大, 因此需要及时调节供热量。根据供热的实际情况和用户的要求, 系统采用质量双调的控制方式, 即同时控制换热站的二次供水设定温度、循环泵的流量, 其中量调的节能效果最为显著。再者, 系统运行过程中, 管网失水是不可避免的, 因此需要控制补水泵的补水量以保证系统的稳定运行, 电气部分的设计都是全部独立运行、PLC程序控制调节流量和电动调节阀调节温度的闭环管理系统。

3.2 二次供水设定温度的控制

由于供热系统的最终目标是保持热用户的室内温度稳定, 但由于热用户均没有室温调节装置, 且对数以万计的热用户的室温不可能形成闭环控制, 为了做到既经济运行又保证供热质量, 最有效的方法是控制换热站的二次供水温度。根据稳态条件下, 系统的供热量、散热器的散热量及用户的耗热量相等的规律, 可以得到稳态条件下二次供水温度:

undefined

其中, t2g, t2n, tn, tw, β分别为二次供、回水温度, 室内、室外温度 (℃) , 散热器系数, 加“ ′”的变量为同名变量的设计值, undefined2为二次管网实际流量g与设计流量g′的比。

对式 (4) 进行修正并将tn, , t2h近似undefined2为常数, 可得

t2g=a+btw+ctundefined+Λ (5)

式 (5) 中, a, b, c为管网所处地区气象的有关参数, 式 (5) 即为二次供水温度给定值的计算方法。由式 (5) 确定的t2g, 能跟踪室外温度的变化, 使热用户室内温度不受tw的影响, 实现稳定供热。

3.3 循环泵的流量控制

由于换热站循环泵的额定流量和电机功率是按照该换热小区最大供热面积配备的, 而实际上大多数换热站的供热面积并非一开始就达到设计能力, 而是逐步发展用户增加供热面积;另外, 也很难选到恰好符合该管网特性流量和扬程的水泵, 这就应调节水泵的流量, 以满足不同情况的需要。循环水流量减少太多时会使热用户产生垂直失调, 因此循环泵流量变化应遵循一定的规律, 这一规律是由供热系统的性质和供热质量的要求决定的。由于热用户室内采暖系统采用的都是上供下回式单管供热系统, 从供热理论可知, 单管供热系统最佳调节工况应为质和量的综合调节。由式 (4) 可以看出, 随着室外温度tw的变化, 不但要及时调整二次供水温度t2g, 而且还应相应调整循环水流量g, 只有这样热用户室内采暖系统才不会产生垂直失调。而采用变频调速技术控制水泵的流量 (变频器的输入由PLC根据室外温度和二次供回水的温度计算给出) , 无疑是最高效、节能的方法, 其节能原理前面已经详细介绍, 在此不再赘述。经过计算公式的粗略计算, 在循环水泵采用变频变流量调节时, 当平均运行流量是设计流量的80%时, 节电49%;平均运行流量是设计流量的70%时, 节电66%, 可见节电效果相当可观。

3.4 补水泵的定压控制

热水供热系统在运行中管网失水是不可避免的, 如果不及时补水, 不仅会造成管网压力降低, 还会使管网及汽—水换热器内的水汽化, 造成整个供热系统不能正常运行甚至停止运行。补水泵定压就是通过补水泵间断或不间断地向系统补水, 保证供热系统在规定的压力下运行。以往老式换热站的设计方案有两种:一是采用间断性补水, 这种系统在热网回水管上安装一块电接点压力表, 利用电接点压力表的微动触点开关, 根据管网压力的上下限整定值来自动控制补水泵的起、停。这一控制为位式控制, 系统压力只能在一区间内波动, 补水泵的起、停频繁, 在启动的瞬间, 会造成管网局部压力突然升高从而造成补水泵误停车, 且电动机启动电流一般为其工作电流的7倍左右, 极易造成电器元件和设备的损坏;二是采用自力式压力调节阀进行不间断补水。此方法是依靠自力式压力调节阀调节回水管的流量控制补水量, 缺点是白白消耗大量能量, 而且调节效果要依赖调节阀的质量和使用的好坏。鉴于上述的缺点, 本系统采用了变频调速技术, 利用恒压供水的原理控制补水泵, 此方法是利用压力传感器 (压力传感器质量的好坏和安装位置的不同, 直接影响系统恒压的实现, 通过运行实践发现, 压力传感器安装在回水母管直线段最为理想。) 在线监测系统压力作为反馈信号传送给PLC, 与给定压力值相比较, 如低于此值则加大补水流量, 反之, 则减少流量, 如此恰到好处地补充失水量, 保证系统压力恒定。在PLC里通过编程实现, 此方法的定压误差远小于上述两种方法, 节约了电能, 且减少了电机启动时大电流对电机定子绕组电动力的作用。

