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西门子6ES7223-1BH22-0XA8代理订购
变电站综合自动化采用自动控制和计算机技术实现变电站二次系统的部分或全部功能。为达到这一目的，满足电网运行对变电站的要求，变电站综合自动化系统体系由“数据采集和控制”、“继电保护”、“直流电源系统”三大块构成变电站自动化基础。“通信控制管理’’是桥梁，联系内部各部分之间、与调度控制之间使其相互交换数据。“变电站主计算机系统”对整个综合自动化系统进行协调、管理和控制，并向运行人员变电站运行的各种数据、接线图、表格等画面，使运行人员可远方控制断路器分、合操作，还提供运行和维护人员对自动化系统进行监控和干预的手段。“变电站主计算机系统”代替了很多过去由运行人员完成的简单、重复和繁琐的工作，如收集、处理、记录、统计变电站运行数据和变电站运行过程中所发生的保护动作、断路器分、合闸等重要事件，还可按运行人员的操作命令或预先设定执行各种复杂的工作。“通信控制管理’’连接系统各部分，负责数据和命令的传递，并对这一过程进行协调、管理和控制。
与变电站传统电磁式二次系统相比，在体系结构上，变电站综合自动化系统增添了“变电站主计算机系统”和“通信控制管理”两部分；在二次系统具体装置和功能实现上，计算机化的二次设备代替和简化了非计算机设备，数字化的处理和逻辑运算代替了模拟运算和继电器逻辑；在信号传递上，数字化信号传递代替了电压、电流模拟信号传递。数字化使变电站自动化系统与传统变电站二次系统相比，数据采集、传递方便、处理灵活、运行维护、扩展容易。变电站综合自动化系统结构体系较为典型的是：
(1)在低压无人值班变电站里，取消变电站主计算机系统或者简化变电站主计算机系统。
(2)在实际的系统中，为常见的是将部分变电站自动化设备，如微机保护、RTU与变电站二次系统中电磁式设备(如模拟式指针仪表、信号系统)揉和在一起，组成一个系统运行。这样，即提高了变电站二次系统的自动化水平，改进了常规系统的性能，又需投入多的物力和财力。
变电站综合自动化的结构模式
变电站综合自动化系统的结构模式主要有集中式、集中分布式和分散分布
(一)集中式结构
集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I／O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。集中式结构也并非指只由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能也是由不同的微型计算机完成的，只是每台微型计算机承担的任务多些。例如监控机要担负数据采集、数据处理、断路器操作、人机联系等多项任务；担负微机保护的计算，可能一台微机要负责多回低压线路的保护等。
集中式系统的主要特点有：
(1)能实时采集变电站各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集和实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。
(2)完成对变电站主要设备和进、出线的保护任务。
(3)结构紧凑、体积小，可大大减少站地面积。
(4)造价低，尤其是对35kV或规模较小的变电站为有利。
(5)实用性好。
集中式的主要缺点有：
(1)每台计算机的功能较集中，若一台计算机出故障，影响面大，因此，采用双机并联运行的结构才能提高性。
(2)软件复杂，工作量大，系统调试烦琐。
(3)组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都另行设计，工作量大。
(4)集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观，不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。
分布式结构
该系统结构的大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有级的网络系统较好地解决了的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。
分布分散(层)式结构
分布分散式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层(站级测控单元)和间隔层(间隔单元)。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。
该系统的主要特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的性，比较好的实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。分布分散式结构的主要优点有：
(1)间隔级控制单元的自动化、标准化使系统适用率较高。
(2)包含间隔级功能的单元直接定位在变电站的间隔上。
(3)逻辑连接到组态指示均可由软件控制。
