冷却塔噪声控制方案（精选8篇）
关键词：冷却塔 噪声 治理措施
近年来，随着经济的不断发展，高层建筑的不断发展，冷却塔一般安装在高层楼宇的楼上或者6-8层露台平台上，而主要的噪声为风机噪声、塔体振动噪声和淋水噪声等。因此，我们需要对进风口进行检测，当排风口噪声达到在65db（a）以上，叠加冷却塔塔体噪声和落水噪声后，在冷却塔1m处的噪声级一般会达到78-83db（a）。噪声对高层建筑的客户以及周围居民区危害较大，妥善处理好冷却塔噪声对周围环境的影响问题已成为环保综合治理的热点。冷却塔噪声源分析
冷却塔是一种热交换设备，它的声源有三方面：其一是风机噪声，主要分为散热风机的机械噪声和风机进排气空气动力性噪声，特性为低频。其二是水泵、配管和阀门引起的塔体振动，从而产生辐射噪声。其三是冷凝器的布水系统和收水系统产生的落水噪声。
冷却塔风机噪声频谱一般呈低频性，而典型的淋水噪声频谱特性呈宽频带。但是实际测得冷却噪音的频率较低，因此很多人认为冷却塔的主要噪声是风机噪声。[1]
1.1 冷却塔风机噪声 安装在冷却塔上部的风机主要是逆向抽出的，以此来达到降温的目的[2]。而风机的高速旋转会产生空气动力性噪声，旋转中的多个叶片作用于气流，然后引起气压和运动速度呈脉动变化产生的，其旋转部件的不平衡会导致结构发生振动，从而产生振动噪声。
1.2 冷却塔落水噪声 冷却塔的循环水从上部喷淋管流下，经过自由落体会产生冲击噪声，与落水速度的平方成正比，与撞击水面的四次方成反比[3]。
1.3 冷却塔塔体噪声 冷却塔塔体机械的噪声主要来源于机器部件的振动。机器的零件都会在工作中发生弹性变形，然后产生振动。具有弹性的机械部件将振动能量传播到辐射表面时，就会经过空气传播出去，形成机械噪声。
塔噪声的频率成分较复杂，噪声在各频段的能量都较大，且以低频成分为主。根据冷却塔噪声频率特性分析，以及噪声的质量控制标准，通过声学计算消声量、隔声量，提出了通过设置消声器、声屏障等方式实现对冷却塔噪声污染进行综合治理。
冷却塔噪声控制方案
基于对酒店冷却塔的现场测试与分析，在不影响冷却塔散热的前提下，通过声学计算，提出了其冷却塔噪声综合治理方案：①在轴流风机出口设置消声器，可以有效阻止噪声能量的传播。②对冷却塔原有导流帽进行吸声处理，在不影响风量的情况下，有效吸收透射的噪声能量。③冷却塔周围设置吸-隔组合式声屏障，确保所有噪声敏感点都处于声屏障的声影区内。④在轴流风机进风口设置百叶式吸声结构，在保证冷却塔散热的同时，有效阻止噪声能量向外传播。⑤根据现场的实际情况，本设计中所有的降噪设施都需要进行防尘、防潮处理。
冷却塔风机消声器的设计
冷却塔主要的噪声源就是风机，而且噪声频率以低频为主。根据实际情况，我们可以通过在风机出口处加消声器达到降噪的目的。我们常说的消声器主要是阻性消声器、抗性消声器和排空消声器三大类。而消声器的设计主要包括以下几个方面：①消声片半厚度。吸声材料大多数选用的是超细的玻璃棉、玻璃纤维丝和毛毡等材料，为了能够计算出消声片的厚度，则需要根据共振频率的常数关系。②气流通道截面面积。气流通道的宽度减少，就会提高消声器的消声量，缩小消声器的几何尺寸，因此，在不能降低流速的情况下，气流通道总截面积等都会与之相连接。③消声器长度l。根据片式消声器消声量计算公式：δl=a（α）?■。δl――消声器的消声量；l――消声器长度；消声器进口端的噪声源主要是从出口段发出来的，因此出口端的噪声频谱由gb3096-93《城市区域环境噪声标准》中2类标准要求确定。
声屏障设计
由于冷却塔轴流风机的出风口安装排气消声器，阻断了噪声的路径，因此为了保证冷却塔能够很好地散热，不能对其进行封闭式隔声处理。为此，我们采用设置组合式声屏障的方法阻止噪声能量传播。其特点设计如下：①为了保证所有噪声敏感点处于屏障的屏蔽区，从而获得最佳去噪效果，需要根据科学的计算得出。②声屏障下面以隔声设计为主，同时考虑到声波的绕射，声屏障顶端1m采用吸-隔组合式结构，以获得最佳的降噪效果。吸-隔组合式声屏障吸声壁体选用宽频带组合式吸声板；隔声壁体采用双层板隔声结构，外层设置阻尼隔声板，内层设置中阻尼隔声材料，两层隔声材料间留有2-3mm空气层。③在声屏障的风机进风口处设置折板式吸声结构，以便在保证冷却塔散热的前提下获得最佳的去噪效果。
结论
变压器是变电站运行中的核心部分, 而冷却系统的可靠性直接影响到变压器的安全运行。在电力变压器的强迫油循环风冷却系统中, 冷却系统主要由潜油泵、风扇电机、油流继电器、分控箱、主控制箱、信号系统等部分组成。运行中的变压器按照负荷和温度情况自动投入或切除相应数量的冷却器。近一年工作票统计数据显示冷却系统最易损坏的是风扇电机, 轻则轴承磨损发出异响, 重则烧毁不能投运。
1 强迫油循环风冷系统
对于应用强迫油循环的变压器从本体设计容量和散热器容量配置一定数量的冷却器组, 同时配置备用冷却器以便切除故障冷却器能自动投运。冷却器可用控制开关位置来选择工作、辅助和备用状态。
1.1 冷却器投退存在问题
变电检修心中辖下孝感主网变压器根据容量的不同, 大多装设8-10台风扇吹风加速变压器油的冷却, 每2台风扇分为一组。风扇由轴流式单级叶轮与三相异步电动机两部分构。当主变负荷和油温在某一范围内波动时, 测量主变负荷的电流继电器或测量变压器油温的温度继电器会频繁动作, 将导致辅助冷却器频繁地启停。冷却器的油泵、风扇电机启动过于频繁, 会进一步使热继电器动作, 从而让该组冷却器退出运行, 投退次数过多无疑会缩短冷却器电气设备的使用寿命。同时变压器油高速流动易产生油流带电, 造成主变内部故障隐患, 影响其安全稳定运行。另外, 冷却器组的风扇电机投入过多不仅浪费电能也会造成严重噪音污染。
辅助冷却器组本身作用是在油温过高时投入以达到快速降低油温, 因此单纯优先依负荷的增加做出辅助冷却器投退判据缺乏一定的科学性, 其目的可能仅仅是基于可靠性的角度来考虑。例如11月30日8时许上庙变电站室外温度0℃左右且伴随3-4级北风, 气温陡降用电负荷增大, 上#1主变辅助冷却器投运, 而主变上层油温不到20℃。