3.5 系统主要功能及软件实现

根据集中供热现场的实际需求, 本系统选用ABB 变频器;选用西门子区域供热专用的ACS800控制器, 用来控制运行泵和备用泵之间的运行逻辑, 改变调节器的参数。并具有可选的通讯模块和带液晶显示的操作面板。编程灵活, 功能强大, 非常适用于小型控制场合。由于供热系统是一个要求高可靠性的系统, 因此本系统还备有手动控制部分, 防止自动控制出现故障时系统瘫痪。系统的自动运行由程序控制器来控制, 主要实现启动、加泵、减泵、热备、故障自动切换等功能, 首先所有泵的启动都采用变频启动, 在一台泵工作时, 若温度没有达到设定值, 而变频器的输出频率已经达到了上限, 则自动切换本泵为工频运行, 投入第二台泵为变频运行;在两台泵工作时, 若温度达到了要求, 而变频器的输出频率低于设定频率, 则停变频泵, 将工频泵投变频运行。其次, 系统设置了热备功能 (我们没使用) , 在两台泵都无故障的前提下, 一台单独运行8h后, 将自动切换另一台泵。最后, 故障自切换功能保证了在有备用泵的前提下, 在运行泵出现故障时可以自动切换到备用泵, 从而防止停泵后水锤对热网设备和用户系统造成破坏。此外系统还具有频率、电流、电压、管网压力、温度等监视功能, 压力、温度异常报警及变频器、电机故障报警等功能。

4 变频器电磁干扰问题

变频器在运行过程能产生功率较大的谐波, 由于功率较大, 成为一个强有力的干扰源, 通过辐射、传导等途径, 对电网及周围电子设备产生严重影响。切断、消除或削弱耦合路径是控制变频器干扰的主要或几乎唯一的手段, 也是变频器在工程应用中的主要抗电磁干扰措施。通常变频器本身有铁壳屏蔽, 防止电磁干扰泄漏;输出线最好用钢管屏蔽, 特别是以外部信号控制变频器时, 采用双芯屏蔽线且尽可能短 (一般为20m以内) , 并与主电路线 (AC380V) 及控制线 (AC220V) 完全分离, 绝不能放于同一配管或线槽内, 周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效, 屏蔽罩必须可靠接地。电源线要采用隔离变压器或电源滤波器以避免传导干扰, 为减少电动机的电磁噪声和损耗可以配置输出滤波器, 欲减少对电源的污染可配置输入滤波器或零序电感。

5 结论

X52k铣床电气部分改造 篇8

关键词：PLC,铣床,控制

1 概述

X52K立式铣床是一种自动化程度较高的机加工设备。一般应用于冶金机械制造等行业, 加工各种大型零件, 它因采用继电器逻辑控制方式, 设备的电控系统故障率高, 检修周期长。随着技术的进步, 这类控制系统已显示出越来越多的弊端, 但是, 它的控制系统采用的是继电接触器控制。众所周知, 继电接触器控制装置所实现的逻辑控制功能完全是又线路的连接实现的, 结构十分的复杂, 要想把设计好的逻辑功能改变或修改是及其困难的, 而且系统出现问题时, 复杂的接线也给维护带来极大的困难, 这样既浪费人力, 又浪费了时间, 给企业带来不小的损失。此外, 继电器逻辑控制柜的体积大, 接线多、可靠性差、维护困难等一系列不足也使它必将被一种新型控制装置所取代。

因此, 选择使用可编程序控制器代替继电器接触器控制, 这样既能够实现对铣床的控制, 而且维护也是十分的方便。

2 X52k铣床改造的电气部分要求

原设备为手动操作, 根据公司的具体使用情况, 在改造方案上维持改造前设备人-机界面的原始性, 这样可以有效减少设备使用人员的误操作, 不至于使设备的事故率在改造后有所增加。电气部分改造后要实现如下的功能:

1) 主轴实现正转、反转和停止;2) 实现自动冷却、润滑功能;3) 进给轴的正转、反转和停止;4) 工作台的升降控制;

