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关键词:信息技术教育,课程改革,教材设计理念。
随着信息技术教育的发展,课改的深入,教育观念发生了很大的转变。普通高中信息技术课程标准的出台,给信息技术教材的编写带来了极大挑战。为了适应这种变化,海淀教育信息中心正在改编小学信息技术教材。本文结合自身参与教材编写的实践,通过对部分现行教材与课程标准的设计理念进行对比,介绍改编后教材的特点,阐述小学信息技术教材设计理念上的转型。
改编后的小学信息技术教材以培养学生的信息素养为主要目标,在教学安排上突出"以学生为本"的指导原则,通过任务驱动的方式,让学生在学习过程中面对日常学习和生活中的问题,本地的社会问题以及国家的发展与科技进步等方面的问题,并尝试用信息技术提供的方法了解、解决这些问题,使学生初步接触信息技术,形成感性经验,在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度上有所提高。
一、与学习和生活实际密切结合,从"问题"出发,强调让学生亲历真实任务的解决过程
课程标准要求信息技术教材要密切联系实际,结合学生的现实生活和学习需求以及当地的社会发展,设置真实性的学习任务、典型案例和研究性课题,以引导学生在动手操作、自主探究和解决问题的过程中把"学技术"与用"用技术"融合在一起,主动理解知识、掌握技能、发展能力。从问题解决出发,让学生亲历处理信息、开展交流、相互合作的过程,在活动过程中掌握应用信息技术解决实际问题的思路和方法。
从内容的编排来看,整本教材进行了一次大的整合,章节的内容更加合理,各章节的排列也实现了层层递进。虽然仍然采用模块化的编排,但各个章节并不是脱离的,而是实现了各部分的有机结合,既注重学生信息素养的全面提高,又注重对零起点学生循序渐进的培养和对学有所长的学生的培养。在教材编写中,采用"大主题、小任务",注重与现实生活相联系,运用任务驱动的方法,使之更适合学生的知识学习和技术掌握,更有利于培养学生综合运用信息技术的能力。我们把每一册书划分为四个单元,我们在每一课的第一部分设置了"跟我学",在第二部分设置了"尝试和探索",在每单元后设置了"综合实践"等栏目。
以"综合实践"栏目为例,具体内容包括:活动目标与提出问题、参考资源、活动过程与建议、活动与作品评价等,为学生提供一个研究主题,在这个主题下,发挥学生的想像力和创造力,让学生通过对这些问题的探究,亲历问题解决的全过程。
书中例题、练习题的选择,尽量来源于学生日常学习、生活中的问题,本地的社会问题以及国家的发展与科技进步等方面的问题,同时留有一定的思考题目或练习题目,引导学生利用学会的信息技术,去了解、解决这些问题,培养学生利用信息技术表达自己思想的意识和习惯。例如:通过美丽的海底世界、绿色家园等主题活动来完成画图的教学。海底世界是学生喜欢的,可以发挥学生想象力;绿色家园是社区的建设,利用社区整理为主线学习图形的选取和移动,把脏乱的社区环境整理好--环境问题是关于国家发展的,又依托于社区,这个学生比较熟悉的内容。再如,通过制作《北京与奥运》的幻灯片的过程掌握查找、下载网上资源,以及下载工具的使用等,并了解北京举办奥运的内容。
二、注重分层教学,体现不同层次目标、难易度和个性化
教材的设计从难易程度不同、地区信息技术发展不均衡和学生个性差异等方面加以考虑,力求实现全体学生的全面发展和个性发展。承认学生之间存在差异,渗透"下保底,上不封顶"的策略,针对不同学习能力的学生,通过尝试和探索、留有不同层次的题目体现分层教学,力争让每个学生都有所收获。
教材结构上"跟我学"是对全体学生的基本要求,每课都有"尝试和探索",对有能力的学生提出指导性建议,引导学生自主发现操作方法。例如,练习有两个层次。学生练习第一类:更换练习题内容,使学生模仿性的练习,用来巩固知识,同时,运用这些知识展示给学生一个可应用于学习和生活的实例。学生练习第二类:比较开放的、能够让学生去探究、去发散思维、去形成和体现个人观点的问题。
三、渗透自主学习的思想,编排有利于学生全面发展与个性发展的教材结构,培养学生的创新精神
在教材中,作有指导性的留白,不将直接的操作方法告诉学生,而是将如何尝试的方法告诉学生,引导学生自主发现操作方法。把发现问题和提出问题的权利还给学生,给学生留有创新的开放空间,在学生练习、学生思考中,体现出引导学生创新、鼓励学生创新的、充分发展学生个性的意图。在综合应用的练习中,引导学生通过各种形式、各种手段,得到资料,并根据收集到的资料形成自己的观点,引导学生制作有个性化的作品,提倡学生进行发散型思维。最终使用作品的形式体现自己的观点、证明自己的观点。例如:当我们选好设计模板,幻灯片也已经制作了一部分后,突然发现设计模板选的不满意,这时再新建一个演示文稿,重新再选设计模板,做好的部分就作废了,怎么办?这时,就要作出提示:看看用右键点出的快捷菜单中有没有答案?