注:K—分控箱电源空开;C—交流接触器;K1、K2、K3—热过载继电器;KM1、KM2、KM3—接触器;M1—潜油泵电机;M2、M3—风扇电机;S—温度传感器电流信号输入
如此导致最直接的后果就是冷却系统的风扇电机损坏, 而损坏的原因是电机机械轴承磨损, 转动时异响或叶片擦到外壳卡死烧毁电机。据工作票不完全统计自2011年1月至今变电检修中心所辖10座站共处理冷却器缺陷20余起, 仅一起不是强迫油风冷型主变, 而风扇电机故障占80%以上, 热过载继电器失灵也占相当大比例。累计出勤愈30次均涉及大量部件更换维修, 其中专业班组集中维修电机4次近20台, 委外维修2次耗1700元, 造计划新购置约10台电机和10部热过载继电器备用, 投入的人力物力财力不容忽视。即使如此仍然数次因为缺乏备件延误计划消缺时间, 影响消缺率考评。
1.2 改进型冷却器投退判据
对于这样不是长期满负荷运行的变压器, 运行冷却器的投入可按照如下规则整定:
(1) 负荷判据。当变压器负荷达到其额定值70%及其以上时, 经过一段延时冷却器全部投入, 延时的目的是为了避免负荷波动带来的影响;当负荷小于额定值70%时, 投切由油温判据决定。
(2) 油温判据。根据现场实际情况可把冷却器分成4-5组。每组含风扇电机两台, 对于冷却器数量的投运控制是:正常运行时启动2组冷却器4台风扇电机工作, 当油温上升到某设定值时, 启动辅助冷却器组, 当油温下降到设定值时切除辅助组。
2 变频控制风扇电机运行模式
根据变压器运行的情况, 把变压器的负荷设置成2档:0<P<P1和P1≤P≤100% (P1=70%额定容量) , 变压器投入运行时首先由负荷判据确定投入的冷却器数量。顶层油温的定值设为3个档位, T1=正常运行2组冷却器投入时温度阀值、T2=辅助冷却器投入时温度阀值、T3=主变允许温度限值。
(1) 运行模式1:当 (0<P<P1) & (T<T1) 给变频器赋初值f1, 使之输出某一频率, 采集温度传感器设定值进行计算校正, 变换成电流信号输出到变频器, 使之按照相应的频率输出带动冷却器组风扇电机运行。在 (0, T1) 设定温度范围内, 变压器油温升高, 输入温度信号电流增大, 变频器输出频率逐渐上升, 风扇电机转速上升使冷却容量增大, 直到变压器油温降回到设定的T1范围内, 使变压器的损耗与散热功率达到线性平衡。反之, 若油温度下降, 变频器输出频率逐渐下调以降低风扇电机转速, 减小冷却容量, 控制油温在设定范围 (0, T1) 内。如此达成投运风扇电机未全速运行仍然可以使变压器正常运行时其顶层油温控制在某一个恒定范围内。
(2) 运行模式2:当 (0<P<P1) & (T1≤T<T2) 时辅助冷却器投入运转, 先将变频器输出频率降到最低, 在此冷却容量基础上根据温度电流信号给变频器赋初值f2, 使调节温度能够回到T1范围内, 在 (0, T2) 内调节方式和模式1一致, 在油温下降到正常运行阀值T1时, 辅助组冷却器退出, 退回至模式1
(3) 运行模式3:当 (0<P<P1) & (T2≤T<T3) 时备用冷却器亦投入运转, 在此冷却容量基础上根据温度电流信号给变频器赋初值f3, 使调节温度能够回到T 2范围内, 依次退回至模式2、模式1。
(4) 运行模式4:当P≥P1时, 退出风扇电机变频调速模式, 直至负荷回到0<P<P1。
3 变频控制风扇电机回路方案设计
基于以上考虑可在在每组冷却器分控箱电机的控制回路中加装一台变频器来控制该组两台风扇电机, 由变压器的油温变化作为控制信号来控制风扇电机的转速, 从而改变以往电动机投入后只能在工频状态下全速运行的状况, 达到在不降低散热效果的基础上延长风扇电机使用寿命及节能降噪的目的。
接线方式只是在分控箱风扇电机原动力控制电路部分略作改动, 即可达到由一台变频器控制两台风扇电机转速, 如图1所示。
通过KM1、KM2、KM3三个接触器控制实现变频与工频的切换, 在模式1、模式2、模式3运行情况下, KM1、KM2闭合, KM3断开风扇电机工作在变频调速模式。通过温度传感器取出温度信号, 转换成电流信号, 输出至变频器S端。温度高时, 电流信号大, 变频器的输出频率也大, 从而加快风扇电动机的转速。反之, 温度低时, 电流信号和变频器的输出频率都小, 使风扇电动机的转速减慢。在模式4或变频器故障情况下, 转入工频运行风扇电机全速运行, 以保证冷却器正常工作。
结语
本方案在保证变压器长期安全可靠运行的基础上, 可使变压器的损耗与散热功率达到一种平衡关系, 实现变压器冷却系统的最优控制。同时减少风扇电机不必要的频繁停用和全速运行, 降低冷却器风扇电机缺陷发生的几率, 延长电机的寿命, 检修工作量以及维护电动机的费用也会相应减少, 方便运行与维护。
参考文献
关键词：冷却塔；噪声特性；中心频率；防治措施；治理效果
1 引言
火力发电厂的建设选址，一般建设于较远的空阔城乡郊区。近年来，随着人民群众生活水平的提高的逐步提高以及环保意识的逐步增强，对生活周边的环境质量要求越来越高。双曲线自然通风冷却塔作为火力发电厂闭式循环冷却水系统的主要设备，其设备本身产生的噪声严重影响周边环境，是主要声污染源之一[1]。火力发电厂周边的城乡居民针对冷却塔淋水噪声影响也越来越重视，妥善处理冷却塔淋水噪声已逐步成为全社会的共识，相关职能部门已把火力发电厂自然通风冷却塔的淋水噪声列为必须进行治理的环保对象之一。
某一火力发电厂建设两台300MW级（2×350MW）燃煤供热机组，2座自然通风冷却塔平行于南厂界布置，且紧邻南厂界，距厂界最近距离约17米。南厂界东部外侧有村庄即敏感点，村庄紧邻南厂界，距南厂界最近距离约40m。冷却塔距长路村最近距离约120m。
2 冷却塔噪声源分析