3 X52k铣床改造的电气控制方案设计

X52k立式铣床升降台的各个方向的运动是由机械传动完成的, 它的升降完全是由控制手柄完成的, 所以PLC控制器的输入直接与升降台的控制手柄的接头相连接。控制手柄的开关的闭合直接实现PLC控制器输入接口的闭合。主电机正反转的控制是由立式铣床的转换按钮直接控制, 转换按钮和PLC输入接口直接相连, 实现主电动机的正反转的控制。冷却电动机的开启也是由立式铣床的启动按钮直接实现的, 启动按钮和PLC控制器输入接口直接相连, 实现冷却电动机的起停的控制。由于进给电动机需要在短时间里能够停止运转, 系统采用了能耗制动控制, 使进给电动机能够很快地停止下来。

根据实际要求, 可以按以下步骤制定一个电气部分设计方案。

3.1 输入点数的确定

根据要求, 输入信号包括急停信号、主轴正反转控制、进给电动机正反转控制、冷却电动机的起停以及升降台的控制。如下:

主轴的正转:SB1;主轴的反转:SB2;

急停:SB0;进给电动机正转:SB3;

进给电动机反转:SB4;进给电动机停止:SB5;

冷却电动机的开启:SB6;冷却电动机的停止:SB7;

升降台向左极限:SB8;升降台向右极限:SB9;

升降台向上极限:SB10;升降台向下极限:SB11;

升降台向右极限:SB12;升降台向右极限:SB13;

3.2 输出点数的确定

主轴的正转:KM1;主轴的反转:KM2;

进给电动机正转:KM3;进给电动机反转:KM4;

冷却电动机的起停:KM5;制动控制起停:KM6

3.3 内存估算

考虑到本系统仅为开关量控制, 并且输入/输出总点数都不多, 现有的各种可编程控制器都能满足要求。

3.4 输入/输出模块选择

本系统输入开关量无任何要求, 信号源与可编程控制器距离并不远, 可选择+24V电源的DC输入模块, 而输出模块选用一般的继电器输出模块即可, 工作电压为AC110V。

根据上述分析, 再考虑国内可编程控制器的市场情况, 可以选用日本OMRON公司生产的C24标准型的可编程控制器AFP12217B型, 即可满足要求。其中, 输入点为16个, 输出点为8个, 工作电压为100~240V。

3.5 控制变压器的确定

根据选择的PLC控制器的工作电压大小, 以及性价比的特点, 我们选择用KB-100型控制变压器, 其主要性能:380/110V, 1000VA。

3.6 I/O端子分配及I/O分配表

3.6.1 输入输出端子分配接线图 (图1)

3.6.2 I/O分配表 (见表1)

PLC通过编程器输入程序, 达到控制的目的。由于PLC工作过程是循环扫描, 程序执行速度快, 因此为了避免电源短路, 必须设置互锁装置。

4 结语

电气部分 篇9

1.1 电厂规模:

装机容量:装机4台, 容量分别为4×200MW, UN=15.75KV。机组年利用小时数:Tmax=6200h。气象条件:年最高温度40度, 平均气温25度, 气象条件一般, 无特殊要求。厂用电率:1%。

1.2 出线回数:

110KV电压等级:150km架空线6回, 与无穷大系统连接, 每回平均输送容量30MW。110KV最大负荷180MW, 最小负荷150MW, cos=0.85, Tmax=5300h。220KV电压等级:150km架空线2回, 与无穷大系统连接, 接受该发电厂的剩余功率。

2 发电厂主接线方案的设计

2.1 220KV电压等级的方案选择:

由于220KV电压等级的电压馈线数目是2回, 所以220KV电压等级的接线形式选择的是单母线带旁路接线形式。由于单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点, 采用设备少、投资省、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备装置, 同时带旁路母线可以提高供电的可靠性, 当任一段母线或某一台母线隔离开关故障或者检修时, 可通过倒闸操作, 将分段断路器做旁路断路器使用, 以保持两条母线并列运行, 极大的提高了供电的可靠性。

2.2 110KV电压等级的方案选择:

由于110KV电压等级的电压馈线数目是6回, 所以在本方案中的可选择的接线形式是单母线分段接线。单母线的优点如下: (1) 母线经断路器分段后, 对重要用户可以从不同段引出两个回路, 有两个电源供电; (2) 一段母线故障 (或检修) 时, 仅停故障 (或检修) 段工作, 非故障段仍可继续工作。

3 主变的选择

本电厂有4台发电机, 每台发电机容量是200MW, 电机端额定输出电压15.75k V。根据每台发电机一台升压变的原则, 该电厂具备4台升压变。其中两台发电机的电压由15.75k V经过升压变升至110k V高压侧, 另外两台经升压变升至220k V高压侧。主变压器容量值为256MVA, 并结合《电工设备手册》最终选取主变容量为300MVA的SFPS10-300000/220变压器和容量为300MVA的SF-PS10-300000/110变压器。