四、渗透人文精神,贯穿社会责任感的培养,关注技术能力与人文素养的双重建构
硕士论文应能表明作者确已在本门学科上掌握了坚实的基础理论和系统的专门知识,并对所研究课题有新的见解,有从事科学研究工作或独立担负专门技术工作的能力。博士论文应能表明作者确已在本门学科上掌握了坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识,并具有独立从事科学研究工作的能力,在科学或专门技术上做出了创造性的成果。 2.3 学术论文学术论文是某一学术课题在实验性、理论性或观测性上具有新的科学研究成果或创新见解和知识的科学记录;或是某种已知原理应用于实际中取得新进展的科学总结,用以提供学术会议上宣读、交流或讨论;或在学术刊物上发表;或作其他用途的书面文件。学术论文应提供新的科技信息,其内容应有所发现、有所发明、有所创造、有所前进,而不是重复、模仿、抄袭前人的工作。 3 编写要求 报告、论文的中文稿必须用白色稿纸单面缮写或打字;外文稿必须用打字。可以用不褪色的复制本。报告、论文宜用(210mm×297mm)标准大小的白纸,应便于阅读、复制和拍摄缩微制品。报告、论文在书写、打字或印刷时,要求纸的四周留足空白边缘,以便装订、复制和读者批注。每一面的上方(天头)和左侧(订口)应分别留边25mm以上,下方(地脚)和右侧(切口)应分别留边20mm以上。 4 编写格式 4.1 报告、论文章、条的编号参照国家标准 GB1.1《标准化工作导则标准编写的基本规定》第8章“标准条文的编排”的有关规定,采用阿拉伯数字分级编号。 4.2 报告、论文的构成 5 前置部分 5.1 封面 5.1.1 封面是报告、论文的外表面,提供应有的信息,并起保护作用。封面不是必不可少的。学术论文如作为期刊、书或其他出版物的一部分,无需封面;如作为预印本、抽印本等单行本时,可以有封面。 5.1.2 封面上可包括下列内容: a.分类号在左上角注明分类号,便于信息交换和处理。一般应注明《中国图书资料分类法》的类号,同时应尽可能注明《国际十进分类法UDC》的类号。
b.本单位编号一般标注在右上角。学术论文无必要。
c.密级视报告、论文的内容,按国家规定的保密条例,在右上角注明密级。如系公开发行,不注密级。
d.题名和副题名或分册题名用大号字标注于明显地位。
矿产开发时不注重开发方法,造成资源浪费严重威胁企业利益。我国虽然是资源大国,有着充足的矿产资源,但矿产资源的不可再生性要求企业在进行矿产开发时必须重视开发方法,减少资源浪费。近年来,我国矿产开发的强度越来越大,矿产开发作为土地资源利用的主要途径之一,对我经济发展有深远影响。但很多矿产企业人只要求进度,不重视开发水平。在利益的驱逐下,企业强化资源开发,矿产资源开发有很大的漏洞,很多矿产频发资源浪费的现象,损害企业效益,因此企业应提高矿产开发的质量,确保资源合理开发,提高企业效益[1]。
二、变频技术的应用
(一)变频技术的具体方法
科学家在实践中总结,变频技术有利于充分利用资源,与传统的技术相比,变频技术在实践中取得重大效果,不但有效减少资源的浪费,而且利于我国科学研究。变频技术在人们日常生活中非常常见,变频技术广泛应用于电力行业、机械行业和其他多个行业。在生产中,变频技术有显著的节能效果,因此受到各个业界的广泛应用。变频技术在矿产开发的过程中,节能效果更为显著。在矿产开发过程中良好利用变频技术,利于资源合理开发,从而为资源的可持续利用做出贡献。
(二)变频技术应用的必要性
我国矿产资源在世界排名居先,但人口压力过大,人均矿产资源占有量排名落后,因此只有合理的矿产资源才能适应我国国情。近年来,矿产资源过度开采,致使矿产资源的总量飞速减少[2]。我国经济飞速发展,使用矿产资源的公司日益加大,企业间的竞争激烈,对矿产资源的开发力度加大,但企业在开发过程中忽视资源的合理开发,造成资源浪费。变频技术能实现节能,在矿产资源开发过程中使用变频技术,从而实现对矿产资源有效节约。变频技术还可以降低矿产开采时造成的污染,这不但为我国环保事业做出贡献,更利于企业可持续发展。