2.1自然通风冷却塔的噪声主要是自由下落的水流冲击水面产生的淋水噪声（即水落到集水池时产生的声音），同时水滴在回收池、淋水板和支柱等表面冲击也产生冲击噪声。噪声通过冷却塔下部的进风口传出。整个过程是高处的冷却水在重力的作用下将势能转化为动能，当下落到与集水池里的水撞击时，其中一部分动能便转化为声能进行传播。声能的大小与淋水密度、水的降落高度成正比，也与塔内的通风速度有关，因为向上的气流会减小水滴的降落速度。冷却塔水落声的频谱特性与冷却塔集水池的水深有关，水池水越深，水落声的低频成分越强，噪声传得越远。
2.2自然通风冷却塔的噪声还包括喷嘴洒水到填料上的噪声和下落的水滴互相碰撞的声音等，但这都不是主要的噪声源，均较淋水噪声小得多。
2.3 其它噪声源
冷却塔的其他噪声还有空气进入冷却塔进行对流时产生的风声，这不是自然通风冷却塔的主要噪声源，声压级较小。
以上自然通风冷却塔各部位产生的各种噪声，绝大部分是从冷却塔进风口向外传播，从出口传出的噪声级很小，经自然衰减现象，可忽略。试验证明，所有的大型自然通风冷却塔的进风口处的噪声均接近84～85dBA，頻率范围为500—8000HZ，是显著的噪声源。
3 冷却塔噪声自然衰减特性
为调研自然通风冷却塔噪声自然衰减特性，针对该火力发电厂的冷却塔噪声进行现场实测，测点布置为：距冷却塔水池边缘1m、高度为1.5m为起点，每10米间距处布置一测试点，共布置10个测试点进行冷却塔单独运行时噪声测试（见图3-1），测试数据详见下表：
从以上实际测试数据表中可知，冷却塔噪声频率范围为500—8000HZ，峰值频率为4000HZ，LAeq值高达84dB（A）。前10m自然衰减值较大，共衰减8 dB（A）；从10m位置开始，每增加10m噪声自然衰减值几乎为1 dB（A）。其缘由为：在某同一空间环境状态下，声音传播的距离越远，其频谱传播特性越接近于稳性状态，穿透力更强，衰减的可能性更小。
4噪声治理措施
针对该冷却塔的实际情况，所采取的治理措施为：（1）沿东侧冷却塔东南侧、南侧圆周方向设置LC-I型通风消声装置，包络范围为150度。（2）沿西侧冷却塔东南侧、南侧圆周方向设置LC-I型通风消声装置，包络范围为120度。消声装置高度为9米，消声量不小于20dB（A）。
为保证极限温冷却塔的工作效率，消声片设计成易于拆卸式和角度可调式，导流尖为弧形，吸声隔声顶板为可拆卸性（如图所示）。
5治理效果实测与评价
针对冷却塔进行安装消声装置的治理措施后，经于消声装置内外侧布置测点进行实测可知，冷却塔的噪声可得到较大的改善。消声装置的降噪量见下表：
通过声学理论计算、计算机声学软件模拟、工程经验修正，冷却塔噪声治理前、后影响预测分析结果见下图：
图5-1 1.5m高度冷却塔噪声治理前、后影响预测分布图
6结论
经过以上针对冷却塔噪声的衰减特性及治理措施效果分析可知：（1）火力发电厂的选址建设需远离城乡和村庄生活区域，距离越远产生的噪声影响即越小；（2）可采取相应的消声通风装置进行冷却塔噪声降噪处理。可根据工程的实际情况，采取相应的消声通风装置进行降噪处理。
参考文献：
[1]吕玉恒，黄平，潘捷等.特大型双曲线自然通风冷却塔噪声治理设计及效果[A].华东电力，2004.
[2]马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京：机械工业出版社.2002
[3]顾文卿.最新冷却塔设计、施工新工艺新技术与运行维护检修及质量检验标准规范实用手册.中国科技文化出版社.2007
渗漏原因：水池出现的裂缝多为竖向，在长方向框架柱两侧，结构裂缝渗漏。
裂缝原因分析：水池长方向长度超过20m，为一次浇筑成型；拆模后对池壁砼养护不足，致使砼强度不够；紧固模板对拉螺栓的止水板焊接不严，发生渗漏；施工过程中框架柱荷载传递，与池壁连接处受剪力影响，产生裂缝渗漏。2 堵漏方法
为防止释放应力，所以先在裂缝处做好标记，剔凿完就接着处理，避免V形槽暴露时间过长，加速剪力作用。其他竖向细窄的裂纹也进行补救加固，避免其他薄弱环节再出现新的裂纹。1.处理方法，对裂纹按温度变形缝处理，先定准池壁里侧需堵漏的位置, 对确定下来的位置用粉笔圈上范围。为了防止所定位置出现大的偏差,防止局部窜水现象,即外侧漏水点和内侧出水点不在同一垂直池壁的位置上,在圈定堵漏范围时,应大于池壁外侧实际湿润面积的1.2~2 倍。
选用堵漏灵,产品02 型主要用于池壁表面渗流和湿润的处理, 03型主要用于孔洞射水的急流堵漏。选用刮压法进行堵漏,在里外侧同时进行。先用凿子沿裂缝扩边,宽度在4cm~6cm ,深度为3cm~4cm ,如果接搓处混凝土强度不好,还应适当加大扩边尺寸,同时在裂缝处剔出V沟槽,扩边后用钢丝刷将表面松散杂物清掉,然后洒水湿润。剔凿沟槽使用快凿，避免对周边混凝土造成松动。操作者首先用钢丝刷对拟处理范围内的池体表面进行清理, 使混凝土表面洁净, 无污物和松散表皮, 然后洒水湿润。
对拉螺栓处渗漏的处理:先在池子里侧将对拉螺栓的根部凿出小坑窝,直径在50mm~60mm ,深度约为30mm ,用钢丝刷清理表皮后,再用水湿润,然后用搅拌好的03型堵漏灵(干稠一些)用力压入窝内,反复压实,待1h后,再用02型堵漏灵在其表面范围刮压二层。
对裂缝处，一次刮压(采用胶板刮子)。刮压时务必使02 型堵漏剂紧密地与池壁混凝土结合,特别是池体表面麻面或凹凸不平时, 更要耐心细致,防止漏刮。第1 遍刮完后等待1 夜,第2 天再刮压第2层,每层都要刮压至少3遍,以确保质量。第2层刮压后隔夜就应喷水养护,保持表面湿润,养护3天后其强度就可达到使用要求。
对于池体表面无明显裂缝且渗漏不严重的可按前述的刮压法处理。池体表面混凝土因结合不良而出现明显裂缝的处理办法为:先用凿子沿裂缝扩边,宽度在4cm~6cm ,深度为3cm~4cm ,如果接搓处混凝土强度不好,还应适当加大扩边尺寸,同时在裂缝处剔出沟槽,扩边后用钢丝刷将表面松散杂物清掉,然后洒水湿润。为增强界面结合能力,先在扩边范围内满刷一遍02型堵漏灵,隔24h后,用03型堵漏灵在剔好的沟槽内用手堵严压实。外侧找平采用防水砂浆,最后还要在防水砂浆上刮压二层02型堵漏灵, 并洒水养护3 d。
变冷却器控制系统