本期荆门火力发电厂存在三种不同的电压, 且通过主变各绕组的功率为其容量的百分之十五以上, 因此该发电厂适用两绕组变压器。本期选择无载调压变压器, 强迫油循环风冷变压器。

4 主要电气设备的选择

4.1 断路器的选择。220KV侧断路器的选择

a.两绕组变压器回路:最大工作持续电流:

IWmax=1.05IN=1.05*682.34=716.457 (A) 拟选型号为LW12—220系列六氟化硫断路器。

b.出线回路:最大工作持续电流:

因此选用型号为LW—220系列六氟化硫断路器。

110k V侧断路器的选择

a.分段回路:最大工作持续电流:

IWmax=1.05IN=1.05*351.44=369.01 (A) 拟选型号为LW6—110Ⅰ系列六氟化硫断路器。

b.两绕组变压器回路:最大工作持续电流:

IWmax=1.05IN=1653.37 (A) 。拟选型号为LW6—110Ⅰ系列六氟化硫断路器。

c.出线回路:最大工作持续电流:

IWmax=1.05IN=1.05*116.44=122.27 (A) 因此选用SW2—110Ⅰ (W) 系列高压少油断路器。

4.2 隔离开关的选择。220KV侧隔离开关的选择

a.两绕组变压器回路:最大工作持续电流:

IWmax=1.05IN=1.05*682.34=716.457 (A) 拟选型号为GW4—220W系列隔离开关。

b.出线回路:最大工作持续电流:

IWmax=1.05IN=1.05*2210.67=2321.20 (A) 根据额定电流和电压所选型号和动、热稳定校验与两绕组变压器回路方式相同, 因此可采用相同型号的隔离开关。

110KV隔离开关的选择

a.分段回路。最大工作持续电流:

IWmax=1.05IN=1.05*351.44=369.01 (A) 拟选型号为GW4—110W系列隔离开关。

b.出线回路。根据额定电流和电压所选型号和动、热稳定校验与两绕组变压器回路方式相同, 因此可采用相同型号的隔离开关。

电流互感器的选择

a.220KV侧:拟选型号为LCWB—220 (W) 系列电流互感器。

b.110KV侧:拟选型号为LCWB—110 (W) 系列电流互感器。

电压互感器的选择

a.220k V母线侧:拟选型号为TYD220-0.005系列电压互感器。

b.110KV母线侧:拟选型号为JCC—110系列电压互感器。

5 防雷措施

5.1 直击雷防护。

发电机屋顶安装避雷针或避雷线, 和两个地线连接到共同的接地装置的发电机, 其作用是避免其引起的雷电侵入波对变电所电气装置的危害。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上距离, 能全所不受雷电的袭击。在220k V、110k V架空线路上, 架设合适长度的避雷线以保证供电的可靠性。

5.2 雷电侵入波的防护

5.2.1 在110KV电源进线的终端杆上选择使用FZ-35型阀式避雷器。

5.2.2 在220k V高压配电室内选择使用JYN1-35-102型开关柜, 主变压器主要靠FZ-35避雷器来保护。

5.3 接地装置的设计。

在本方案中变压器室有两条接地干线, 220k V、110k V配电室有相应的接地线与室外公共接地装置焊接相连, 电容器室有两条接地干线与室外公共接地装置相连接, 接地干线在本方案设计中选取25mm×4mm的镀锌扁钢。

参考文献

[1]苗世洪.发电厂电气部分[M].北京:中国电力出版社, 2015:96-97.

[2]君兰工作室.电工应用[M].北京:科学出版社, 2010:342-352.

电气部分 篇10

在定型机的使用过程中, 调幅的操作非常频繁, 其可靠度性直接影响布匹的质量、生产效率及维修量。布匹整理车间毛尘较多, 对机器设备的影响也是直接的, 毛尘通过电柜的缝隙, 排气口进入电柜内部, 虽然每月都有定时清理, 但进入接触器、变频器内部的毛絮是无法彻底清干净的, 会越积越多, 时间一长就会引发问题。如变频器过热烧坏、接触器, 时间继电器触点不通等问题, 而任何一个触点不通, 就会导致调幅故障、增加了维修量、降低了效率。现探讨如何解决这个问题, 对门富士定型机调幅部分电气控制进行改造。