(三)变频技术的使用意义
矿产资源在开发过程中的资源浪费是最严重的开采问题之一,资源浪费影响矿业发展,对能源可持续利用和企业发展造成严重危害,威胁国民经济发展,矿产资源开采主要问题是资源浪费,通过变频技术降低矿产开发时造成的矿产资源浪费,保证开发生产的顺利进行,提高了矿业生产效率,促进国民经济增长,合理的矿业开发也有效提高开发质量,避免资源浪费。我国作为人口大国,资源的合理利用非常关键。人是推动社会发展的核心,在生产和生活中只有提高人的主观能动性,才能为企业带来利润。科学的变频技术增强员工对矿产资源开发的热情,员工对工作的内容有认同感,提高员工工作积极性,有效提高生产力。矿产资源的是我国经济发展命脉,只有良好合理的矿产开发才能推动经济发展[3]。
三、结论
热模拟测量法并非直接的测量,而是通过模拟绕组与变压器油之间的温度差来测量变压器的温升平均值。其工作原理是加热电流流经一个电热元件,产生了附加升温,再使用电流匹配器进行调节,使所升高的温度恰好与绕组油的温差相同。这种方法的缺点是受外界环境影响较大,必须在规定的环境条件下进行测量。并且,这种方法只能模拟平均温升,而无法获知最高温度。另外,电流回路还会增加设备维护的难度,安全措施难以做好。
2间接计算法
这种方法需要获知几种变压器其绕组的热点温度,通过套入公式来间接计算需要测量的变压器的温度。这种计算方法的模型有三种,分别基于技术标准、热路和热阻。这种方法的优点是计算结果准确,实用性非常强。
3在线测量技术的优越性
上文中提到,直接测量法成本高昂且结果不精准,光纤光栅法结果精准,但成本高昂,而热模拟法虽然在日德等许多国家都有应用,但理论分析与实际情况有着巨大差别,导致了测量结果的较大偏差。仅间接计算法按照《油浸式变压器负载导则》中提到的计算公式[2],可以较准确地计算出变压器的热点温度。间接计算法经济实用、操作简便的优越性使其在变压器测温方面得到了广泛应用。由于间接计算法要通过几种变压器来间接获得最终结果,计算过程耗费时间较长,对计算机运算能力要求极高,待结果得出后向有关部门反应,有关部门再派出维护人员进行维修,这使得间接计算法暴露出一个非常明显的缺点——计算复杂、反应不及时。为此,业界许多研究人员对变压器的温度测量方法进行了深入的研究,目前已经取得了一定的研究成果,制作出一种在线监测仪器。这种仪器基于负载导则,模型依循旧版导则的简单计算公式,受到外界影响的可能非常小,结果的精确度非常高。由于计算公式涉及到的温度是稳态温度,不必考虑不同时间段温度的变化会对最终结果造成影响。在线监测仪器内置GPRS模块,可以与距离较远的变电站实现远程监测与控制。
4在线测量系统
4.1在线测量系统的工作原理
在线测量系统包括上位机、下位机、传感器和变压器本身。电力人员在油浸式变压器内安装在线监测仪器,在线监测仪器包括N个温度传感器,传感器在变压器温度上升时通过下位机中内置的GPRS模块将信息传送至变电站的控制中心,变电站的工作人员通过上位机获得变压器的温变信息,可以及时快速地安排人员前去维护。下位机的主要部件有温度传感器与单片机处理单元。下位机在变压器上只需安置五个检测点,即可对变压器的底部、油面、顶部、箱体以及环境五处温度进行及时的监测。下位机内置微处理器,与传感器相连,通过液晶屏显示即时温度。五处检测点,有任何一点的温度值超过内置的温度标准,将会引发微处理器发生报警信息。下位机通过内置的GPRS模块将信息传输至变电站内的上位机,上位机内的相关软件通过代码编译,迅速显示出工作人员可以理解的曲线和数据结果,并作出音像报警和故障分析。
4.2硬件