王浩，讲稿分类：运行专业 基本功能
机组调速器油压装置控制系统能实现压油装置油泵的自动启/停和自动补气功能。盘型阀油压装置控制系统能实现压油装置油泵的自动启/停。主变冷却器控制系统能完成三台单相变冷却器及相关附属设备的自动和手动控制。各辅机控制系统组成及控制原理
2.1 机组调速器油压装置控制系统
2.1.1 系统组成
官地水电站调速器油压装置控制系统共有4套，每套有2个动力屏和1个控制屏，屏柜安装在水轮机层机礅旁。布置图如下：
图1 调速器油压装置控制系统屏柜布置图 调速器油压装置采用PLC控制，控制对象包括2台110kW大油泵、1台22kW小油泵、3个油泵出口组合阀和自动补气装置。
调速器油压装置控制系统有2回AC 380V电源和1回DC 220V电源。2回AC 380V电源分别取自机旁动力盘Ⅰ、Ⅱ段。大泵采用一回AC 380V作为动力电源，小泵采用双电源供电，两路电源分别取自两回主交流电源进线，通过配置的双电源切换开关，实现双路电源的自动投切。2台大泵的C相为开关电源装置PS1提供两路220V交流电源（互为备用），DC 220V为开关电源装置PS2提供一路直流电源，开关电源输出两路24V直流电供PLC使用。
控制柜内装有满足调速器油压装置控制所需的所有控制、保护设备和电机启动设备，主要包括自动空气开关、电动机软启动器、双电源切换开关、AC220V/DC24V开关电源、DC220V/DC24V开关电源、PLC、继电器、防雷设备、模拟信号隔离器、指示灯、操作控制开关等设备。
现地控制屏装有10.4”彩色液晶（触摸）显示屏，显示设备运行状态信号，各种报警信号，各模拟量实测值（压力油罐的油位值和油压值、回油箱的油位值），电机的运行时间和动作次数。现地控制屏上还设有运行状态监视灯，监视设备运行状态、主要报警信号等。2.1.2 控制方式及作用
调速器油压装置控制系统的现地手动、自动控制方式选择切换开关设在现地柜上；切换开关设有“自动”、“切除”、“手动”三档。将控制方式选择切换开关置于“自动”控制方式时，调速器油压装置控制系统按照PLC程序自动控制相关控制对象的启/停。正常运行情况下，各控制对象均设置在“自动”控制方式。当切换开关设置于“切除”位置时，相应控制对象退出运行。将控制方式选择切换开关置于“手动”运行时，在现地控制柜上通过按钮直接启/停油泵，并闭锁自动控制命令的输出。
PLC根据压力油罐的油压完成三台油泵的启/停控制。当油罐油压低于工作泵启动压力时（主油泵启动压力5.8MPa，辅助油泵启动压力6.1MPa），自动启动工作泵；若压力继续降低至备用泵启泵压力（5.5MPa）或检测到工作泵故障时，发出油泵故障报警，并自动启动备用油泵；当油压降低到事故低油压整定值5.0MPa时，压力开关动作，压力开关空接点作用于发电机停机回路，启动紧急落门停机流程并报警；当油压恢复到正常油压6.3MPa时，停止工作油泵和备用油泵，如油泵或PLC故障，不能按要求停止油泵运行，油压继续上升到油压过高整定值6.5MPa时，发出油压过高报警信号。
每台油泵启动时，油泵出口组合阀内的先导电磁阀带电，使得油泵出口油直接回到回油箱，实现空载启动，延时后先导电磁阀失电，油泵电机出口建压完成。当油泵操作切换开关置于“手动”控制方式时，可通过按钮手动直接启/停油泵。当某台油泵故障时，应将其切换开关置于“切除”位置，拉开对应主回路开关。
当压力罐油位上升至上限并且油压低于额定值时，打开自动补气阀向压力罐补气。当压力罐油压上升至额定值以上或油位降低至下限，则自动补气阀关闭，停止补气。补气开始压力6.0MPa，补气停止压力6.3MPa。
现地控制屏通过MB+口与计算机监控系统通信，将切换开关位置状态、电机运行状态和故障报警信号（包括电机故障、PLC故障、软启动器故障、电源故障、传感器故障、主/备切换等）以及各模拟量实测值，以及泵的运行时间和动作次数的统计结果通过MB+口上送计算机监控系统。事故低油压采用两只压力开关独立上送。2.1.3 控制原理
调速器#1油泵电机控制系统图：
图2 调速器油压装置控制系统#1油泵电机回路图
当1SA切至自动时，接点1、2接通，-1KA2在软启动器无故障时是闭合的，当PLC控制的-K1触点接通时，-1KA线圈得电，-1KA触点接通，使得-1KM线圈得电，1KM触点闭合，1KA1线圈得电，接触器控制的主回路接通，实现油泵电机的自动启动，1KM触点闭合，油泵出口组合阀内的先导电磁阀带电，使得油泵出口油直接回到回油箱，实现空载启动，延时后先导电磁阀失电，油泵电机出口建压完成；当1SA切至手动时，接点3、4接通，-1KA2在软启动器无故障时是闭合的，按下-SB11按钮时，-1KA线圈得电，软启动器回路中的-1KA触点接通，同时自保持回路中的-1KA触点接通，实现油泵电机的手动启动。2.1.4 运行注意事项
3.1.4.1 控制屏上的复归按钮短按复归报警信号，长按恢复出厂设置。3.1.4.2 回油箱有油混水监测装置。
3.1.4.3 事故低油压发停机信号，极低油位不停机。
3.1.4.4 控制系统检修时PLC仅靠一块电池供电，如电池无电将造成程序丢失。2.1.5 常见运行操作
3.1.5.1 将控制把手切至手动时，按下启动/停止按钮可对油泵进行启停操作。3.1.5.2 短按复归按钮可对报警信号进行复归。
3.1.5.3 控制系统检修时，检查油泵停止后，将3个油泵控制把手切至切除，将动力屏内的双电源转换开关切至“断电O”位置，拉开机旁盘上两个动力电源开关，拉至检修位置，拉开机旁直流馈电屏调速器油压装置控制系统电源开关。2.2 盘型阀油压装置控制系统 2.2.1 系统组成
官地水电站盘型阀油压装置设置了一套自动控制系统，采用PLC控制，控制对象为2台22kW油泵，能完成油压装置的现地自动和手动控制及电机保护。
盘型阀油压装置控制系统有2回AC 380V电源和1回DC 220V电源。每台泵采用一回AC 380V作为动力电源，电机采用常规电磁式启动。2台泵的C相为开关电源装置PS1提供两路220V交流电源（互为备用），DC 220V为开关电源装置PS2提供一路直流电源，开关电源输出两路24V直流电供PLC使用。