1 改造措施

门富士定型机调幅控制所用的是ABB的接触器, 研究拟采用PLC代替传统的接触器电路来控制门富士定型机的调幅。

2 新旧两种调幅控制的比较

2.1 两种调幅控制维修情况的比较

我们从实际出发, 从日常的维修情况中找问题, 通过对接触器调幅控制与PLC调幅控制的维修量进行分析比较, 抽样选出八台定型机分别从维修率、维修时间、维修成本进行分析比较, 情况见表1。

从表1的10天抽样情况中, 可以分析得出:

接触器控制与PLC控制的维修量比:5∶1;接触器控制时电路故障与机械故障比:4∶1;电路故障中功能性故障与触点损坏故障比:2∶2;PLC控制时电路故障与机械故障比:1∶0。

从维修率来看, 接触器控制的维修量是PLC控制的五倍, 其中多出的四倍是由功能性故障和触点损坏产生的, 功能性故障是由于接触器的控制能力不强, 没有PLC控制的那么稳定所致, 触点不通就是接触器的致命缺点及抗毛尘能力差。

从维修时间来看, 改用PLC控制后毛尘影响产生的故障大大降低, 所以维修耗时也大大减少, 十台定型机十天的总维修时间约为30min, 而接触器控制电路的维修总时间约为160min。

从维修成本来看, 接触器、时间继电器及辅助触点易受毛尘影响, 卡死或不通, 造成更换费用, 而PLC的散热性较好, 毛尘进去后用风管可以彻底吹干净, 所以使用寿命就比较长久。

2.2 硬件成本比较

门富士定型机调幅控制所用的是ABB的接触器, DC24V12A 16个, DC2430A 20个及9个辅助触点, AC220V时间继电器2个, 其电线相连较多, 占用电柜空间较大, 计算其总成本约2000元, 而我们所用的MR48三菱PLC价格在1300左右, 且体积较小, 节省了较多的电柜空间。

2.3 针架自动回调功能分析

继电器控制的配线复杂又不灵活, 可编程逻辑控制器是一种数字设备, 用内存来存储程序指命以执行程序、顺序、计时、计数及算数运算等过程控制功能。PLC通过内部的多种时间继电器、功能程序将操作按钮的动作分成很小的段, 让每一个小段里的动作一个接一个的执行, 各段之间的动作都是承上启下的不可交叉, 这样即使碰到一些不可预料的操作也不会出现问题, 而接触器电路就达不到这种控制标准, 所以往往会导致关节限位断开后不能自动回调复位。

2.4 维修量及维修难易比较

用接触器控制时, 由于接触器较多且相连导线较为繁杂, 接触器触点与辅助触点越多, 发生故障机率越大, 当出现故障时, 维修人员不能用眼睛直接判断出问题所在, 必需用万能量按照图纸逐个对触点进行检测, 才能最终找出出现故障的触点, 将其拆下进行处理, 整个维修过程耗用时间较长且维修率高。

用PLC控制则情况大为不同, 首先PLC集所有控制于一身, 体积轻小, 控制线路只分输入、输出和电源部分, 且PLC的可靠度和连续工作时间被大家已经认可, 在环境较热、毛尘较多、甚至电磁干扰较大的环境下也能稳定工作, 这样维修量就会大大降低。其次PLC的控制能力较高, 它能达到比接触器更好的控制效果, 特别表现在调幅自动反打的功能上, 接触器电路在控制调幅反打时经常可靠度不高, 特别是在一些不可能预料的操作之下出问题的概率更大。例如:某操作者单打某节针架时, 超限位了还将手一直按着按纽不放, 此时关节限位指示灯亮且系统按时间继电器设定时间进行反打, 由于操作者还没放开按纽, 此时很有可能就会针架限位打不动了。而PLC则可以封杀这样的错误, 执行反打针架后, 手不松开按纽则不会执行按纽功能, 必须松开一次复位后才能继续操作。这样针架在关节限位正常下就打不死了, 实践证明用PLC控制调幅后电路维修量几乎为零。改用PLC控制后, 维修效率也可大大提高, 如果出现问题, 从PLC的输入输出指示灯可直接看出问题所在, 减少很多检测时间。

3 结语

采用PLC代替传统的接触器电路来控制门富士定型机的调幅, 不但可以减少成本、降低电柜使用面积、更重要的是它可以减小维修量、提高维修效率。

参考文献

[1]立信门富士.定型机电器原理图[M].立信门富士公司, 2010.