4.2.1下位机下位机的温度传感器通常为产自美国Dallas公司的DS18-B20半导体,微处理器一般为Atmel公司生产的AT89-S52。这种微处理器的串口可以跨越较远的距离,与GPRS模块进行数据传输。YM-12684液晶屏可以显示温度信息与故障代码。温度传感器通过屏蔽双绞线将温度信号传送至单片机中,鉴于屏蔽双绞线的特性,有效距离最多为50m。4.2.2GPRS模块GPRS模块是远距离无线通信的核心,通过TCP/IP协议,数据可以畅通到达终端设备处。
4.3软件
4.3.1通信协议在线测量系统的通信协议就是上文所提到的TCP/IP协议,AT指令集也能支持。4.3.2上位机和下位机软件上位机的软件可以借助GPRS模块查询到来自下位机的变压器温度信息,并显示温变数据、绘制温度曲线、打印温度报表、做出音像报警、记录故障信息、分析故障原因。下位机的软件依托于C语言指令,循环读取各个端口的温度信息,依照内置命令完成监控、报警功能。
5结语
深圳华能公司是我国从频技术最早的企业之一。许多负载第一次应用变频技术都有深圳华能公司的参与,如输油泵(87年大庆采油二厂集输站11套)、20吨桥式起重机(89年独山子石化公司炼油厂)、焦化桥式吊车(91年茂名石化公司)、20吨转炉倾动及氧枪升降(93年承德钢厂三套)、腈纶纺丝生产线(94年大庆化纤厂)、2.8m×44m回转窑(90年株州有色金属冶炼厂)、3.6m×30m煅烧炉(92年唐山碱厂)、大型辊道(93年鞍钢中型厂后送工序改造采用变频50多台)、海上平台电源(92年南海石油西部公司装备部)、150HZ/160V200KW电源(89年邵阳化纤厂9套、吉林化纤厂28套、湖北化纤厂14套、九江化纤厂12套、宜宾化纤厂8套)、1250KW/6000V电场引风机(98大庆新华电厂二套)、高压氨泵(97年长岭炼油厂、辽河化肥厂)等。在化纤行业,其业绩多多,下面逐一说明。
2腈纶生产线
纺丝的工艺复杂,工位多,要求张力控制,有的要求位置控制。大庆腈纶厂95年对其引进美国CHEMTEX公司采用美国ACC工艺技术的年产5万吨腈纶生产线进行了变频PLC改造。我们采用了“同步运行方式”,设置“无张力控制环节”、“松紧架同步装置”、“总线速度控制方式”、“转矩矢量控制”等技术,使整条生产线20个丝束处理单元同步运行,平稳可靠,牵伸倍率由1.04到1.4,年增产达382吨,故障降低、节省维修费57.5万元,年提高产品质量、提高等级合格率经济效益达325万元,年节电58万kW。97年该项目通过中国石化总公司鉴定,专家结论达到90年代国际先进水平。
兰化化学纤维厂是我国1965年从英国考陶尔茨(Courtaulds)引进的第一套8000t/a腈纶生产装置,生产工艺采用硫氰酸钠一步法。
腈纶生产过程是一种相当精细的生产过程,调速精度要求非常高。除纤维的成型和后处理以及毛条加工直接依赖调速外,纺前准备和原液系统的液位、压力、流量控制以及生产的平稳性、丝束质量、能耗、物耗等都与调速性能有直接或间接的关系。该纺丝生产线长达170m,各道工序丝束的运行速度都是根据工艺要求来设定的。原设计速度控制系统全部采用滑差电机、直流电机及与其配套的电子系统来实现,但由于原英国装置已运行20多年,设备严重老化、故障率高,加上设备本身复杂,维修量大,生产上往往一处波动都会引起全线波动,甚至造成全线停车,生产稳定性差,非计划停车次数多,产品质量难以保证。
1995年对纺丝生产线的调速系统及主要调速设备进行了全面改造。三条纺丝生产线共安装变频调速器113台,全部淘汰了滑差电机和直流电机,生产稳定性明显提高,非计划停车次数逐步减少,废丝、废胶量明显降低,产品质量有了显著的提高。
采用变频调速技术后,1995年产量达到16000t/a,把原设计能力翻了一番。这一成绩的取得,除设备改造更新后,积极大胆广泛地采用变频调速技术也是关键因素,仅增加产量一项,每年即可创效益近500万元以上。
变频调速技术因其稳定性好,可靠性高,大大提高了设备的运行周期,使过去由于电气仪表原因造成的非计划停车次数大幅度下降,每年可增加产量近150吨,增加效益近百万元。产品质量有了明显提高,废丝、废胶率逐年下降,NaSCN等原料的单耗亦下降,生产成本降低。
