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一種變壓器油凈化的自動(dòng)變功率加熱方式張賢明李川2（1.重慶工商大學(xué)科技開(kāi)發(fā)總公司，重慶市，4033；2重慶大學(xué)，重慶市，400033）的定功率加熱方式對(duì)油質(zhì)損傷大，對(duì)油凈化設(shè)備的壽命影響較大。自動(dòng)變功率加熱系統(tǒng)根據(jù)油溫上升或下降的趨勢(shì)，利用PID算法預(yù)測(cè)油溫的加熱慣性，隨機(jī)自動(dòng)調(diào)整加熱電源控制信號(hào)端的導(dǎo)通時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變功率對(duì)變壓器油進(jìn)行加熱，精確及平滑控溫，使油品無(wú)損傷。

　　1變壓器油凈化加熱系統(tǒng)變壓器油是電力行業(yè)的常用油，在電氣設(shè)備中起絕緣、冷卻散熱和熄滅電弧的作用，油的質(zhì)量影響變壓器的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變壓器油由各種烴類組成，運(yùn)行中受溫度、空氣、電場(chǎng)等的影響會(huì)逐漸劣化，如遇高溫、過(guò)熱等，會(huì)加速油的老化；即使是新油，在運(yùn)輸、保存過(guò)程中，不可避免地被污染，油中混入雜質(zhì)和水分，因此，在注入變壓器以前，必須對(duì)油進(jìn)行凈化處理。為了對(duì)變壓器油進(jìn)行深度脫水、脫氣，在油凈化過(guò)程中通常要求對(duì)油液進(jìn)行加熱、升溫，以達(dá)到或提高油凈化的效果，但是過(guò)高的油加熱溫度會(huì)使變壓器油產(chǎn)生裂變、老化。對(duì)變壓器油凈化的合理溫度進(jìn)行了研究，推薦變壓器油加熱溫度在50~70C為宜。

　　為了快速達(dá)到變壓器油凈化的合適溫度，通常采用大功率電加熱器對(duì)油液加熱，溫度控制采用電源的全通、全斷切換方式，這種急劇的加熱方式對(duì)油質(zhì)的老化、沖擊、損傷極大，極易碳化；對(duì)油質(zhì)的恒溫不利，波動(dòng)大，不能滿足很多高要求的場(chǎng)合；另一方面，通、斷形成的浪涌對(duì)電網(wǎng)沖擊很大，電能損失極大，易引起火災(zāi)；加熱器頻繁啟、停，使交流接觸器觸點(diǎn)及整機(jī)壽命大大降低，影響控制精度。為了解決這些問(wèn)題，我們使用晶閘管作為加熱器的控制器件，采用PID算法對(duì)加熱趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，隨機(jī)自動(dòng)調(diào)整加熱電源控制信號(hào)端的導(dǎo)通時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變功率對(duì)變壓器油進(jìn)行選擇加熱。這樣，可減少油液溫度過(guò)限，提高加熱效率，避免了加熱器的相對(duì)冷態(tài)和高溫過(guò)熱。系統(tǒng)采用無(wú)觸點(diǎn)軟接通方式設(shè)計(jì)，使控溫精度、可靠性及壽命大大提高。

　　2自動(dòng)變功率的PID控制算法要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的穩(wěn)定控制，必須采用易用、合理、經(jīng)濟(jì)的控制方式。PID調(diào)節(jié)方式應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，易于使用；PID調(diào)節(jié)設(shè)備成本低，是一種合理的選擇，如。PID調(diào)節(jié)根據(jù)設(shè)定的最佳溫度，與變壓器油的當(dāng)前溫度比較，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算得到輸出值，使加熱功率增加或降低，以滿足快速、準(zhǔn)確地在設(shè)定溫度附近加熱，獲得穩(wěn)定運(yùn)行的反饋控制系統(tǒng)。PID調(diào)節(jié)的輸入、輸出關(guān)系如（1）式所示：收穡日期：003（PID的輸入為設(shè)定溫度與實(shí)際溫度之差；Kp比例帶；Ki積分時(shí)間；Kd微分時(shí)間。

　　式（1）中，只要合理選擇Kp、Ki、Kd的值，可實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定地加熱。在變壓器油凈化過(guò)程中，一般需對(duì)大量的變壓器油加熱，因此具有緩慢升溫、較大超調(diào)、緩慢降溫的特性。在實(shí)際運(yùn)用中可采用具有自整定功能的PID調(diào)節(jié)器，通過(guò)一次整定自動(dòng)選擇合適的Kp、Ki、Kd參數(shù)。對(duì)于變壓器油凈化的場(chǎng)合，通用的PID控制算法成本低，能滿足使用的要求。