[2]龚仲华.三菱FX系列PLC应用技术[M].北京:人民邮电出版社, 2006.

[3]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.

电气部分 篇11

据北京地铁线路的能耗统计, 地铁中通风空调系统能耗约占地铁总能耗的25%~35%, 通风系统约占通风空调系统用电量65%, 由于空调季时间较短, 空调系统约占通风空调系统用电量的35%。在地铁车站通风空调系统设计时要考虑各种极端情况, 以及近中远期客流情况, 在设计时都留有比较大的裕量, 使地铁车站通风空调系统在绝大多数时间里不需要在满负荷状态下运行即可满足车站所需的风量、制冷量等要求。在以前设计的地铁线路里车站通风空调设备只具备工频或者定频运行的方式, 不能根据负荷情况进行调整, 这就造成了电能的巨大浪费。随着变频控制设备、传感器行业的发展, 如果对隧道风机、冷冻水泵、冷却水泵加装变频控制设备、高精度传感器, 使用多变量的模糊控制技术, 对通风空调系统的各设备进行智能控制, 根据外部参数实现对风量和水量的实时调节, 可以达到较好的节能效果。

2 电气改造方案

以已进行的北京地铁线某车站通风空调系统电气系统节能改造为例, 由于建成年代较早, 隧道风机及冷冻水泵及冷却水泵均未采用变频设备, 对此车站通风空调系统电气系统改造, 主要涉及3个方面:首先是对隧道风机加装变频控制设备的改造;其次是对空调水系统冷冻水泵、冷却水泵进行加装变频控制设备的改造;最后为对控制系统的改造, 包括对既有的FAS、BAS系统的改造, 另外也包括加装各种传感器, 还需单独设置1套节能控制系统。此车站水系统有冷却泵水泵4台 (Pe=30k W) 、冷冻水泵6台 (Pe=15k W) , 水系统可由BAS在车站综控室控制, 同时由BAS返信至车站综控室显示设备运行状态及故障信号, 这些水泵均为直接启动, 工频运行, 需进行加装变频控制设备的改造。此站的隧道风机4台 (Pe=90k W) , 隧道风机旁边设置了双电源切换电源柜, 并就地设置操作箱, 隧道风机可由BAS、FAS在车站综控室控制, 同时由BAS、FAS返信至车站综控室显示设备运行状态及故障信号, 隧道风机为星三角启动, 工频运行, 需进行加装变频控制设备的改造。

2.1 改造的基本原则

这个车站的节能改造涉及隧道风机以及空调水系统的改造, 隧道风机和空调水系统的运行直接影响乘客的感受, 尤其是隧道风机除正常运行外, 在火灾时也要投入使用, 因此节能改造应以不影响地铁安全运营为前提, 并且节能改造后的设备必须可靠耐用, 不能改变系统运行的可靠性、也不改变原有系统的运行模式。为实现以上前提, 考虑单独增加1套节能控制系统, 增加隧道风机和水泵的节能运行模式, 运行过程中可根据运营需要及实际各种工况进行节能运行模式和工频运行模式 (原运行模式) 的切换。原系统及各类设备运行工况不发生变化, 节能改造加装的变频控制设备及相关控制的反馈测点不影响原系统运行模式。对于隧道风机系统, 在火灾模式下, 由FAS系统对隧道风机进行监控, 实现火灾工况运行。

2.2 系统改造方案

为这个车站4台隧道风机加装变频控制设备, 并在风机回风道上安装压力传感器和温度传感器, 在站厅、站台公共区安装环境温度传感器, 通过对温度、压力等数据的采集并上传至节能控制系统, 节能控制系统实时监控调整风机的运行状况, 根据环境温度等调节风机的运行频率, 使风量适应系统运行需求, 达到节能的目的。设置1个远程控制终端, 对隧道风机工/变频运行模式进行远程切换, 方便除火灾工况外的特殊工况时能对隧道风机运行工况进行调整。为这个车站4台冷却水水泵、6台冷冻水水泵加装变频控制设备, 并且在相应管道上加装温度传感器, 通过对系统温度的实时监视, 通过节能控制系统调整水泵的运行状况, 使系统温度适应系统需求, 达到节能的目的。

2.3 隧道风机和冷冻、冷却水泵的一次回路改造

在隧道风机和冷冻、冷却水泵原一次配电回路主断路器下口并联变频器柜电源回路。

隧道风机一次系统改造方案:为隧道风机加装变频器旁路, 如图1所示右端部分为新加的变频器旁路。工频与变频的切换, 只要控制左端部分的原控制柜及变频器旁路部分的接触器即可, 对原控制柜内接触器及变频器旁路接触器进行互锁, 从而保证工频与变频顺利切换和安全运行。