1995年与1993年相比,减少废丝294.004吨,废胶450.151吨,增加利润89.49万元;节约NaSCN320.16吨,增加利润192.096万元,节约材料费近30万元。合计增加效益311.50万元。
从表1可知,节电效果显著,经实测,当用变频调速器协调控制时,电机使用功率平均比原来下降50%以上。
该厂目前有200台电动机使用了变频调速器,其使用变频器前电动机功率总和为828.4kW,使用后功率总和为467.61kW。每台电动机按设计一年运行8000小时,(实际上大于8000小时)则每年可节电288万kW.h,每度电按0.21元计,每年可节约60万元左右。200台变频器投资约300万元,综合效益1000万元。
3涤纶前纺生产线
仪征化纤联合公司涤纶一厂前纺变频控制系统是80年代引进西德AEG公司技术,由国内组装的SCR逆变器,由于系统是分立器件,可靠性低,由于SCR不能自关断、要是使其关断,增加强迫关断电路,使设备体积增大。由计量泵和卷绕机构组成一条生产线,计量泵有24台、由1台变频器控制,卷绕由7辊、5辊和喂入轮组成。7辊有7台电机,由1台变频器控制;5辊有5台电机,由1台变频器控制,喂入轮1台电机由单台变频器控制。为了保证精度,从计量泵到卷绕机构共计37台电机全部采用永磁或永磁反应式同步电机,卷绕7辊、5辊和喂入轮严格按工艺给定的比例运行,保证微张力牵伸。并要求在低速伸头完成后,卷绕各辊按比例和固定的斜率升到高速生产。原系统为4备1(或2备1)系统,即有4条常用生产线,1条线后备,主回路由电磁接触器联锁切换,控制信号的逻辑电路由中间继电器构成并完成切换,而模拟电路(如设定信号、比例信号)的切换,靠更换接插头电缆完成,切换很频繁,与中央控制的逻辑联系靠很多中间继电器来完成。由于控制落后,严重影响了生产,已造成必然。1993年深圳华能公司和涤纶一厂工同设计了由富士变频器和可编程控制器组成的前纺电气传动控制系统。该系统频率设定电路采用数字设定方法,不仅达到工艺要求的高精度要求,设定分辨率达到0.01Hz,而且从根本上解决了模拟设定电路的温度漂移问题。在调试和生产运行中证明了这一点。
系统的所有操作,即变频器的启动、停止,包括现场的低速、高速信号和系统间的连锁信号与仪表系统的信号控制、主台与备台的切换逻辑连锁,全部用1台PLC来实现,大大简化了外部接线,省去了所有的中间继电器,从而大大提高了系统的可靠性,因为PLC的所有输入、输出均有指示,也为系统的维护带来很多便利条件。
以主台与备台的切换举例,原系统在主备台切换时,有专用的切换控制柜,在切换柜上完成主回路的切换,有一批中间继电器完成相应的逻辑连锁。变频器的模拟设定等信号要靠接插件改变连接来实现,而现在的系统只要一只转换开关,就可将主回路的切换和控制回路、设定电路的所有信号的切换工作完成,中间逻辑、连锁逻辑完全由PLC的软件来实现,从而大大简化了切换操作,提高了切换速度,降低了故障率。
4切断机
仪征化纤工业联合公司涤纶四厂纺丝车间切断机为20世纪80年代引进德国产品,属双闭环直流调速控制,投产以来,逐渐暴露一点问题,不能适应“安、稳、长、满、优”的要求,其问题是:
(1)系统振荡。控制系统属于双闭环直流调速,对速度环,电流环和反馈等参数的调整配合要求相当高。稍有参数调整不当,反馈信号干扰,就会产生切断机刀盘振荡,造成切丝长度不等,机械齿轮磨损等,严重影响纺丝的正常运行。
(1)插卡故障高。由于该系统由两组可控硅实现正、反转,现场操作正、反转频繁,系统经常在两个象限间变化,因而封锁逻辑功能负担很重。在使用过程中,曾出现封锁逻辑损坏现象。
(3)制动抱闸卡死。系统制动部分采用电磁抱闸原理。实际运行中,启停车相当频繁,而制动单元摩擦片极易损坏并卡死,现场条件又使得换卸工作相当不便,这种类型故障往往需相当长时间才能修复,严重影响生产。
(4)电机碳刷磨损快、火花大。直流电机及测速发电机碳刷磨损快,经常造成火花增大,从而使系统稳定性、可靠性降低,并增加了日常工作的维护量。
