空壓系統在線(xiàn)節能診斷技術(shù)服務(wù)示范項目

一、 云南省計量測試技術(shù)研究院簡(jiǎn)介

云南省計量測試技術(shù)研究院隸屬于云南省市場(chǎng)監督管理局，是省級國家法定計量技術(shù)機構、省級科研單位。目前，該院已建立云南省各等級社會(huì )公用計量標準189項。該院先后承擔國家級重大科研項目、云南省科技攻關(guān)項目26項，獲國家和省部科技進(jìn)步獎43項。尤其是，1999年該院“強功率交、直流電能在線(xiàn)綜合測試技術(shù)”榮獲國家科技進(jìn)步二等獎，2013年該院與中國計量科學(xué)研究院聯(lián)合申報的“國家直流大電流計量標準研究建立與應用”項目榮獲國家科技進(jìn)步二等獎。2018年我院榮獲2項云南省科技進(jìn)步三等獎、1項中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì )技術(shù)類(lèi)一等獎?，F共有專(zhuān)利28項，其中外觀(guān)設計專(zhuān)利4項、實(shí)用新型專(zhuān)利16項、發(fā)明專(zhuān)利8項。成果產(chǎn)品已廣泛應用于計量、電力、冶金、化工、國防、科研等各行各業(yè)?，F已獲批建立“國家城市能源計量中心（云南）”、“云南省計量產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心”。被原國家質(zhì)檢總局認定為“國家質(zhì)檢科技成果轉化推廣基地”，被云南省人民政府認定為“云南省高層次人才創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)示范基地”。

二、項目實(shí)施背景

有色金屬冶煉（如電解銅、電鋅、電錫、電鉛、電解鋁）、氯堿化工（如電解鹽）等電化學(xué)企業(yè)，是我國的基礎工業(yè)，無(wú)一例外都是電能源主要消耗企業(yè)。這些企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，都需要使用大功率的整流設備，將電網(wǎng)供給的交流電能轉換為直流電能；各種金屬和化工品的萃?。ㄌ峒儯?、電解和電離、生產(chǎn)過(guò)程工藝控制、產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)量提高、能源消耗統計都與整流系統的各參量及交直流電能的準確計量、適時(shí)調節/控制有關(guān)；然而工業(yè)現場(chǎng)測量，量程跨度大，從幾萬(wàn)安培到十幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)安培，工作環(huán)境的磁場(chǎng)、電氣干擾各不相同；從上世紀80年代開(kāi)始，一直沒(méi)能解決電冶等企業(yè)在線(xiàn)能源消耗統計與整流系統的各參量及交直流電能的準確計量的技術(shù)難題；無(wú)法保證檢測統計數據的準確可靠，精確指導生產(chǎn)。

我院自2001年起開(kāi)始立項研制成套在線(xiàn)長(cháng)期運行的實(shí)時(shí)計量/監控裝置，2005年實(shí)現了成果從實(shí)驗室到工業(yè)現場(chǎng)的轉化。2013年起進(jìn)一步組織開(kāi)展基于柔性全光纖的在線(xiàn)直流大電流測量方法研究，研究應用最大電流量程為500kA的直流大電流柔性光纖傳感器在不停機的狀態(tài)下現場(chǎng)進(jìn)行直流電流比對測試。（10～400）kA直流電流主要的應用是冶金行業(yè)，云南省是中國的有色金屬大省，有很多有色金屬冶煉企業(yè)，這些企業(yè)應用直流大電流電冶技術(shù)進(jìn)行有色金屬的冶煉，而在現場(chǎng)的直流電流傳感器除了進(jìn)行了出廠(chǎng)測試之外并沒(méi)有方法進(jìn)行量值傳遞，無(wú)法判斷現場(chǎng)安裝的直流電流傳感器是否準確可靠。

三、具體創(chuàng )新措施

1.第一代的計量技術(shù)和服務(wù)模式

早期研制的第一代“計量/管理裝置”主要由交流互感器（包括交流電壓、電流互感器，可用整流系統提供的）、直流變換器（包括分機組的計量/檢測變換器,匯流母排變換器）；交流多功能計量/傳輸儀表；直流多功能計量/傳輸儀表；電解廠(chǎng)電調室顯示儀表；遠距離通訊驅動(dòng)器、程控計算機（含顯示屏）及計量裝置程控/管理軟件構成。

計量服務(wù)模式：一次性現場(chǎng)安裝調試系統，定期以現場(chǎng)計量技術(shù)服務(wù)的方式比對現場(chǎng)傳感器同時(shí)對二次儀表進(jìn)行校準。優(yōu)點(diǎn)：現場(chǎng)傳感器準確度高，可以實(shí)時(shí)監測現場(chǎng)狀態(tài)，有利于企業(yè)指導生產(chǎn)。缺點(diǎn)：系統構成環(huán)節較多，維護需要停機斷電，量值比對也需要在停機維護的期間進(jìn)行，不利于推廣應用。 