冷冻水泵、冷却水泵一次系统改造:为冷冻水泵、冷却水泵增设变频器旁路, 和隧道风机类似, 如图2所示左端部分为新加的变频器旁路, 工频与变频切换。由于冷冻水泵和冷却水泵运行模式, 存在备用的情况, 为了节约投资增设变频器可采用一拖二的形式, 如图3所示, 2台水泵共用1台变频器。一拖一的工况:1台变频器控制1台水泵运行, 工频变频可以相互切换。一拖二的工况:1台变频器可以控制2台水泵, 其中1台变频运行, 另1台可以工频运行, 也可以2台同时工频运行, 但2台水泵不能同时变频运行。

2.4 FAS、BAS系统改造

这个车站FAS系统、BAS系统独立运行, 隧道风机日常运行由BAS系统控制并监视运行状态, 当火灾发生时, FAS系统会自动切掉BAS系统的控制电源, 转由FAS控制。正常工况下, 隧道风机在工频状态下运行时, 设备完全按照原来的控制方式运行;在变频状态下运行时, 变频柜取BAS、FAS系统对风机发出的启停指令, 控制节能系统的启停, 同时由BAS、FAS返信至车站综控室显示设备运行状态及故障信号。火灾工况下, 如果隧道风机在工频状态下运行, 在FAS系统启动后, 切断BAS系统的控制电源, 此时FAS系统会下达阀门以及风机动作的指令;如果在变频状态下运行, FAS系统启动后, 会切断变频系统的控制电源, 如图4所示。若风机正在运行状态, 会因变频系统失电而处于惯性旋转状态, 直至停止。由于节能控制系统失电后默认为工频模式运行, 此时系统已自动切换到了工频的状态, 且由FAS系统接管, FAS系统按照原程序启动阀门风机等, 实现火灾工况启动。水泵在工频状态下运行时, 设备完全按照原来的控制方式运行, 在变频状态下运行时, 变频设备取BAS系统对水泵发出的启停指令, 控制节能系统的启停, 同时由原BAS系统返信至车站综控室显示设备运行状态及故障信号。

为实现以上功能, 需在隧道风机现场控制器里增加1组正/反启动命令闭合点连接到变频切换电路, 隧道风机接到消防正/反转命令都将强制复位清零节能控制系统, 隧道风机按原FAS系统控制逻辑运行启动。

对于将水泵变频器故障状态点并入控制器故障状态采集点, 当变频器旁路或工频回路发生故障时, 将故障信息反馈给BAS系统, 同时将变频器运行状态点并入状态中间继电器控制点, 控制器可实时采集到水泵的运行状态;将风机现场控制器采集的运行状态、故障状态、停止状态和输出的启/停命令并入变频切换模块, 当系统切换到工频状态或复位清零时, 原工频运行状态、故障状态、停止状态反馈到BAS界面, BAS启停命令控制工频启停;当系统切换到变频状态时, 变频设备运行状态、故障状态、停止状态反馈到BAS系统, BAS启停命令控制变频启停;将风机原控制柜轴温保护触点连接到变频器回路, 在轴温保护动作时, 变频器旁路或工频回路均不能投入运行。

2.5 工变频模式的切换

为了提高系统的可靠性, 不影响设备的正常使用, 且在紧急状态时能够方便、快捷、安全地做到应急启动, 由BAS系统或FAS系统进行控制, 节能控制系统做了3种工变频模式切换:

手动就地切换:在控制柜上选择转换开关进行工变频转换;远程切换:在控制室内通过对节能控制主机进行控制, 操作人员可及时通过转换按钮切换至旁路系统重新启动设备 (即原来启用原风机启动方式) , 能在最短时间内重新开启相关设备系统, 最大限度地保证了通风系统的安全高效运行;自动方式:节能系统可自动切换工、变频切换, 在检测到变频器的故障 (分轻故障、重故障) 时, 若变频器属于重故障时, 自动切换到工频回路。

3 改造完成后的运行效果

自2012年6月至今对这个车站的通风空调系统节能改造部分测试及运行, BAS/FAS系统未出现功能缺失、功能未完善等情况。这个车站节能改造涉及到车站排烟工况, 对FAS系统控制车站隧道风机的部分进行相应的改造, 工程验收及试运行阶段未出现异常现象。进行消防测试, 消防测试期间排烟系统工变频切换、IBP盘控制风机启停等功能未出现异常现象。