控制柜内装设满足油压装置控制所需的所有控制、保护设备，主要包括自动空气开关、接触器、热继电器、开关电源、PLC、继电器、防雷设备、模拟信号隔离器、指示灯、操作控制开关等。
现地控制屏装有10.4”彩色液晶（触摸）显示屏，显示设备运行状态信号，各种报警信号，各模拟量实测值（压力油罐的油位值和油压值、回油箱的油位值），电机的运行时间和动作次数。现地控制屏上还设有运行状态监视灯，监视设备运行状态、主要报警信号等。2.2.2 控制方式及作用
盘型阀油压装置控制系统的现地手动、自动控制方式选择切换开关设在现地柜上；切换开关设有“自动”、“切除”、“手动”三档。将控制方式选择切换开关置于“自动”控制方式时，盘型阀油压装置控制系统按照PLC程序自动控制相关控制对象的启/停。当切换开关设置于“切除”位置时，相应控制对象退出运行。将控制方式选择切换开关置于“手动”运行时，在现地控制柜上通过按钮直接启/停油泵、开/关组合阀。
PLC通过油罐压力开关和油罐压力变送器来控制油泵电机的启动和停止。当油罐油压低于工作泵启动压力时，自动启动工作泵；若压力继续降低至备用泵启泵压力或检测到工作泵故障时，应发出油泵故障报警，并自动启动备用油泵；当油压继续降低到低油压报警整定值时，发出油压过低报警信号；当油压恢复到正常油压时，停止工作油泵和备用油泵，如油泵或PLC故障，不能按要求停止油泵运行，油压继续上升到油压过高整定值时，发出油压过高报警信号。当回油箱液位降低至低液位时（现场整定）自动停泵并发液位低报警，回油箱液位过高时发液位过高报警信号。
现地控制屏通过MB+口与计算机监控系统通信，将切换开关位置状态、电机运行状态和故障报警信号（包括电机故障、PLC故障、电源故障、传感器故障、主/备切换等）以及各模拟量实测值，以及泵的运行时间和动作次数的统计结果通过MB+口上送计算机监控系统。
2.2.3 控制原理
盘型阀#1油泵电机控制系统图：
图3 盘型阀油压装置控制系统#1油泵电机回路图 当1SA切至自动时，接点1、2接通，当PLC控制的-K1触点接通时，-1KA线圈得电，-1KA触点接通，使得-KM1线圈得电，-KM1触点闭合，接触器控制的主回路接通，实现油泵电机的自动启动，同时1KM线圈得电，1KM触点闭合，油泵出口组合阀内的先导电磁阀带电，使得油泵出口油直接回到回油箱，实现空载启动，延时后先导电磁阀失电，油泵电机出口建压完成；当1SA切至手动时，接点3、4接通，按下-SB11按钮时，-1KM线圈得电，自保持回路中的-1KM触点接通，接触器控制的主回路接通，同时1KM线圈得电，1KM触点闭合，油泵出口组合阀内的先导电磁阀带电，使得油泵出口油直接回到回油箱，实现空载启动，延时后先导电磁阀失电，油泵电机出口建压完成。2.2.4 运行注意事项
2.2.4.1 控制屏上的复归按钮短按复归报警信号，长按恢复出厂设置。2.2.4.2 盘型阀油压装置控制系统没有自动补气功能。2.2.4.3 根据与设计沟通，正常时自动控制方式不投入。
2.2.4.4 控制系统检修时PLC仅靠一块电池供电，如电池无电将造成程序丢失。2.2.5 常见运行操作
3.2.5.1 将控制把手切至手动时，按下启动/停止按钮可对油泵进行启停操作。3.2.5.2 短按复归按钮可对报警信号进行复归。
3.2.5.3 控制系统检修时，检查盘型阀压油装置已泄压排油，补气装置已退出，检查油泵停止后，将2个油泵控制把手切至切除，拉开油泵动力电源开关，拉至检修位置，拉开控制系统直流电源开关。2.3 主变冷却器控制系统 2.3.1 系统组成
官地水电站主变冷却器控制系统共有4套，每套有1个动力屏和1个控制屏。控制对象为主变冷却器油泵A、B、C 3相，每相各4台，共12台。主变冷却器控制系统能完成每个机组段内三套主变冷却器及相关附属设备的自动和手动控制以及电机的保护，确保主变压器的正常运行。
盘柜布置图如下：
图4 盘型阀油压装置控制系统屏柜布置图 主变冷却器的动力电源采用AC 380V双电源供电，柜内配置双电源切换开关，实现主回路失电时自动投入备用电源回路的功能。主变冷却器控制系统动力柜#1电源取自相应的机旁动力盘Ⅰ段，#2电源取自机旁动力盘Ⅱ段；控制柜有1路AC 220V电源，1路DC 220V电源。DC 220V电源取自主变洞直流母线。
柜内装有满足主变冷却器所需的所有控制、保护设备，主要包括自动空气开关、双电源切换开关、开关电源、PLC、接触器、热继电器、继电器、电流变送器（主变高压侧CT信号）、电压变送器（主变低压侧母线PT信号）、防雷设备、模拟量信号隔离器、指示灯、操作控制开关等设备。
现地控制屏装设10.4”彩色液晶（触摸）显示屏，显示设备运行状态信号，各种报警信号，各模拟量实测值（如总管压力、主变低压侧电压、主变运行负荷等），电机的运行时间和动作次数，以及进行设定和修改整定值。2.3.2 控制方式及作用
控制方式分为自动、切除、手动，控制方式选择切换开关设在控制屏上，控制方式选择切换开关置于“自动”控制方式时，主变冷却器随主变的状态自动投切，即主变运行时投入主变冷却器，主变停运时退出主变冷却器。控制方式选择切换开关置于“手动”时，在现地控制柜上通过启/停切换开关投切主变冷却器。
PLC能自动统计每台冷却器的运行时间和启动次数，正常情况下，冷却器均设置为“自动”控制方式，并根据运行时间或启动次数在启停冷却器过程中自动轮换工作和备用冷却器，实现4台冷却器互为备用的功能，并且当工作方式自动切换时，自动发出信号。
现地控制屏通过MB+口与计算机监控系统通信，将切换开关位置状态、电机运行状态和故障报警信号（包括电机故障、PLC故障、电源故障、传感器故障、主/备切换等）以及各模拟量实测值，以及泵的运行时间和动作次数的统计结果通过MB+口上送计算机监控系统。主变共设两只油面温度计及一只绕组温度计，控制屏只采集每只温度计中的模拟量信号和两个控制接点开关，报警接点及跳闸接点信号由主变端子箱直接接至LCU。2.3.3 控制原理