(4)简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。
(5)简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。
(6)分布分散式结构性高，组态灵活，检修方便。
随着变频器在各行各业的深入应用了令人瞩目成绩，也获得了显著节能效果、经济效益、环境效益和社会效益。在变频器这个模块范围内考虑的问题多，从变频节能系统整体层面上考虑的问题少，弄不清楚整个系统真实的特性是什么，也不怎么清楚变频器在整个系统的地位和作用，因而在一些项目中，变频器仅仅起到了掩饰水泵、风机容量选择过大的节能作用，而没有从理论上根本解决系统节能的实质问题，或者仅仅把变频器降格为一个挡风板的作用，花了很多投资上了变频器，而没有把变频器的作用发挥到。这不利于我国变频事业的健康发展。我觉得业界同仁们对于变频器的正确应用给以充分的重视，应用变频器产生的效益，是变频器发展的目的，也只有变频器应用正确、、顺利，才能对广大用户产生大的吸引力，变频器的市场才会有做大做强的商机。我国每年节能服务市场的规模约有1200亿，外国早就觊觎我国节能服务市场，他们已有大的举措，我们已经听到了这些巨人嗵嗵的脚步声，同仁们，形势紧张，机不可失，时不再来，让我们携起手来，为我国变频器事业蓬勃发展、为我国2020年达到的小康水平而努力奋斗！
2、变频器在系统中的作用
变频器在实际使用中是以一个子系统的角色容入大系统中进行协调运行的。如在图1的负反馈控制系统中，变频器和电机、风机或水泵一起作为控制系统的执行器，并和传感器、调节器及被控对象共同构成一个完整的控制系统整体。控制系统的性能取决于系统的结构，即控制系统的四个环节之间的相互联系、相互影响和相互制约也就是相互关联。各个环节局部都优组成的系统整体不一定优，反之系统整体优不一定要求每个环节局。大部分变频器应用都可归结为这种运行模式。这就是说如果控制系统的四个环节不匹配，即便是变频器的性能再好，也显示不出来。
从图1可以看出，变频器构成的控制系统，跟踪的是与系统变化过程特点密切相关的特征参数θa，以克服干扰f造成的影响，而不是相关性很弱的其他参数。笔者在工程上曾见过这样的案例:在一个空调箱中，变频器不是跟踪反映负荷变化的特性参数，而是跟踪和负荷变化不相关的过滤器两侧的阻力降，变频器形同虚设，根本起不到跟踪负荷变化节能的作用。变频器和电动机、水泵组成的执行器环节的实质是变能量流，跟踪什么参数变，这是我们设计变频变流量节能系统应该特别要注意的。
3、变频器在火力发电厂应用节能案例剖析
图2是变频器在火电厂的应用方案图。在这个方案中只是了高压变频器（HVIN）、变压器P.T）和高压电机（M）组成的控制回路中的多半个环节，而没有说明高压变频器在控制系统中的位置和作用，因此有可能把高压变频器的功能发挥不到，的节能效果，或者使变频器降格为仅仅起到一个挡风板的作用，而没有发挥变频器应有的作用。
实际在电厂的风机、水泵处在的位置不同，用变频节能改造的节能效果也是不同的。
图3是火力发电厂生产流程示意图。在火力发电厂中的风机、水泵配置的电动机基本上都是过250kW的高压电动机，因此变频变节能应用都需要高压变频器。但生产流程中处在不同位置的风机或水泵，和高压变频器组成的控制系统跟踪的目标是不同的，节能的效果也是不同的。
如图3中的循环水泵8。因冷却水受发电负荷、气候的影响，冷却水温会发生变化，从而影响冷凝器4的冷凝压力并波及汽轮机3的出力和效率，即影响发电机18的出力和效率，因此循环水泵8和高压变频器组成的控制系统应当跟踪的是冷凝器4的冷凝压力，以克服发电负荷、气候变化对发电效率的影响，保持发电机组在变工况的运行，同时由于控制系统能够根据发电出力和气候变化自动调节冷却水量，冷却泵8也以小的能耗，实现了发电系统的运行，自身也得到了大的节能效果。
又如，图3中的引风机17，分析它和变频器构成的控制系统跟踪的应是锅炉炉膛21的负压恒定，以保证在发电变负荷、大气压力随气候变化时变锅炉的燃烧，从而保持发电系统变工况时的运行。
再如，图3中的送风机15，分析它和变频器、蒸汽用量传感器、煤量传感器构成的复合控制系统跟踪的应是锅炉燃烧的风煤比，以保证在发电变负荷、大气压力随气候变化时锅炉的燃烧，从而保持发电系统的运行。
分析引风机17和送风机15的变频变控制系统都基本上是定压变流量系统，这是风机、水泵节能工程中常用的模式。虽然从理论上可以证明定压变流量节能模式是不节能的，但如果它服从整个发电系统运行的整体目标，以小的代价实现整个发电系统的运行，发电系统总体上仍是节能的，它为系统的整体节能目标做出了贡献，也就发挥了变频器的作用，了优良的节能效果。同时由于风机、水泵配置容量比实际的需求容量普遍偏大（至少大30%），变频器的使用也有这个缺点“遮丑”的节能效果。
4、变频器在油田注水采油应用节能案例剖析
在油田采油的后期，储油近于枯竭，为了提高油田的产能，普遍采用注水采油技术。
注水采油靠向含油层注入按比例加入阻垢剂、粘土稳定剂、缓蚀剂、化学驱油物质等化学原料处理过的混合水溶液，利用水淹含油层，在水的驱动下，石油和水一起被带出。图4为油田注水采油综合用能流程图。图4上的P2为高压注水泵，为了节能采用变频调速。
