基于低湿空气梯级利用的厂房热湿协同调控系统及方法与流程

本发明属于调相机厂房余热利用与空气调节，具体涉及一种基于低湿空气梯级利用的厂房热湿协同调控系统及方法。

背景技术：

1、调相机是一种用于电力系统无功补偿、电压支撑和系统稳定控制的重要设备。调相机运行过程中，定子、转子、轴承及润滑油系统会持续产生热量。为保证调相机安全运行，通常需要利用润滑油冷却系统和厂房通风空调系统将上述热量排出。现有工程中，润滑油携带的热量通常经润滑油冷却器传递给循环冷却水，并最终通过冷却塔或其他散热设施排向环境，余热未得到充分利用。

2、液体除湿系统能够利用吸湿盐溶液吸收空气中的水蒸气，适用于具有湿度控制要求的工业厂房。吸湿后的稀溶液需要通过加热再生恢复吸湿能力，传统再生热源通常为电加热、蒸汽或热水，因此存在额外的再生能耗。调相机润滑油温度相对稳定，其携带的余热温度与常压液体除湿系统的溶液再生温度需求具有一定匹配性，具备作为溶液再生热源的利用条件。

3、调相机厂房不仅需要控制整体空气温度和湿度，调相机母线出线罩等局部区域还具有更严格的湿度安全要求。若调相机母线出线罩内空气含湿量过高，可能增加凝露和绝缘性能下降的风险。仅对厂房整体空气进行温度调节，难以保证调相机母线出线罩等重点区域始终满足湿度要求；若单独设置电加热式干燥设备或独立除湿设备，则会增加设备数量和运行能耗。

4、蒸发冷却能够利用水分蒸发吸热降低空气温度，但直接蒸发冷却过程会增加空气含湿量。当蒸发冷却器与液体除湿装置串联运行时，如果只根据厂房温度提高蒸发冷却空气比例，可能导致送风空气含湿量升高；如果为了限制送风湿度而过度减少蒸发冷却空气比例，又会降低蒸发冷却能力并增加后续空气冷却器的负荷。因此，需要在送风温度和送风空气含湿量之间进行协调调节。

5、此外，润滑油余热回收、溶液再生、厂房除湿、蒸发冷却、调相机母线出线罩干燥以及润滑油温度控制之间存在相互耦合关系。现有技术通常分别控制润滑油冷却、厂房空气调节和局部除湿，缺少同时兼顾余热利用、低湿空气梯级利用、厂房温湿度控制以及润滑油安全的整体系统和控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于低湿空气梯级利用的厂房热湿协同调控系统及方法，在保留原润滑油冷却保护功能的基础上，将润滑油余热用于吸湿溶液再生，并将减湿器输出的低湿空气分别用于调相机母线出线罩干燥和厂房空气处理，同时根据不同区域的温度和含湿量要求对溶液循环流量及各调节阀进行协调控制。

2、本发明通过下述技术方案来实现。一种基于低湿空气梯级利用的厂房热湿协同调控系统，包括调相机、润滑油循环单元、溶液除湿再生单元、送回风单元、冷却水循环单元和控制单元；

3、所述润滑油循环单元包括油-溶液换热器和润滑油冷却器，调相机流出的润滑油依次流经所述油-溶液换热器和所述润滑油冷却器，所述油-溶液换热器设置于调相机润滑油的高温回油段，将润滑油余热传递给除湿溶液；

4、所述溶液除湿再生单元包括减湿器、溶液泵一、溶液再生器、溶液泵二和溶液-水换热器，除湿溶液在所述减湿器、所述油-溶液换热器、所述溶液再生器和所述溶液-水换热器之间循环；

5、所述送回风单元将厂房回风输送至所述减湿器，经所述减湿器处理后的低湿空气分为调相机母线出线罩供气支路和厂房送风主路，所述调相机母线出线罩供气支路通过调相机母线出线罩干空气流量调节阀与调相机母线出线罩连通，所述调相机母线出线罩设有调相机母线出线罩排风口；所述厂房送风主路分为流经蒸发冷却器的蒸发冷却支路和跨越所述蒸发冷却器的旁通支路，所述旁通支路设有蒸发冷却器旁通风阀，两支路的空气混合后依次流经空气冷却器和送风机并送入调相机厂房；