当主变带电时自动投入一台冷却器运行。每台变压器的4个油泵电机根据主变油温信号自动投退。当主变油温达到45℃时或监测到主变带电后自动投入主用油泵；主变油温达到55℃时，自动投入辅助油泵；油温继续上升至65℃或主变负荷超过设定值并经延时，则投入备用油泵，并同时报警，发主变油温过高告警信号；油温降低至55℃以下或主变负荷低于设定值并经延时，自动退出备用油泵和辅助油泵；当主变退出运行后，所有冷却器自动退出运行；当工作冷却器出现故障时，包括油流中断、水流中断、泄漏、油泵电机故障，经延时如故障仍未解除，切除故障冷却器，自动投入备用冷却器运行。其中油流中断、水流中断、泄露延时60s，油泵电机故障延时200ms。变压器带电出现冷却器全停故障或两台以上冷却器故障时延时5s发冷却器故障信号；冷却器全停20分钟后若油温达75℃，立即发事故跳闸信号；冷却器全停60分钟后不论主变油温多少，直接发事故跳闸信号。2.3.4 运行注意事项
2.3.4.1 控制屏上的复归按钮短按复归报警信号，长按恢复出厂设置。
2.3.4.2 控制系统检修时PLC仅靠一块电池供电，如电池无电将造成程序丢失。2.3.4.3 SA控制把手控制全部泵运行方式。
2.3.5 常见运行操作
2.3.4.4 将控制把手切至手动时，操作启动/停止切换开关可对油泵进行启停操作。2.3.4.5 控制系统检修时，将控制把手切至切除，将动力屏内的双电源转换开关切至“断电O”位置，拉开机旁盘两个动力电源开关，拉至检修位置，拉开控制系统直流电源开关。
参考资料：
1，中鼎辅机控制设备原理接线图。
转炉炼钢法在现代钢铁冶炼中具有重要的地位和作用。在转炉炼钢法中, 对转炉炉体冷却水温度的控制有着较高的要求, 如果冷却水温度达不到要求会使得降温效果不佳甚至会导致安全生产事故, 所以对转炉冷却水温度的控制有着重要的意义。
在转炉的冷却塔塔体内分布有相关的填料, 布水器固定在塔内填料上端, 通过水泵把高温水输送到布水器, 使水均匀的喷洒于塔内填料上, 通过冷却塔内的扇风机, 对冷却水形成一定量的冷却风对水进行冷却, 从而使水的温度得到一定程度的降低。
本文针对转炉冷却塔的温度控制系统设计了一套基于复合控制和微分先行PID算法的温度控制策略。使系统可以快速相应扰动而不对系统的稳定性造成影响。使系统高效、稳定的运行。
1 复合控制策略
在工程应用中反馈校正是常用的校正策略。但是如果当系统存在较大波动系统难以满足所需的稳态精度和响应速度。因此, 为了减少系统的稳态误差, 在系统的输入回路中加入前馈通道组成一个前馈———反馈复合控制系统, 可以极大的减小系统波动造成的稳态误差。
在冷却塔水温控制系统中, 当流经转炉的冷却水通过水泵送到冷却塔顶时, 若出现冷却水温度波动较大的情况则在冷却过程中若扇风机依然保持原本的转速很难实现水温的有效下降, 进而可能给后续生产造成影响。因此, 为避免这种情况的出现本文采用了前馈控制策略, 由于系统的被控对象为冷却水的温度而主要降温措施为通过增加扇风机的扇风量达到降低水温的目的, 故而在本系统中应采用按输入补偿的负荷控制策略进行设计。首先在冷却塔的入水口加装相应的水温传感器, 当水温变化幅度较大时, 则前馈控制器产生相应的作用, 通过变频器控制扇风机加大转速或开起第二台、第三台扇风机以加大送风量, 使水温在冷却塔中得到有效的降低。其控制结构如图1:
R (s) 为系统输入量Gr (s) 为前馈控制器传递函数, G1 (s) 为前向通路控制器的传递函数, G2 (s) 则为被控对象扇风机的传递函数
此时, 系统是输出量为:
于是可得系统的误差传递函数为:
等效系统的误差传递函数为:
由此前馈控制器的全补偿传递函数应为:
由于在实际工程应用中完全实现前馈的全补偿条件在物理上是很难实现的, 故而在控制参数整定时, 通常采用部分补偿, 使系统误差减小的允许的范围内。这样既可以保证有效保证系统的正常运行也可以有效降低水温大范围波动对出水温度的影响。使得冷却系统可以输出水温符合要求的冷却水。
2 微分先行PID控制算法
在本文中由于由于在冷却塔内冷却水要通过填料, 使扇风机有时间降低水温, 故而该系统为典型的时滞型系统。
由于本系统中冷却水通过填料下渗的过程是一个纯滞后的过程, 使得传统的反馈控制不能有效、及时的控制出水温度的变化。又由于在实际工程应用中前馈控制的实现仅是以能满足跟踪精度要求的部分补偿条件, 因此当水温波动较大时, 会使得输出水温不符合要求且整个系统需要很长的时间进行震荡调节。
因此对于此类带有滞后过程的控制系统若尽尽采用前述的前馈控制方案并不完善, 需要采用基于微分先行的PID控制算法加以完善优化。
在PID控制系统中, 微分的作用就是可以按照被控参数的变化速度来校正被控量的偏差, 由于在传统的PID算法微分环节并不是真正对被控参数的变化起到校正的目的, 而仅仅是对输入量和输出量的差值进行了微分运算, 因此对客服大滞后系统中超调的作用效果并不是很好。而如果采用如图2所示的微分先行的控制方法将会有效的提高克服超调的作用。
由图2可知系统的闭环传递函数为:
较普通PID闭环传递函数:
由式 (5) 、 (6) 可以推出由于微分先行PID算法和PID控制算法的特征方程是相同的。但由于微分先行比PID少一个零点, 即:, 所以由控制理论的原理可以得出微分先行PID算法要比PID控制算法所产生的超调量小, 使系统输出更加稳定。
微分先行PID控制算法和普通PID控制算法对方波信号的响应波形如图3、4所示:
由图3和图4可以清楚的得出在采用微分先行的PID算法后, 系统的相应速度和精度有了很大的提高。
因为在本系统中控制器的主要作用是控制扇风机的转速和投入工作的扇风机的数量, 故而当出水温度不符合设定温度的情况出现时, 系统会马上调整变频器的输出参数, 使得扇风机根据控制策略做出快速反应加大或减小扇风量, 以保证在填料中仍未渗出的冷却水进行快速降温, 并按照设定值进行输出。
3 总结