注水采油率:大庆（4.0m3水/吨）， 靖边地方油田（17.4m3水/吨），每口注水井大概控制含油面积0.3～1.2k m2、大约控制2口采油井，注水量30～50m3/d。由于含油层的地质构造千差万别，它的水渗透系数有很大的不同，同时随着采油的时间的变化，含油层的地质构造的水渗透系数也发生变化，因此从注水泵回路分析来看，相当于注水泵的负载阻力特性随含油层地质构造的不同和采油时间的变化而变化。对一个采油地区一段注水时间内，采单位重量的注水量基本恒定，所以这个系统跟踪的目标应当是水泵注水量恒定，才能保证注水采油的采油量。但随含油层的地质构造的水渗透系数的变化，对注水泵来说，工况点也要发生变化，为了保证注水泵在任何情况、任何频率下都在率地运行，从系统思考的观点，应当在注水泵的出口增加一个阀门，作为调整注水泵工况点的补偿环节。要知道水泵回路阻力并不是越小消耗的动力越小，而是要回路阻力和水泵的特性相匹配，使水泵处在率点工作，加上变频器控制系统跟踪注水流量恒定反馈控制，才能使变频节能的系统发挥到。
从图4也可以看出，给注水泵实现变频节能控制，只是注水采油节能系统中的一个环节，其他环保、节能的项目也应该一并考虑。如油水分离后的含油水，应当经过污水处理器处理后循环使用，否则含油污水乱排，很可能待油田寿终正寝后，留下的只是狼藉满地、一片污染的不毛之地。注水循环使用也可以减少地下清水的开采量，减轻地下含水层的采水量的负担。
又如，经过污水处理器处理过的中水，估计有30～40℃，每吨水含有23.3～34.9kWh可回收热量，供给加热热水或采暖供热，100m3/h的回水大概可以供给面积为2～3万m2住房、约200～300户家庭的采暖需求。如果把不经热回收的热水再注入地下，这部分热量就白白流失了。如果增加热泵热回收机组CH1，就可以达到热回收的目的。
从上面的分析可看出，变频器组成的控制系统，是以一个整体的面貌出现的，只有这个整体运行协调，并时刻服从大系统的总体目标，变频器的功能才能发挥到，才能明显的节能效果。“系统是物质世界存在的基本形式和根本属性。”系统是一个活生生的统一的整体，而不是冷冰冰的机器堆积物。系统具有生物属性—有序、和谐、自然、均衡，有生命过程。我们应当遵从世界是按系统的模式运动的客观规律，应用“系统思考”的理念处理变频变流量节能的问题。只有牢牢树立符合客观规律的“系统思考”的意识，才能清楚地定位变频器在系统中正确的角色和作用，使变频器融入系统中并和“左邻右舍”共同构成的系统整体，变频器的功能才能发挥到，变频变流量系统才能大的节能效果。我们遇到的变频变流量节能系统一般都是复杂的大系统，“系统思考”的理念是处理好当今复杂大系统工程惟一正确的、可行的正确理念。我想，随着时间的推移和用“系统思考”理念剖析变频器的实用案例的增多，“系统思考”理念是会很快被人们接受、熟悉，并在我国节能服务市场上大显威力的。
5、结束语
（1） 变频器的应用是融到系统当中的，变频器和电机、水泵共同组成控制系统的执行器这个环节。单从变频器模块考虑变频器的应用不利于变频业的健康发展。
（2） 变频器的节能效果，取决于变频器构成的整体系统的结构和性能，单在变频器这个模块范围内考虑问题，变频器不能发挥其功能。我们应当遵从客观规律，用“系统思考”的理念来推行变频器的应用。
一、前言
空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于空调系统都是按大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在**负载下运行，造成了能量的大浪费，也恶化了空调的运行环境和运行质量。
随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，达到节能目的提供了的技术条件。
二、问题的提出
1、原系统简介
我酒店的空调系统的主要设备和控制方式：100冷吨冷气主机2台，型号为三洋化锂蒸汽机组，平时一备一用,高峰时两台并联运行；冷却水泵2台,扬程28米,配用功率45 KW,冷水泵有3台，由于经过几次调整，型号较乱,一台为扬程32米，配用功率37KW, 一台为扬程32米，配用功率55KW, 一台为扬程50米，配用功率45KW。冷却塔6台，风扇电机5.5KW，并联运行。
2、原系统的运行及存在问题
我酒店是一间三酒店。因酒店是一个比较特殊的场所，对客人的舒适度要求比较高，且酒店大部分空间自然通风效果不好，所以对夏季冷气质量的要求较高。
由于空调系统设计时按天气热、负荷大时设计，且留有10%-20%左右的设计余量。其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能量的大浪费。
为了解决以上问题，我们打算利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统。对冷冻、冷却水泵、冷却塔进行改造，以节约电能。
三、节能改造的可行性分析
