空壓係統在線節能診斷技術服務示範項目

一、 雲南省計量測試技術研究院（yuàn）簡介

雲南省計量測試技術研究院隸屬於雲南省市場監督管理局，是省級（jí）國家法定計量技術機構、省（shěng）級科研單位（wèi）。目前，該（gāi）院已建立雲南省各等級社會公用計量標準189項。該院先後承擔國家（jiā）級重大科研項目、雲南省科（kē）技攻關項目26項，獲國家和省部科技進（jìn）步獎（jiǎng）43項。尤其是（shì），1999年該（gāi）院“強功率交、直流電能在線綜（zōng）合測（cè）試技術”榮獲國家科技進步二等獎，2013年（nián）該院（yuàn）與中國計（jì）量（liàng）科學研究院聯合申報的“國家直流大電流計量標準研究建立與應用”項目榮獲（huò）國家科技進步（bù）二等獎（jiǎng）。2018年我院榮獲2項雲南省科技進步三等獎、1項（xiàng）中國電力（lì）企業聯合（hé）會技術類一等（děng）獎。現共有專利28項，其中外觀設計專（zhuān）利4項、實用新型專利16項、發明（míng）專利8項。成果產品已廣泛應用於計量、電力、冶金、化工、國防、科（kē）研等各行各業。現已（yǐ）獲批建立“國家城市能（néng）源計量中心（雲南）”、“雲南省計量產品質量監督檢驗中心”。被原國家質檢總局（jú）認定（dìng）為“國家質檢科技成果轉化推（tuī）廣基地”，被雲南省人民政府認定為“雲南省高層次人才創新創業示範基地”。

二、項目實施背景

有色金（jīn）屬冶煉（如電解銅、電（diàn）鋅、電錫、電（diàn）鉛、電解鋁）、氯堿化（huà）工（如（rú）電解鹽）等電化學企業，是我國的基礎工業，無一例外都是電能（néng）源主要消耗企業。這些企業生產過程（chéng）中，都（dōu）需要使（shǐ）用（yòng）大功（gōng）率的整流設備，將電網供給的交流電能轉換為直流電能（néng）；各種金屬和化工品的萃取（提純）、電解和電離（lí）、生（shēng）產過程工藝控製（zhì）、產（chǎn）品質量產量提高、能源消耗統計都與整流係統的各參（cān）量及交（jiāo）直流（liú）電能的準確計量、適時調節/控製有（yǒu）關；然而工業（yè）現場測量，量（liàng）程跨度大，從幾萬安培到十幾（jǐ）萬甚至幾（jǐ）十萬安培，工作環（huán）境的磁場、電氣（qì）幹擾各不相同；從上（shàng）世紀80年代開始，一直沒能解決電冶等企業在線能源消（xiāo）耗統計與整流係統的（de）各參量（liàng）及交直流電能的（de）準確（què）計量的技術難題；無法保證檢測統計數據的準確可靠，精確指導生產。

我院（yuàn）自2001年起開始立項研製成套在線長期運（yùn）行的實時計（jì）量/監控裝置，2005年實現了成（chéng）果從實驗室到工業現場（chǎng）的轉化。2013年起進一步（bù）組織開展基於柔（róu）性全光纖的在（zài）線直流大（dà）電流測量方法（fǎ）研（yán）究，研究應用最大電流量程為500kA的直流大電流柔（róu）性（xìng）光纖傳感器（qì）在不停機的（de）狀態下現場（chǎng）進行直流電流比對測試。（10～400）kA直流電（diàn）流主（zhǔ）要的應用是（shì）冶金行業，雲南省是中國的有（yǒu）色金屬（shǔ）大省，有很多有色（sè）金屬冶煉企業，這些（xiē）企業應用直流大電流電（diàn）冶技術進行有色金屬的冶煉，而在現場的直流電流傳感器除了進行了（le）出廠（chǎng）測試之外並沒有方法進行量值傳（chuán）遞（dì），無法判斷現場安裝的直流電流傳（chuán）感器是否準（zhǔn）確可（kě）靠。

三、具體創新措施

1.第一代的計量技術（shù）和服務模式

早期（qī）研製的第一代“計量/管理裝置”主要（yào）由交（jiāo）流互感器（qì）（包括（kuò）交流電（diàn）壓、電流互感器，可用整流係統提供的）、直流變換器（包（bāo）括分機組的計量/檢（jiǎn）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（gōng）能（néng）計量/傳輸儀表；電解廠電調室顯示儀表；遠距離通訊驅動器、程控計算機（含顯示屏）及計量裝（zhuāng）置程控/管理軟件構成。