由于系统采用复合控制策略, 且在反馈控制回路中使用了微分先行的PID控制算法。但由于在冷却塔中为了保证冷却水的有效循环, 本文并没有对冷却水的流速和压力进行控制, 而是通过将两种算中控制策略叠加于系统的降温扇风机, 通过控制器调节变频器的工作, 实现对水温控制的目的。
参考文献
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关键词发动机冷却系统；智能控制技术
中图分类号U464.138文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)012-0192-01
近十几年来，汽车电子信息化的普及应用是汽车工业最大的成绩。汽车的技术的动力性、安全性、可靠性、经济性、舒适性和环保性都有大大的提高。汽车发动机冷却系统智能化控制也是在这一背景下实现的。
在新疆吐哈油田的千里戈壁，夏季高温天气持续时间长，地表温度最高达到50多度，在此恶劣的天气下，汽车冷却系统的正常运转，就显得尤为重要，这也是汽车发动机正常工作的必然前提。汽车的冷却系统绝大部分采用含有添加剂的水作为冷却介质，通过循环运动以及散热器对工作中的发动机进行散热。因此，研究汽車发动机冷却系统智能控制技术具有重要的意义。
1汽车发动机冷却系统智能控制的研究意义
传统的发动机冷却系统结构简单，冷却效率较低，属于被动式的。传统的冷却液大小循环的路线是由节温器控制的，其节流损失大，工作效率低、不可靠，不能根据发动机的散热要求对冷却系统的散热能力进行调节，并且人为控制保温帘，从而改变散热器的通风量，冷却风扇是由发动机的曲轴直接驱动的，冷却性能随发动机的转速的变化而变化，满足不了实际散热要求。
2车用传感器
为了使汽车的发动机处于最佳的工作状态，分别利用空气流量传感器和压力传感器测量冷却汽缸体的空气流量和压力，结合温度传感器测得的冷却水温、汽缸周围温度等参数计算冷却液的动态流量，然后通过相应的传感器检测气门的开度和发动机实时的工作状况，进而调整控制冷却水的大小。
1）车用热线式气体流量传感器。气体流量传感器是安装在空气滤清器和节气门体之间，用于汽车喷油系统中，测量发动机吸入空气量的多少，决定射油量的参数。
2）温度传感器。实时的监测发动机进气、冷却液、燃油、排气等温度，是保证电子控制系统能够精确控制发动机的工作参数的前提。温度传感器按结构可分为热敏、金属膜、金属沫、碳沫等电阻式。热敏电阻式温度传感器具有响应特性好、结构简单、灵敏度高、成本低廉等方面的突出优点，在汽车电子控制系统中得以较为广泛应用。该传感器的特性曲线如图1所示：
图1热敏电阻式温度传感器
3）转速传感器。车速传感器可：测量差速从动轴转动、车轮旋转、测量动力传动轴转动等。光电速度传感器是反射型的光电开关，前端采用光纤封装，适应微小旋转体的测量。光电式传感器结构见图如图2所示：
图2光电式传感器结构
3智能系统硬件设计
1）设计要求。由于汽车运行过程中会产生一系列的反应，如热辐射，强烈的振动，以及电磁于扰，所以对该系统电路有特殊要求：①电路要具有抗振性，保证系统整体的可靠稳定性；②电路需要防护隔离措施，使其具有抗干扰性。
2）系统组成及其硬件设计。汽车发动机冷却系统智能系统由电控节温器、电控冷却风扇、微控制机构、电控导风板等部件组成。机智能控制系统电路原理如图3所示：主要包括微控制器、电源电路、模数转换电路、监控及复位电路和控制驱动电路。
图3智能控制系统电路原理图示
4结论和展望
预计未来智能化、不拆修发动机设计在恒温罩内，可通过高精度的测温，控温装置，可实现十分比和百分比的测温精度。利用这些恒温装置和测温装置，可使发动机在整个使用过程中，工作温度控制在最佳范围内，实现不同温度下工作转速和输出功率的最佳对应关系，最终保证发动机在任何大气环境条件下都能处于最佳工作状态。先进的智能控制手段能有效地控制发动机的运行、监测，从而真正体现出绿色环保发动机的使用意义。
参考文献
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安徽淮南田集发电厂二期工程2台660 MW超超临界机组采用了德国GEA公司逆流式自然通风冷却塔控制技术。由于它采用独特的内部设计结构和与之相配套的控制方案, 能有效地解决冷却塔在冬季运行时的结冰问题, 同时也能提高机组发电效率。
但德国GEA公司设计的控制策略存在一些不足:a) 闸板阀二位制控制方式在投用后, 冷却塔出水温度就会不稳定, 出现锯齿形变化趋势, 这种设计方式会威胁机组的安全运行;b) 原控制系统存在四种运行方式, 夏季启动、夏季运行、冬季启动、冬季运行, 但原设计中未考虑不同运行方式的无扰切换, 冷却塔出口温度设定值在不同环境温度条件下需要运行人员进行手动设定, 增加了运行人员的工作量, 冷却塔的控制不能实现全程控制;c) 由于冷却塔冷却水温度的控制存在大惯性、大滞后问题[1,2]使常规控制策略难于投入, 自动且控制效果较差, 需要采用先进的控制策略[3]。
1 GEA冷却塔系统概述
1.1 主体部分
GEA冷却塔主体部分主要由以下十部分组成:挡风墙;进风口;填料格栅;壳顶圆形走道;进水管;竖井和布水槽;冷却填料;布水系统;收水系统;化冰管。
1.2 不锈钢闸板阀
不锈钢闸板阀主要由门框、门体、楔紧装置、密封面等部件组成, 不锈钢闸板阀由启闭机带动启闭螺母传动, 在螺杆螺纹作用下使螺杆带动闸板门体上下运行, 达到截断或疏通水流作用。启闭机主要由一体化电动执行机构、机座、护罩等部件组成, 可以手动、电动两种方法对其进行操作控制。
1.3 防冻及分区系统
防冻系统主要由环形防冻管、闸板阀等组成。分区系统主要有布水系统将冷却塔内部分割成6个分区, 每个分区有各自独立的闸板阀。
1.4 仪表
每台冷却塔在每个分区的冷却填料下部都安装一对PT100温度计, 对冷却塔出水温度进行测量, 以对闸板阀进行操作, 达到冷却塔分区及防冻系统运行的目的, 保证冷却塔在各个工况下安全运行。
1.5 GEA冷却塔运行原理