改造方案是通过变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等构成温差闭环自动控制，根据负载轻重自动调整水泵的运行频率，同时根据冷却水温度的高低，自动切投冷却塔散热风机，以达到节能效果。以下是分析过程：
1、 空调系统简介
空调系统结构图
在空调系统设计中，冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统大负荷再增加10%—20%余量作为设计系数。根据计算空调系统中，冷冻水、冷却水循环用电约占夏季酒店总用电的25%—30%，冷却塔的用电占8%—10%。因此，实施对冷冻水和冷却水循环系统以及冷却塔的能量自动控制是空调系统节能改造及自动控制的重要组成部分。
2、泵的转速调节
根据异步电动机原理
n=60f/p(1-s)
式中：n:转速 f:频率 p:电机磁对数 s:转差率
由上式可见，调节转速有3种方法，改变频率、改变电机磁对数、改变转差率。在以上调速方法中，变频调速性能，调速范围大，静态稳定性好，运行效。因此改变频率而改变转速的方法方便有效。
3、冷却塔的控制
以前的冷却塔是人为的根据冷却水温度选择冷却塔开启的台数，非常容易造成能源的浪费现象，现在根据冷却水的温度，由温度传感器传送信号至PLC，由PLC经计算后对冷却塔风机依次开启，以28℃为基数，温度每上升2℃，开启两台散热风机，每下降2℃，延时5分钟后停止2台风机，以达到节能效果。
四、节能改造的具体方案
1、主电路的控制设计
根据具体情况，同时考虑到成本控制，原有的电器设备尽可能的利用。冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备的方式运行，使用一台变频器控制拖动两台水泵交替运行。将一台扬程较高的冷水泵作为备用。
以下为冷冻水泵与冷却水泵一次接线图：
2、功能控制方式
工作流程：
开机：开启冷水及冷却水泵，由PLC控制冷水及冷却水泵的启停，由冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号，开启制冷机，由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作流量，同时PLC控制冷却塔根据温度传感器信号自动选择开启台数。
停机：关闭制冷机，冷水及冷却水泵以及冷却塔延时十分钟后自动关闭。
保护：由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护，压力偏低时自动开启泵。
五、变频节能技术框图及改造原理分析
下图为变频节能系统示意图
1、对冷冻泵进行变频改造
控制原理说明如下：PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的频率，以控制电机转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能；
2、对冷却泵进行变频改造
由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。
六、实际调试注意事项
1、整改设备安装完毕后，先将编好的程序写入PLC，设定变频器参数，检查电器部分并逐级通电调试。
2、投入试运行时，人为地减少负荷，观察流量是否因频率的降低而减小，并找到制冷机报警时的变频器频率，以及流量降低后管道末端的循环情况，使变频器工作在一个的稳定工作点。
3、用温度计及时检测各点温度，以便检验温度传感器的度及校验各工况状态。
七、技术改造后的运行效果比较
1、节能效果及
进行技术改造后，系统的实际节电率与负荷状态、天气温度变化等因素有一定关系。根据以往运行参数的统计与改造后的节能预测，平均节能应在20－30%以上。经济效益十分显著。改造后投入运行一年即可收回成本，以后每年可为酒店节约用电约12万元。
2、对系统的正面影响
由于冷冻泵、冷却泵采用了变频器软启停，了原来启动时大电流对电网的冲击，用电环境得到了改善；了启停水泵产生的水锤现象对管道、阀门、压力表等的损害;了原来直接启停水泵造成的机械冲击，电机及水泵的轴承、轴封等机械磨擦大大减少，机械部件的使用寿命得到延长 ；由于水泵大多数时间运行在额定转速以下，电机的噪声、温升及震动都大大减少，电气故障也比原来降低，电机使用寿命也相应延长。
由于采用了温差闭环变频调速，提高了冷冻机组的工作效率，提高了自动化水平。减少了人为因数的影响，大大优化了系统的运行环境、运行质量。
八、结论
虽然一次性投资较大，但从长远的经济利益来看是值得的。这里我们也借鉴了其它一些酒店改造的经验和实际效果，进一步验正了利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等组成的温差闭环自动控制系统，对空调系统的节能改造是可行的。可以达到我们当初设计的预期效果。
九、结束语
在科技日新月异的今天，积推广的应用，使其转化为生产力，是我们工程技术人员应尽的社会责任。对落后的设备生产工艺进行技术革新，不仅可以提高生产质量、生产效率，创造可观的经济效益。对节能、环保等社会效益同样有着重要的意义。
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