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煤油氣相干燥設(shè)備冷凝回收系統(tǒng)控制方式研究

文檔作者：鄧乃夫文檔來源：中山凱旋真空技術(shù)工程有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年08月08日
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數(shù)控技術(shù)數(shù)字技術(shù)
與應(yīng)用
19
自80年代我國從瑞士MICAFIL公司引進第一套煤油氣相干燥
設(shè)備(Vapor Phase Drying Plant，下稱VPD)以來，已成為大型油
浸式變壓器在總裝前處理最為重要的設(shè)備之一。90年代至今，國內(nèi)
也相繼涌現(xiàn)出許多煤油氣相干燥設(shè)備的制造廠家，在國外技術(shù)基礎(chǔ)
上，無論是在結(jié)構(gòu)設(shè)計，還是在原理分析、運行工藝上都在不斷完
善、不斷成熟，尤其是在響應(yīng)國家節(jié)能減排政策上作出很大貢獻。
1、冷凝回收系統(tǒng)構(gòu)成
根據(jù)傳統(tǒng)VPD系統(tǒng)的特性，從功能和結(jié)構(gòu)上可以分為：真空系
統(tǒng)、煤油系統(tǒng)、冷凝回收系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣動
系統(tǒng)級通風(fēng)系統(tǒng)等。而按照運行的過程可分為：準備階段、加熱階段
（含子階段：中間蒸餾、中間降壓）、降壓階段、高真空階段、破空階
段。在整個龐大的VPD系統(tǒng)自動運行的過程中，加熱能力最強、出水
量最大的當屬加熱階段，在加熱階段中運轉(zhuǎn)十分活躍的為冷凝回收
系統(tǒng)負責(zé)整個系統(tǒng)的水分的收集，其主要構(gòu)成如圖1：
圖1 冷凝系統(tǒng)原理圖
冷凝回收系統(tǒng)主要包括主冷凝器(402)、中間冷凝器(208)、冷凝
收集罐(408)及相關(guān)閥門等，使用的傳感器包括音叉(404)、磁致伸縮
液位計、鉑電阻(711)、壓力傳感器等。
2、冷凝回收系統(tǒng)的工作原理
在加熱階段中，通過蒸發(fā)器對煤油進行加熱，以器身加熱提取器
身水分。由于干燥罐混合蒸汽即水蒸氣與煤油蒸汽越來越多，壓力逐
漸增高。在收集罐和干燥罐的壓差作用下，混合蒸汽通過調(diào)節(jié)閥（221）
進入主冷凝器冷凝，被冷凝成混合液體（水和煤油），經(jīng)集液閥（405）和
放液閥（407）后進入收集罐，泄漏泵會將收集罐維持在一定真空度內(nèi)。
進入收集罐的混合液體分離后，由于煤油密度比水小，煤油浮
在水的上部。出水量當?shù)竭_一定值時，廢水通過閥門（410）、排水泵
將水打到廢水罐中。收集罐的煤油達到一定值時，通過煤油泵打到
緩沖罐或儲油罐中。
在泄露泵對收集罐抽空的過程中，部分混合蒸汽在中間冷凝器
（208）冷凝成液體，這些液體達到一定后，通過中間冷凝器底部小桶
收集后，再經(jīng)過閥門（208.05）排到收集罐中，已充分收集系統(tǒng)煤油
和計算總的出水情況。
3、冷凝系統(tǒng)控制方式的分析
在電壓等級110KV以上的油浸式變壓器器身中，是由疊壓成鐵
芯的硅鋼片，卷繞成線圈的銅線和不同形狀的絕緣材料等組成。由
于材料的原因，硅鋼片與銅線中的水分較少，所以大分部的水分都
在絕緣材料之中。干燥設(shè)備的最終目的是盡可能的除去變壓器中所
含的水分。那么，我們將問題具體化到了如何除去絕緣材料當中的
水分。而對待絕緣件的出水問題，通過研究分析，我們得知：
(1)絕緣材料在加熱階段出水最多。
(2)在出水量最多的加熱階段中，在第一次加熱、中間降壓時出