节能系统投入试运行后各类部件、控制等设备运行状态未见异常, 这个车站的通风空调系统、BAS/FAS系统在试运行期间总调故障反馈信息为零。

根据这个车站的实际运行测试, 系统综合节能率达到35%, 达到了预期的节能效果。

4 建议

通过对这个车站通风空调系统的节能改造, 在实施后发现还存在不小的改进空间, 建议在今后节能改造实施及运营过程中, 根据地铁运行实际工况和运营特点, 进一步探索通风空调系统节能改造系统的最优设置参数。

对于通风空调设备节能改造加装变频器。应正确认识变频器, 变频器本身不节能, 且自身有一定的电能消耗, 只有在风量、水量等需要进行大范围调节的情况下才需加装变频器进行调节, 如果风量、水量调节范围很小的情况下, 选择合适功率的风机和水泵是更优的选择。若原系统内水泵容量余量确实过大的, 采取更换水泵及更换控制柜元器件的方式进行节能改造, 也许是更优的选择, 但需进行综合经济比选, 来确定实施方案。

变频控制设备应做为旁路接入原有风机、水泵控制柜系统。由于原控制柜和变频器旁路控制柜不放置在一起, 无形中提高了运营维护成本, 建议将改造后风机变频器控制柜内加入工频旁路, 由于现场安装空间等原因, 可将原有的控制柜拆除, 将此位置安装变频器控制柜。

这个车站节能系统改造只考虑了温度传感器、压力传感器, 并没有考虑设置湿度传感器、二氧化碳传感器, 为了提高服务水平, 提高地铁车站公共区内舒适度, 建议下一步改造中在站厅站台公共区增设湿度传感器及二氧化碳传感器, 在公共区温湿度满足要求情况下, 可以进一步对频率进行调节, 使得以更小的风量满足运营要求。对水系统改造中考虑加装流量计、压差传感器等设备。

目前这个车站对于变频器旁路的数据采集仅仅是上传存储于节能控制终端上, 没有将此部分数据上传至BAS系统, 而且BAS系统只能通过对风机水泵回路的电流数值看出风机水泵是处于工频状态还是变频状态。建议在下一步改造中, 对BAS系统进行一定改造, 使得数据能上传, BAS系统可以直接操作工变频状态的转换。

进一步增加变频柜和安装变频柜空间内的降温措施。根据已进行的改造经验来看, 现场环境很恶劣, 改造所增加的变频柜安装位置空间紧张, 又由于改造时柜内增加了继电器, 继电器发热量较大, 建议对变频柜进一步增加降温措施, 增加系统运行可靠性。

冷冻水泵和冷却水泵控制相对独立, 未能实现系统COP的综合优化控制, 在下一步改造中需考虑对冷水机组运行状态进行监控调节。

为便于以后运行模式的调整, 建议采用每台水泵采用1台变频器的模式。

对新线设计的一些启示, 建议将水泵、风机容量选取尽量合理。建议对轴流风机以及空调的冷冻水泵、冷却水泵等加装变频器。为提高系统可靠性, 增加工频旁路, 从而增加对风量及水量的调节, 达到更好的节能效果。

在地铁以后设计中应具备能源监测系统, 能对耗电量较大的设备进行实时监测, 以便于更好地运营维护。

5 结语

在地铁车站通风空调系统采用变频节能控制, 能够达到节能的目的, 具备可行性和经济性。

由于地铁工程建设较为特殊, 地铁内设备采购往往一步到位, 像通风空调设备负荷均按远期高峰运行时负荷或者各种极端情况下负荷考虑, 在近中期的运营阶段, 负荷较低。近几年已开通的北京地铁新线对大风机系统基本已加装变频器, 已可随各类传感器对频率进行实时调节, 但是对于空调水系统中, 如冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机等设备由于种种原因均没有加装变频器, 如北京地铁4号线、5号线、10号线一期等。随着国家对节能减排越来越重视, 对此类设备需加装变频器, 通过各类传感器多参数模糊控制技术的应用, 对设备负荷实时调节, 从而实现系统的节能, 目前大兴线通风空调系统正在进行节能改造, 其他线的通风空调系统节能改造也将陆续进行。

摘要：通过对地铁车站通风空调电气系统节能改造方案的分析, 提出方案改进建议及新线设计的启示。

关键词：地铁,通风空调,电气节能,变频器,传感器

参考文献

[1]GB50054—2001低压配电设计规范[S].