6、所述冷却水循环单元包括通向所述空气冷却器的第一冷却水支路和通向所述润滑油冷却器的第二冷却水支路，所述第一冷却水支路设有空气冷却器内水流量控制阀，所述第二冷却水支路设有调相机润滑油冷却水流量控制阀；

7、所述控制单元接收温度测点、空气含湿量测点及主风路空气流量测点的检测信号，并根据调相机母线出线罩内空气含湿量、减湿器出口空气含湿量、送风空气含湿量、调相机周边空气温度及调相机进口润滑油温度，调节所述溶液泵一、所述溶液泵二、再生器风机、所述送风机、所述蒸发冷却器旁通风阀、所述调相机母线出线罩干空气流量调节阀、所述空气冷却器内水流量控制阀和所述调相机润滑油冷却水流量控制阀中的至少一项。通过将油-溶液换热器设置于高温回油段，润滑油冷却过程由单纯排热转变为余热回收与补充冷却的串级过程，既利用了润滑油余热，又保留了润滑油冷却器的安全冷却功能。

8、进一步优选，所述减湿器出口的低湿空气优先经所述调相机母线出线罩供气支路送入所述调相机母线出线罩，在所述调相机母线出线罩内的空气含湿量满足安全要求后，其余低湿空气经所述厂房送风主路送入所述蒸发冷却支路和所述旁通支路；所述控制单元根据所述调相机母线出线罩内空气含湿量调节所述调相机母线出线罩干空气流量调节阀的开度，当所述调相机母线出线罩内空气含湿量高于调相机母线出线罩内空气含湿量上限时增大所述调相机母线出线罩干空气流量调节阀的开度，当所述调相机母线出线罩内空气含湿量低于调相机母线出线罩内空气含湿量下限时减小所述调相机母线出线罩干空气流量调节阀的开度并保持预设的最小安全干空气流量。如此设置，使供入调相机母线出线罩的低湿空气不经过蒸发冷却器，避免因蒸发冷却过程重新增湿，优先保障调相机母线出线罩的绝缘安全。

9、进一步优选，所述控制单元根据所述主风路空气流量测点确定除湿溶液的基准溶液循环流量并根据所述减湿器出口空气含湿量对除湿溶液流量进行反馈修正，当所述减湿器出口空气含湿量高于减湿器出口空气含湿量上限时增大所述溶液泵一、所述溶液泵二和所述再生器风机中至少一项的输出；所述控制单元根据所述减湿器出口空气含湿量、蒸发冷却器出口空气含湿量及所述送风空气含湿量调节所述蒸发冷却器旁通风阀的开度，在所述送风空气含湿量不超过送风空气含湿量上限的条件下增大蒸发冷却空气的利用比例。以减湿器出口空气含湿量为基础，协调溶液循环与蒸发冷却旁通比例，在满足送风空气含湿量要求的前提下利用蒸发冷却的降温能力。

10、进一步优选，所述控制单元采用多时间尺度控制策略，其中所述调相机母线出线罩内空气含湿量和所述调相机进口润滑油温度采用第一采样周期，厂房送风温度和送风空气含湿量采用第二采样周期，所述减湿器出口空气含湿量及溶液再生状态采用第三采样周期，所述第一采样周期小于或等于所述第二采样周期，所述第二采样周期小于所述第三采样周期；所述控制单元的控制优先级依次为：第一优先级为保证所述调相机进口润滑油温度和所述调相机母线出线罩内空气含湿量不超过安全限值，第二优先级为保证送风空气含湿量及厂房温度处于允许范围，第三优先级为在满足第一优先级和第二优先级条件下提高润滑油余热回收量和蒸发冷却空气利用比例。通过将调相机母线出线罩内空气含湿量和润滑油温度作为快速安全控制对象，将厂房空气状态作为中等速度调节对象，将溶液再生作为慢速优化对象，可减少阀门和风机频繁动作，并确保安全控制优先执行。

11、本发明还提供一种利用上述系统进行厂房热湿协同调控方法，包括以下步骤：

12、s1、按照预设采样周期采集调相机母线出线罩内空气含湿量、减湿器出口空气含湿量、蒸发冷却器出口空气含湿量、送风空气含湿量、调相机周边空气温度、调相机进口润滑油温度以及主风路空气流量的检测数据；