水最為明顯，在第二、三次加熱中成平穩(wěn)上升之勢，之后隨著加熱次
數(shù)的增加，出水量增加的速度越來越來，趨勢越來越平緩。
前面我也有提到，對于水分的回收主要依靠冷凝回收系統(tǒng)，冷
凝回收系統(tǒng)的作用一是冷卻煤油蒸汽與水蒸氣，并收集水分；二是
有效的降低干燥罐壓力（VPD干燥罐安全壓力＜260mbar），使之不
會無休止的增加。然而，煤油蒸汽與水蒸氣的混合氣體是通過真空
管路中的調(diào)節(jié)閥（221）至主冷凝器后成液到收集罐的，所以調(diào)節(jié)閥
的開度大小直接影響到主冷凝器冷凝混合氣體的多少。所以說對于
冷凝回收系統(tǒng)的控制主要就是針對調(diào)節(jié)閥（221）的控制。
方案1:在傳統(tǒng)的VPD控制系統(tǒng)中，對于冷凝回收系統(tǒng)的控制是
采用壓力判斷控制的方法，是根據(jù)干燥罐的真空度的變化來調(diào)節(jié)調(diào)
節(jié)閥的開度，主要目的是通過將干燥罐中的混合氣體抽至收集罐
中，從而降低干燥罐壓力，使之處于安全壓力以下。壓力判斷控制的
主要過程邏輯及對應(yīng)關(guān)系如表1：
表1
表1所示數(shù)據(jù)，我們可以看出隨著干燥罐真空度P的增加，調(diào)節(jié)
閥（221）的開度也隨之增加，反之減小。調(diào)節(jié)閥壓力控制的曲線如圖
2所示：
如圖2所示的圓圈位置為加熱階段變壓器開始出水的時刻。該
時刻在干燥罐真空度數(shù)值上升平穩(wěn)后出現(xiàn)的，這個過程是個緩慢的
過程，每爐處理需要達到這個時刻至少需要7小時以上。這是因為在
煤油氣相干燥設(shè)備冷凝回收系統(tǒng)控制方式研究
鄧乃夫
(中山凱旋真空技術(shù)工程有限公司 廣東中山 528478)
摘要：簡要對煤油氣相干燥設(shè)備在加熱階段中，對于冷凝回收系統(tǒng)中真空管路調(diào) 節(jié)閥控制方式的討論，以及對加熱階段及變壓器的影響。
關(guān)鍵詞：變壓器 煤油氣相 冷凝
中圖分類號:TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)08-0019-02
數(shù)控技術(shù)數(shù)字技術(shù)
與應(yīng)用
20
加熱階段前期，干燥罐打入煤油通過蒸發(fā)器加熱成煤油蒸汽對變壓
器身進行加熱，由于熱量大多被變壓器本身所吸收，干燥罐壓力上
升較慢，另一方面受壓力判斷控制邏輯影響，所以調(diào)節(jié)閥（221）開度
較小。這樣，直接導(dǎo)致干燥罐與收集罐之間唯一的通道變狹窄，即便
收集罐真空度再高，也無法充分的將煤油蒸汽與水蒸氣的混合氣體
抽至主冷凝器進行冷凝交換。最后只有當干燥罐中的混合氣體達到
一定濃度，其壓力上升一定值后，隨著調(diào)節(jié)閥（221）的開度逐步增加
才能順利的將混合氣體抽至冷凝回收系統(tǒng)中進行計量。
綜上所述，該控制方法的優(yōu)點：控制方法簡單明確，充分保護干
燥罐壓力，使之不發(fā)生超壓的危險。
缺點：在加熱階段初期水分不易充分回收至冷凝系統(tǒng)中，在進
行大容量的變壓器產(chǎn)品處理時容易造成鐵芯生銹。
方案2:目前國際上對VPD冷凝回收系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥（221）較為流
行控制方式為冷凝回流量控制，即通過計算混合氣體被主冷凝器
（402）冷凝后，變成煤油和水液體的容積的多少來控制調(diào)節(jié)閥開度
的大小。其控制邏輯，如表2為：
表2
圖2
如表2所示，冷凝回流量較大時，調(diào)節(jié)閥開度減??；同樣，回流量
較小時，調(diào)節(jié)閥開度增大。將實際的冷凝回流量控制在無限趨近于
標準流量設(shè)定值。調(diào)節(jié)閥開度上限將控制在一定范圍，以免影響收