2.第二代的計量技術(shù)和服務(wù)模式

利用研制的特殊螺旋高雙折射保橢圓全光纖在線(xiàn)電流測試裝置，建立實(shí)驗室到現場(chǎng)直流電流量值傳遞系統，研制實(shí)驗室用等安匝法直流大電流母排，建立如下圖所示的實(shí)驗室直流電流量值傳遞系統和現場(chǎng)傳遞系統。實(shí)驗室傳遞系統由1:2000安匝等安匝法電流母排、大功率直流恒流源、標準電流表構成，通過(guò)直接比較光纖電流傳感器讀數和標準表?yè)Q算讀數對傳感器進(jìn)行量值比對。

分析上述量值傳遞方法，在傳遞過(guò)程中可能存在的較大的不確定度分量有：等安匝法安匝數電流模型和實(shí)際真實(shí)電流之間存在的不確定度，這部分不確定度分量主要由匝數的不準確以及標準器對等效安匝電流和實(shí)際電流的響應不同帶來(lái)的不確定度；研究等安匝法電流母排匝數校準實(shí)驗方法，研究建立圖1所示的匝數校準實(shí)驗系統。

圖1  匝數校準實(shí)驗系統

通過(guò)標準表監測直流大電流恒流功率源的輸出配合已知匝數的母排線(xiàn)圈輸出安匝數為N*I的等效電流，而另一側通過(guò)直流大電流恒流標準源反向輸出與上述安匝數等效的直流電流，通過(guò)比較儀測出差值。進(jìn)一步編寫(xiě)基于上述方法的云南省直流電流現場(chǎng)量值傳遞地方計量技術(shù)規范。

計量服務(wù)模式：對企業(yè)在現場(chǎng)安裝的直流傳感器或測試系統，需要校準測試時(shí)將安匝法電流母排匝數校準設備安裝到現場(chǎng)，不停電進(jìn)行直流大電流現場(chǎng)技術(shù)校準，依據上述方法進(jìn)行在線(xiàn)校準測試，對配套的二次儀表，在檢修時(shí)對二次儀表進(jìn)行校準。優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)時(shí)在線(xiàn)進(jìn)行校準測試滿(mǎn)足企業(yè)實(shí)際需求，有利于成果推廣。缺點(diǎn)：無(wú)法實(shí)時(shí)獲取在線(xiàn)運行信息和運行日志只能進(jìn)行單次校準測試。

圖2  馳宏40kA現場(chǎng)測試

3.下一代計量技術(shù)服務(wù)模式

下一代將會(huì )結合前面兩種方式，現場(chǎng)進(jìn)行模塊化設計，使用可在線(xiàn)安裝的強功率直流測量系統實(shí)時(shí)監測，利用在線(xiàn)測試方式進(jìn)行量值比對和傳遞，進(jìn)一步研究完善量值傳遞機制更好的服務(wù)企業(yè)。

四、項目取得成效

長(cháng)期以來(lái)，由于缺乏準確、完善可靠的在線(xiàn)計量/監測裝備，我國眾多的電冶、電化等高能耗企業(yè)整流系統的能源特別是直流電耗計量一直處于較低水平。國家、行業(yè)缺乏對整流設備運行狀況、產(chǎn)品單耗等生產(chǎn)指標做出客觀(guān)準確評價(jià)和實(shí)施監督的有效手段。強功率整流系統電能測控技術(shù)在電冶中的應用，為電冶、電化類(lèi)企業(yè)完善能源計量裝備，強化生產(chǎn)部門(mén)間能源管理協(xié)調，健全能源計量/管理長(cháng)效機制，促進(jìn)節能降耗和提質(zhì)增效提供了技術(shù)支持；為節能監管等部門(mén)提供了對電冶、電化類(lèi)高耗能企業(yè)節能降耗評價(jià)的技術(shù)手段。

圖3  曲靖東源鋁業(yè)現場(chǎng)測試

  2004年-2009年，在云南馳宏公司石咀分廠(chǎng)、云南馳宏公司曲靖分廠(chǎng)、云南祥云股份有限公司，按照第一代推廣方案推廣建立了整流效率測試系統；2015年至今，在東源鋁業(yè)公司、云南馳宏永昌鉛鋅礦、云南馳宏曲靖分公司、云南鋁業(yè)股份有限公司，按照第二代推廣方案進(jìn)行了多次現場(chǎng)在線(xiàn)技術(shù)服務(wù)，為企業(yè)解決了急需解決的問(wèn)題。