13、s2、根据所述主风路空气流量确定除湿溶液的基准溶液循环流量，并根据所述减湿器出口空气含湿量调节溶液泵一、溶液泵二和再生器风机的输出，使所述减湿器出口空气含湿量保持在预设范围内；

14、s3、将减湿器出口的低湿空气分为调相机母线出线罩供气支路和厂房送风主路，根据所述调相机母线出线罩内空气含湿量调节调相机母线出线罩干空气流量调节阀的开度，使调相机母线出线罩内的空气含湿量保持在安全范围内，并将经过所述调相机母线出线罩干空气流量调节阀后的低湿空气经调相机母线出线罩排风口排出；

15、s4、将所述厂房送风主路分为流经蒸发冷却器的蒸发冷却支路和跨越所述蒸发冷却器的旁通支路，根据所述减湿器出口空气含湿量、所述蒸发冷却器出口空气含湿量及所述送风空气含湿量调节蒸发冷却器旁通风阀的开度，使两支路空气混合后的送风空气含湿量不超过送风空气含湿量上限；

16、s5、根据所述调相机周边空气温度确定厂房控制温度，并根据所述厂房控制温度调节空气冷却器内水流量控制阀的开度，使厂房温度保持在预设范围内；

17、s6、使调相机流出的润滑油先流经油-溶液换热器向进入溶液再生器的除湿溶液释放余热，再流经润滑油冷却器补充冷却，并根据所述调相机进口润滑油温度调节调相机润滑油冷却水流量控制阀的开度；

18、s7、各执行机构完成一次控制量更新后等待下一采样周期，重复步骤s1至s6。

19、进一步优选，步骤s2中，所述根据所述主风路空气流量确定除湿溶液的基准溶液循环流量并根据所述减湿器出口空气含湿量调节溶液泵一、溶液泵二和再生器风机的输出，包括：根据所述主风路空气流量确定主风路干空气质量流量，将所述主风路干空气质量流量与预设的溶液-空气流量比之积作为除湿溶液的基准溶液循环流量；根据所述减湿器出口空气含湿量与减湿器出口空气目标含湿量之间的偏差对所述基准溶液循环流量进行反馈修正，得到目标溶液质量流量；当所述减湿器出口空气含湿量高于减湿器出口空气含湿量上限时，增大所述溶液泵一、所述溶液泵二和所述再生器风机中至少一项的输出。通过使溶液循环流量随主风路空气流量变化，并以减湿器出口空气含湿量进行闭环修正，保证低湿空气的干燥程度满足要求。

20、进一步优选，步骤s4中，所述根据所述减湿器出口空气含湿量、所述蒸发冷却器出口空气含湿量及所述送风空气含湿量调节蒸发冷却器旁通风阀的开度，包括：当所述蒸发冷却器出口空气含湿量大于所述减湿器出口空气含湿量时，根据目标混合空气含湿量确定所述蒸发冷却器旁通风阀的初始旁通比例，所述目标混合空气含湿量根据所述送风空气含湿量上限确定；当所述蒸发冷却器出口空气含湿量与所述减湿器出口空气含湿量之间的差值小于预设差值时，保持上一采样周期的旁通比例；根据所述送风空气含湿量对所述蒸发冷却器旁通风阀的开度进行闭环修正，当所述送风空气含湿量高于所述送风空气含湿量上限时，增大所述蒸发冷却器旁通风阀的开度。先以两支路含湿量差计算初始旁通比例，再以送风空气含湿量闭环修正，兼顾蒸发冷却降温与送风空气含湿量限制。

21、进一步优选，步骤s5中，所述根据所述厂房控制温度调节空气冷却器内水流量控制阀的开度，包括：当所述送风空气含湿量不高于送风空气含湿量上限且所述厂房控制温度高于厂房温度上限时，增大所述空气冷却器内水流量控制阀的开度；当所述空气冷却器内水流量控制阀达到预设上限且所述厂房控制温度仍高于所述厂房温度上限时，若所述送风空气含湿量与所述送风空气含湿量上限之间存在含湿量裕量，则减小所述蒸发冷却器旁通风阀的开度以增大蒸发冷却空气比例；若不存在所述含湿量裕量，则提高所述送风机的送风量或发出冷量不足提示。通过优先利用空气冷却器降温，仅在其冷却能力达到上限后才利用蒸发冷却的含湿量裕量，避免送风过度增湿。