集罐溫度或增加主冷凝器負荷。其流量F可以用音叉?zhèn)鞲衅鳎?04）及
相關(guān)閥門的控制完成計算。這種控制手段的運行曲線如圖2。
如圖2所示的圓圈位置為加熱階段冷凝回流量控制的變壓器開
始出水的時刻。從曲線中可以得出，出水量（曲線2）出現(xiàn)于加熱階段
前期干燥罐壓力還在上升的過程中，相當于壓力控制的曲線3的出水
量的開始出水時刻要提前很多，其原因在于，系統(tǒng)自動運行于加熱階
段時，干燥罐內(nèi)的煤油攝入量是一定的，因為蒸發(fā)器的蒸發(fā)功率固定
的，故其煤油蒸汽的發(fā)生量也是一定的。但在加熱初期時，干燥罐本
身溫度較低以及變壓器器身溫度與煤油蒸汽的溫差較大，煤油蒸汽
大多數(shù)都用于與干燥罐罐壁以及變壓器絕緣、鐵芯等進行熱交換，再
加上初期變壓器器身溫度較低，很難有水分蒸發(fā)出來，所以混合氣體
的濃度非常低，很少的混合氣體通過調(diào)節(jié)閥（221）被冷凝成液體回收
到收集罐中。通過表2的控制邏輯可以得出，在主冷凝器下方的冷凝
液越來越少的情況下，調(diào)節(jié)閥的開度是逐漸增大的，也同時增加了干
燥罐與收集罐之間通道的大小，盡可能的將從變壓器蒸發(fā)出來的水
蒸氣抽至冷凝收集系統(tǒng)中。這樣一旦罐內(nèi)溫度和變壓器溫度上升至
有水蒸氣蒸發(fā)，就可以立即被冷凝系統(tǒng)計量出水量的多少。
冷凝回流量控制調(diào)節(jié)閥方式的優(yōu)點：控制邏輯易于實現(xiàn)，在加
熱初期盡可能的將水蒸氣抽出，防止變壓器鐵芯的生銹。并且蒸發(fā)
器與主冷凝器的功率成一定比例不變，所以只要冷凝回流量一定，
干燥罐的壓力是不會超出規(guī)定壓力的。
缺點：相關(guān)閥門（如閥門405）動作較為頻繁，增加機械損耗，維
護周期需較短。所以現(xiàn)階段我們選用了方案2中的冷凝回流量的控
制方式對調(diào)節(jié)閥（221）進行控制。
4 、展望
當前我國電力行業(yè)處于一個飛速發(fā)展的時期，同時也是裝備制
造行業(yè)需求較大的階段，如果能夠使VPD設(shè)備更加完善、高效、穩(wěn)定
的運行、生產(chǎn)，我們須面對以下問題：一方面是提高主冷凝器冷凝效
率，可以考慮二級冷凝器輔助冷凝，這樣冷凝液的容量更加準確。另
一方面考慮加熱階段中冷凝流量控制方式與壓力控制方式相結(jié)合，
既保證避免鐵芯生銹又可以將干燥罐壓力控制得準確適當。VPD的
冷凝回收系統(tǒng)的控制需要不斷去探索和創(chuàng)新，才能更好的為電力行
業(yè)、裝備制造業(yè)服務(wù)。
00 00 00 00，表示不隱藏任何驅(qū)動器。鍵值由4個字節(jié)組成，每個
字節(jié)的每1位對應(yīng)A到Z的一個盤，當相應(yīng)位為1時，表示該驅(qū)動器就
被隱藏了。第1個字節(jié)代表A到H的8個盤，即01為A，02為B，04為C，
08為D……依次類推，如鍵值為80 ff ff ff表示要關(guān)閉H到Z之間
的所有盤。此外，如若再新建一個二進制“NoViewOnDrive”,值也
和“NoDrives”一樣為“80 ff ff ff”，則在我的電腦里既看不到H后
的所有盤符，也無法訪問了。
通過以上幾個步驟，可以杜絕考生使用U盤的現(xiàn)象，從而保證
了考試的公平性、公正性和權(quán)威性。
5 、結(jié)語
本文就無紙化考試過程中題庫的安全保障技術(shù)與防止考生作弊
技術(shù)進行了研究與分析，針對可能出現(xiàn)的情況均給出了相應(yīng)的解決
方法，并對如何防止考生使用U盤等帶有記憶功能的存儲設(shè)備進行作
弊的問題提出了解決方案，有效地降低了考試過程中作弊的可能性。
參考文獻
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