在填料层下部、进风口上部的壳体内壁沿圆周方向安装FRP防冻管, 防冻管与主布水槽直接连接。在冬季气温较低时开启防冻系统, 在进风口处形成一道热水水帘, 可有效地防止冷却塔进风口结冰, 提高冷却塔在冬季运行的安全性[4,5]。
2 GEA冷却塔控制策略分析与改进
2.1 冷却塔闸板阀控制
采用模拟量0%~100%的平滑连续调节控制方式, 解决冷却塔出水温度锯齿形变化的问题, 得到德国专家认可并采纳。
2.2 冷却塔控制模式
GEA冷却塔的闸板阀控制有四种模式:冬季启动、冬季运行、夏季启动及夏季运行。在冬季启动及运行时, 是按照一定顺序分别对6个分区闸板阀及2个防冻闸板阀进行优化设计控制;而在夏季启动及运行时就非常简单, 只是6个分区闸板阀全开, 2个防冻闸板阀全关。
2.2.1 冬季启动及运行
冷却塔的闸板阀在冬季启动过程中是按顺序执行的, 6个分区的闸板阀及2个防冻管的闸板阀从全关开始, 开式循环水进入冷却塔后通过溢流口旁路流入冷水池而不经过填料及雨区, 冷却塔进水温度会逐步升高。当进水温度≥+25℃, 则开启防冻管DIP1、DIP2的闸板阀, 约有18%的水量通过防冻管传送并冷却;如果在延时30 min里进水温度≥+50℃, 则还需开启外围区闸板阀PA4;如果在延时30 min里进水温度<+50℃, 则关闭外围区闸板阀PA4;如果在延时30 min里进水温度<+25℃, 则还需关闭防冻管DIP1、DIP2的闸板阀, 冷却塔的进水将重新切换到溢流口旁路直接流入冷水池而不经过填料及雨区, 冬季启动程序重新开始。当延时30min里冷却塔的进水温度保持在≥+25℃与<+50℃之间, 则冬季启动过程结束, 进入冬季运行状态。此时, 冷却塔的6个分区闸板阀及2个防冻管闸板阀根据冷却塔的出水温度按顺序排列并进行调节。当出水温度高时, 需增大布水量, 依顺序逐步开闭闸板阀, 即 (DIP1-DIP2同时开) 、PA4、PA3、PA2、PA1, CA2、CA1、关闭 (DIP1-DIP2同时关) ;反之则依反方向顺序逐步开闭闸板阀, 直到冷却塔出水温度基本等于设定值时, 控制系统处于稳定的可控状态。
然而冷却塔的进出水温差一般最大下降约15℃左右, 如果进水温度在启动过程中达到50℃, 出水温度也能有35℃左右, 这样会造成机组发电效率下降, 煤耗增加, 不利于节能。
将冷却塔冬季启动及运行设计成连续的全程控制, 在保证冷却塔不结冰的前提下, 将环境温度、机组负荷与冷却塔出水温度启动阀值Tossp建立函数关系, 函数关系如式 (1) 。在启动过程中出水温度是个升温的过程, 若出水温度≥Tossp, 则冬季启动过程结束转为冬季运行的自动模式, 这是一个不间断的连续全程控制过程。
式 (1) 中, Tossp为冷却塔启动出水温度阀值设定, Tair为环境温度, ℃;C为常数, MWD为机组负荷, MW;f (MWD) 为机组负荷的函数。
2.2.2 夏季启动及运行
冷却塔在夏季启动及运行的全程控制相对较简单, 6个分区闸板阀始终全开, 2个防冻管闸板阀始终全关, 在冷却塔进风口处没有形成一道热水水帘, 这样冷却塔就具有良好的通风环境条件, 冷却效率最高。
2.3 冷却塔出水温度设定值
从冷却塔在冬季运行的大量数据得知, 冷却塔出水温度的设定值是V字形非线性状的, 将原设定值改为三个区间且为自动设定。区间一, 在冷却塔填料结冰临界点所对应的临界环境温度t0以下 (本厂为-3℃) , 控制冷却塔出水温度的设定值随环境温度降低而升高。区间二, 环境温度tair在t0≤tair≤4.5℃之间, 设定值随环境温度升高而升高。在这个区间内, 冷却塔是不会结冰的。区间三, 环境温度tair>4.5℃时, 为夏季运行模式, 设定值表达式为下式 (2) :
在环境温度tair≤4.5℃的区间下, 冷却塔出水温度的设定值并非越高越好, 要考虑凝汽器真空问题。如果冷却塔出水温度过高, 凝汽器真空度就会下降, 发电煤耗会增加, 不利于节能减排。
3 大滞后预测复合优化控制
3.1 控制对象分析
机组运行需用大量开式循环水来供给凝汽器和辅助机械冷却, 而水的比热容量较大, 其间的管路又较长, 所以, 此热循环过程是个大惯性、大滞后的被控对象。通过一个闸板阀从全关到全开的扰动试验, 结果证明冷却塔的出水温度存在大约30 min的纯滞后。另外, 冷却塔的出水温度主要受地域环境温度、湿度、风力及发电机负荷等相关参数的影响。
3.2 预测复合优化控制策略
对于这样一个特大惯性、滞后的被控制对象, 采用以下特殊控制法技术加以解决。将冷却塔的6个分区闸板阀及2个防冻管闸板阀作为一个整体, 按照一定的调节顺序排列, 控制被调量淋水区域水量的大小, 控制出水温度。
4 结语
德国GEA冷却塔原控制系统设计中存在一些不足, 针对存在的问题, 通过采用相应合适的控制策略, 改善了冷却塔出水温度的控制品质, 通过合理的出水温度自动设定可以实现不同模式的无扰切换全程控制, 采用预测控制思想, 利用未来的冷却塔出水温度预测值结合非线性PID与前馈策略控制出水温度, 能够解决被控对象的大滞后问题, 为同类型冷却塔的控制系统的设计提供了重要参考。
摘要：对德国GEA公司逆流式自然通风冷却塔控制技术中存在的问题进行了研究, 提出了改进措施, 首先针对二位制运行闸板阀会造成冷却塔出水温度呈锯齿形变化, 导致发电效率下降, 煤耗增加, 经济性较差的问题, 将原二位制运行闸板阀控制方式改为连续型调节方式;其次为了实现冷却塔的全程自动控制将冷却塔出水温度设定值改为自动调整;最后为了解决冷却塔冷却水温度控制中存在的大滞后、大惯性问题, 采用带死区的前馈PID策略并结合预测控制思想, 通过上述的改进, 可以实现冷却塔节能优化全程控制, 降低发电煤耗, 提高机组运行的可靠性、经济性和安全性。
关键词：GEA冷却塔,发电厂,防冻,闸板阀,全程控制,经济性
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