22、进一步优选，步骤s6中，所述根据所述调相机进口润滑油温度调节调相机润滑油冷却水流量控制阀的开度，包括：当所述调相机进口润滑油温度高于润滑油温度上限时，增大所述调相机润滑油冷却水流量控制阀的开度；若经过预设时间后所述调相机进口润滑油温度仍未恢复至安全范围，则继续增大所述调相机润滑油冷却水流量控制阀的开度直至预设安全上限并发出报警；当所述调相机进口润滑油温度低于润滑油温度下限时，减小所述调相机润滑油冷却水流量控制阀的开度并保持所述润滑油冷却器的最小安全冷却水量；当所述调相机进口润滑油温度处于安全范围时，根据所述减湿器出口空气含湿量及再生器溶液入口温度调节所述溶液泵一、所述溶液泵二和所述再生器风机的输出，使润滑油余热回收量与溶液再生需求相适应。这样可在保证润滑油温度安全的前提下优化余热回收量，避免为追求余热回收而影响调相机运行安全。

23、进一步优选，步骤s3中，当所述减湿器出口空气含湿量高于低湿空气含湿量上限时，增大所述溶液泵一、所述溶液泵二或所述再生器风机的输出；当所述减湿器出口空气含湿量满足低湿空气含湿量要求且所述调相机母线出线罩内空气含湿量高于调相机母线出线罩内空气含湿量上限时，增大所述调相机母线出线罩干空气流量调节阀的开度；当所述调相机母线出线罩内空气含湿量低于调相机母线出线罩内空气含湿量下限时，减小所述调相机母线出线罩干空气流量调节阀的开度，并保持预设的最小安全干空气流量。该步骤使减湿器出口空气含湿量控制作为低湿空气供给的基础，使调相机母线出线罩湿度控制作为安全优先环节，保证调相机母线出线罩始终获得满足湿度要求的干空气。

24、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

25、1.本发明将油-溶液换热器设置于调相机高温润滑油回油段与待再生溶液输送段之间，使高温润滑油先在油-溶液换热器中向待再生溶液释放余热，再由润滑油冷却器承担剩余冷却负荷，形成余热回收-补充冷却-油温安全调节的串级处理过程。由此能够利用温度相对稳定的润滑油余热对进入溶液再生器的溶液进行预热或加热，降低溶液再生过程对外部热源的需求以及原润滑油冷却系统承担的热负荷；同时，根据调相机进口润滑油温度调节润滑油冷却水流量，在余热回收状态变化时仍能保证润滑油温度处于安全范围。

26、2.实现低湿空气的梯级利用，优先保障调相机母线出线罩的湿度安全。本发明从减湿器出口、蒸发冷却器入口之前引出部分低湿空气，通过调相机母线出线罩干空气流量调节阀输送至调相机母线出线罩，并配合调相机母线出线罩排风口排出罩内湿空气，使供入调相机母线出线罩的低湿空气不经过蒸发冷却器，避免其因蒸发冷却过程重新增湿。其余低湿空气根据厂房送风温度和含湿量要求，选择经过蒸发冷却器或蒸发冷却器旁通风路，使同一减湿器产生的低湿空气分别用于调相机母线出线罩安全除湿和厂房空气调节，从而提高空气除湿能力的利用效率。

27、3.实现调相机母线出线罩内空气含湿量、润滑油温度、厂房温度和送风空气含湿量的分层协调及多时间尺度控制。本发明分别以调相机母线出线罩干空气流量调节阀、润滑油冷却水流量控制阀、蒸发冷却器旁通风阀和空气冷却器水流量控制阀作为调相机母线出线罩内空气含湿量、润滑油温度、送风空气含湿量和厂房温度的主要执行机构，并根据减湿器出口空气含湿量调节溶液循环流量和再生强度。当送风空气含湿量升高时，增大蒸发冷却器旁通空气比例；当厂房温度较高时，优先增大空气冷却器冷却水流量，只有在空气冷却器冷却能力达到预设上限且送风仍具有含湿量裕量时，才提高蒸发冷却空气比例。通过对调相机母线出线罩内空气含湿量和调相机进口润滑油温度采用较快的安全控制，对厂房空气状态采用中等速度调节，对具有热惯性和蓄能特性的溶液再生过程采用较慢调节，并结合控制回差、执行机构变化速率限制和安全指令优先机制，可以减少送风过度增湿、润滑油温度超限以及阀门和风机频繁动作。