　　3晶閘管在變功率加熱系統(tǒng)中的作用晶閘管是廣泛使用的一種新型無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)及整流器件，工作可靠，無(wú)噪聲，無(wú)電磁干擾，可以方便地實(shí)現(xiàn)微小的控制信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載。晶閘管控制變壓器油凈化加熱的原理如。PID輸出控制信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電路轉(zhuǎn)換，經(jīng)光電隔離分隔強(qiáng)、弱電，由輸出控制端控制雙向晶閘管的導(dǎo)通，從而改變輸出加熱器的功率。輸出端RC吸收回路的作用是吸收浪涌電壓和提高電壓上升率的能力。

　　PID調(diào)節(jié)輸出控制晶閘管的方式一般有2種：一是移相觸發(fā)的控制方式，即經(jīng)過(guò)運(yùn)算的PID輸出端輸出與電網(wǎng)電壓同步、雙倍電網(wǎng)頻率、0~ 180內(nèi)移相、不同寬度的脈沖，以驅(qū)動(dòng)晶閘管控制負(fù)載的通、斷；另一是過(guò)零觸發(fā)的控制方式，在這種方式下，波形過(guò)零時(shí)切換導(dǎo)通或關(guān)斷負(fù)載，如。移相觸發(fā)時(shí)控制脈沖的頻率是電網(wǎng)頻率的2倍，因此控制精度高。但是由于輸出負(fù)載的波形是正弦波形的一部分，因此可能出現(xiàn)電壓突變，在大功率的電加熱情況下可能對(duì)電網(wǎng)電壓產(chǎn)生沖擊，甚至產(chǎn)生高頻干擾。

　　過(guò)零觸發(fā)的控制方式盡管控制精度較移相觸發(fā)略低，但是晶閘管的開(kāi)、關(guān)切換在電網(wǎng)電壓的過(guò)零區(qū)域（約15V）完成，雖然過(guò)零型控制方式可能造成最大半個(gè)正弦周期的延時(shí)，但卻減少了對(duì)負(fù)載的沖擊和產(chǎn)生的射頻干擾。由于變壓器油凈化加熱器功率通常較大，首先應(yīng)考慮對(duì)電網(wǎng)的沖擊，因此過(guò)零觸發(fā)是變壓器油凈化加熱的理想控制方式。

　　開(kāi)始進(jìn)行變壓器油凈化的時(shí)候，加熱器從相對(duì)冷態(tài)轉(zhuǎn)換到相對(duì)熱態(tài)，晶閘管導(dǎo)通，此時(shí)有將近10倍的浪涌電流，并在雙向晶閘管的兩端產(chǎn)生較大的電壓上升率dv/dt，如果該值超過(guò)雙向晶閘管的換向電壓上升率，將會(huì)引起延時(shí)關(guān)斷，甚至關(guān)斷失敗。

　　而單向晶閘管為單極性工作狀態(tài)，只受靜態(tài)電壓上升率的影響，而靜態(tài)電壓上升率遠(yuǎn)大于換向電壓上升率，因此不易引起延時(shí)關(guān)斷。變壓器油凈化加熱用的晶閘管采用2只單向晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成，使抗電流、電壓沖擊特性大大提高。