計量服務（wù）模式：一次性現場（chǎng）安裝調試係統，定期以現場計量技術服務的方式比對現（xiàn）場傳（chuán）感器同時對二次儀表進行（háng）校準。優點：現場傳感器準（zhǔn）確度高（gāo），可以實時監測現（xiàn）場狀態，有利於企業（yè）指導生產。缺點：係統構成環節較多，維護需要停機斷電，量值比對（duì）也（yě）需要（yào）在停機維護的（de）期間進行，不利於（yú）推（tuī）廣（guǎng）應（yīng）用。 

2.第二代的（de）計量技術和服務模式

利（lì）用研製的特（tè）殊螺旋高雙折射保橢圓全光纖在線電流測試裝置，建立實驗室到現場直流電流量值傳遞係統，研製實驗（yàn）室用等安匝法直流大電流母排，建立如下圖所示的實驗室直流電流量值傳遞係統和現場傳遞係統。實驗（yàn）室傳遞係統由1:2000安匝等安匝法電流母排、大功率（lǜ）直流（liú）恒流（liú）源、標準電流表構（gòu）成，通過直接（jiē）比較光（guāng）纖電流傳感器讀數和標準表換（huàn）算讀數對傳感器進行量值比對（duì）。

分析上述（shù）量（liàng）值（zhí）傳遞方法（fǎ），在（zài）傳遞過程中可能存在的較（jiào）大的不確定度分量有：等安匝法安匝數電流模（mó）型和實際真實電流之間存在的（de）不確定度（dù），這部分不確（què）定度分量主（zhǔ）要由匝數（shù）的不（bú）準確以及標準器對等效安匝電流和實際電流的響應不（bú）同帶來的不確定度；研究等安匝法（fǎ）電流母排匝數校準實驗方法，研究建立圖1所示的（de）匝數校準實（shí）驗係統。

圖1  匝數校準實驗係統

通過標準表監（jiān）測直流大電流恒流功率源的輸出配合已知匝數的母排線圈輸出安匝（zā）數為（wéi）N*I的等效電流，而另一側通過直流大電流恒流標準源反向輸（shū）出與（yǔ）上述安匝（zā）數等效的直（zhí）流電流，通過比（bǐ）較儀測出差值。進一步編寫基於上述方法的雲南省直流電流（liú）現場量（liàng）值傳遞（dì）地方計（jì）量技術規（guī）範。

計（jì）量服務模式：對企業在現場安裝的（de）直流傳感器或測試係統，需要校準測試時將安匝法電流母排匝數校準設備安（ān）裝到現場，不停電進行直流大電流現（xiàn）場技術校準，依據（jù）上述（shù）方法進行在線（xiàn）校準測試，對配套的二次儀表，在檢修時對二次儀表進行校準。優點：可以實時在線進行校準測試滿足企業實際需求，有利於成果推廣。缺點：無法實時獲取在線運行信息和運（yùn）行日誌隻能進行單次校準測試。

圖2  馳（chí）宏40kA現（xiàn）場測試

3.下一代計量技術服務模式

下一代將會結合（hé）前麵（miàn）兩種方式，現場進行模塊化設計，使用可在線安裝的強功率（lǜ）直流測量（liàng）係統實時監測，利用在線測試方式進行量值比對和（hé）傳遞，進一步研究完善量值傳遞機製更好的服務企業。

四、項目取（qǔ）得（dé）成效

長期以來，由於缺乏準確、完善可靠的在線計量/監測裝備，我國眾多的電冶、電化（huà）等高能耗企業整流係（xì）統的能源特別是直流電耗計（jì）量一直處於較低水平。國家、行業缺乏對整（zhěng）流設（shè）備運（yùn）行狀況、產品單（dān）耗等生產指標做出客觀準確評價和實施（shī）監督的有效手段。強功率（lǜ）整流係統電能測控技術在電冶中的應用，為（wéi）電冶、電化類企業（yè）完善能源計量裝備，強化生產部門間能（néng）源管理協調，健全（quán）能源計量/管理長效機製，促進節能降（jiàng）耗和（hé）提質增效（xiào）提供（gòng）了技術支持；為節能監管等部門提（tí）供（gòng）了對電冶、電化類高耗能企（qǐ）業節（jiē）能降耗評價的（de）技術手段。

圖（tú）3  曲（qǔ）靖東源鋁業（yè）現場測試

  2004年-2009年，在雲（yún）南馳宏公（gōng）司石咀分廠、雲南馳宏（hóng）公司曲靖分廠（chǎng）、雲南祥（xiáng）雲股份有限公（gōng）司（sī），按照第一代推廣方案推廣建立了整（zhěng）流效率測試係統；2015年至今，在東源鋁業公司、雲南馳宏永昌鉛鋅礦、雲（yún）南馳宏曲靖分公司、雲南鋁業股份有限公司，按照第二代推廣方案進行了多次現場在線技術服務，為企業解決了（le）急需解（jiě）決的問題。