　　4使用自動(dòng)變功率加熱系統(tǒng)的效果在變壓器油凈化過(guò)程中，待凈化的變壓器油從常溫開(kāi)始加熱，在此階段采用PID控制算法，會(huì)使加熱器工作在部分功率輸入情況下而部分功率加熱將增加升溫時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中，以設(shè)定溫度下浮10 C作為PID控制的啟動(dòng)點(diǎn)，如。自動(dòng)變功率加熱系統(tǒng)從常溫開(kāi)始全功率加熱到設(shè)定溫度以下10C，然后采用PID控制算法自動(dòng)變功率加熱，以平穩(wěn)、精確的加溫曲線快速到達(dá)設(shè)定溫度。變壓器油凈化采用自動(dòng)變功率加熱系統(tǒng)，克服了油液加熱的大幅超（下轉(zhuǎn)第45頁(yè)）化物轉(zhuǎn)化為高密度的水化物或無(wú)水化物，摩爾體積縮小，空隙增大，而在中溫階段（800~1100C）燒結(jié)作用尚不明顯，因此會(huì)導(dǎo)致鋁酸鈣水泥結(jié)合澆注料強(qiáng)度明顯下降。而CFBB的最高燃燒溫度為900~1000C，故普通鋁酸鈣水泥結(jié)合的澆注料是不適宜做CFBB爐襯的1.純鋁酸鈣水泥結(jié)合的致密耐磨澆注料，是目前大多數(shù)CFBB的首選爐襯材料，但也存在一個(gè)較普遍的問(wèn)題一爆裂。爆裂是由于氣孔率低，在烘干過(guò)程中，水分無(wú)法順利排除而聚集，產(chǎn)生較大的蒸汽壓力，當(dāng)壓力大于材料的結(jié)合力時(shí)，砌筑體表面產(chǎn)生爆裂和層狀剝落。CFBB所用的耐磨澆注料，就屬于密度大、氣孔率低的致密澆注料，在鍋爐點(diǎn)火升溫速度快時(shí)，爐襯表面會(huì)產(chǎn)生較大面積的開(kāi)裂和剝落，輕者可使耐火層減薄，耐磨周期縮短；重者使被保護(hù)的金屬件裸露造成運(yùn)行事故。

　　解決爆裂的方法：（1）加入一些“防爆劑”，在升溫過(guò)程中，形成少量毛細(xì)孔，既能使水氣排出，減小蒸汽壓力，防止爆裂；又不至于氣孔率提高，降低坯體密度。（2）在正式點(diǎn)火投運(yùn)前采取烘干措施，使砌體中的游離水和結(jié)晶水全部緩慢而均勻地蒸發(fā)，從而確保砌體不至因蒸汽急劇膨脹而出現(xiàn)爆裂。按比例（重量的2%）在材料中加入一定數(shù)量的耐熱鋼纖維（長(zhǎng)度19 5mm左右），在砌體內(nèi)部形成無(wú)數(shù)個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以增加砌體的整體強(qiáng)度。在石家莊熱電二廠擴(kuò)建工程中，鍋爐爐膛、旋風(fēng)分離器進(jìn)出口煙道及回料閥、冷渣器、床下點(diǎn)火風(fēng)道等部位的防火防磨均使用了純鋁酸鈣水泥結(jié)合的耐磨耐火澆注料，在砌體完工4周后采取了烘烤措施。

　　2.1.3水玻璃結(jié)合的不定型耐磨材料以水玻璃為結(jié)合劑配制的不定形耐火材料具有中、高溫強(qiáng)度損失少，熱穩(wěn)定性、耐磨性和耐酸、堿腐蝕性較好的特點(diǎn)，但最高使用溫度一般不超過(guò)1200C，這恰好與CFBB的爐溫相符，所以比較適宜做CFBB爐襯。但是要注意耐火骨料、粉料需選用剛玉或特級(jí)高鋁料。

　　2.2定形耐磨耐火材料目前，CFBB用的定形耐磨耐火材料，主要有2種：一是氮化硅結(jié)合碳化硅磚，此材料使用效果較佳，但價(jià)格昂貴；二是磷酸鹽耐磨磚，此材料抗折強(qiáng)度高，耐磨性能好，造價(jià)比氮化硅結(jié)合碳化硅磚便宜，一直是CFBB的部分爐襯。在石家莊熱電二廠擴(kuò)建工程中，煙道及旋風(fēng)分離器頂部吊掛磚即采用了碳化硅磚，旋風(fēng)分離器筒體、錐體及煙道底面和側(cè)面等部位均采用了磷酸鹽高鋁耐磨耐火磚。

　　3結(jié)束語(yǔ)3.1耐磨耐火材料除選用硬度大、耐磨性好的骨料外，還應(yīng)注意結(jié)合劑的選擇，提高材料的結(jié)合強(qiáng)度。

　　3.2材料的抗折性能，對(duì)其耐磨性的影響極大。可以說(shuō)，抗折強(qiáng)度高，耐磨性好。

　　3.3采用高價(jià)耐火原料，未必能制造出性能優(yōu)良的耐磨耐火材料，反而會(huì)提高成本。關(guān)鍵在于配比合理，生產(chǎn)方法正確。

　　3.4恰當(dāng)施工方法、施工機(jī)具的使用，是發(fā)揮耐磨耐火材料性能的必備條件之一。