为此,1993年在深圳华能的配合下,对该设备进行了改造,设计方案的特点如下:
4.1新系统的特点
(1)在新系统中,核心环节变频单元,选择了具有90年代水平日本富士公司生产的FRN5000G7S系列变频器,该变频器控制器采用了双16位CPU,并具有高速转矩限定,转差率补偿控制等特殊功能。对中心环节-信号处理单元,选择了具有90年代先进水平的可编程控制器。
(2)新系统中采用了微处理机,增加了全工艺流程显示功能,一旦出现故障,马上能采取相应的处理手段,充分利用富士变频器的优点,对输出电流、输出频率(输出转速)都做了限定(并对其数据进行加权处理),从而提供了系统的可靠性。
(3)利用国产交流电机与系统配套,采用原系统中的产量显示功能,可靠并降低了成本。
(4)由于富士变频控制器、微处理机都具有计算机通讯接口,便于今后系统扩充,系统联网。实践证明,新设计的系统是十分成功的。
4.2新系统的运行效果
新系统于1993年3月制造完成,4月调试空运成功。7月上机运行,经过5个月的运行,证明其性能优异,完全满足工艺生产要求。运行稳定、可靠,无任何故障出现,具有很强的实用性,完全达到原系统的指标,经试用证明,新系统的运行效果如下:
(1)该系统控制性能,产品适应范围(调速范围)达到并超过了原德国设计系统,切断速度在原设计50~350m/min之内系统控制稳定,并根据工艺要求可调。
(2)新系统保护功能强(13种),并具有故障记忆、自诊断、显示功能。对分析故障及解决问题提供了强有力的手段。
(3)调试简单。新系统所有参数的设定及修改均由面板的主键盘来完成。与以前的系统相比,大大缩短了时间,简化了调整方法,使其更易掌握。
(4)新系统中采用的变频器具有很多独特的、有实用价值的功能。如高速转矩的计算、转矩的限定、电流限定等功能。这些特性保证了新系统的性能优异。
(5)新系统功率因数高,谐波成分小。因为系统中变频器整流侧采用的二极管桥,因此实测功率因数都很高,均在0.95以上,而原设计系统功率因数值仅在0.45~0.8之间。
(6)新系统有比较优越的价格性能比,而且体积小,重量轻,更换方便。
(7)系统可靠性高。由于该系统采用交流电机,无滑环和炭刷、不可能打火和更换,提高了设备可靠性。
(8)提高生产效益。原切断机投产以来,累计故障停产50次,每次平均1.5天。
(9)电控系统比较如表2所示。
5长丝高速纺
天津石油化工厂高速纺螺杆挤压机调速系统是80年代由日本引进的。经过几年来(特别是近年来)的运行,逐渐暴露出了问题。
(1)不适应符合品种大范围变化的需求,生产过程中时有跳闸现象出现(先天存在)。据开车6年来统计,每年均在十次以上(90、91年多达40次/年以上),严重影响了纺机的正常运行。
(1)由于现场环境不良等原因,造成PG测速反馈环节故障而导致的螺杆挤压机停车现象也屡有发生(开车以来发生16起)。
(3)原装置功率因数低,谐波成分高,对电网污染大。
(4)原装置本身由于元器件等问题,近年来也偶有故障发生,然而备件供应困难、周期长(要2年左右),价格高(一套控制板要13万元人民币左右),因此这一环节也直接影响了生产的稳定。
5.1螺杆挤压机的变频改造
由于上述问题的存在,从90年代开始,被迫在部分螺杆挤压机上采取了减位生产等措施。仅此一项每年就使该厂损失利税数百万元以上。
据此原因,该厂会同深圳华能公司对POY螺杆挤压机调速系统进行改造。
(1)在新系统中,核心环节-变频单元,我们选择了90年代水平,日本富士公司生产的FRN5000G7-4系列变频器。该变频器控制回路采用双十六位CPU,控制采用磁通控制SPWM模式,并具有高速转矩限定、转差频率补偿控制等特殊功能。
(2)新系统中压力调节部分仍采用了原装置中的智能化压力调节器(型号:SLCD-120*B〈日本YEW公司产〉)。
(3)利用FRNIC5000G/P7系统变频器特有的转差补偿控制功能,去掉PG测速反馈环节,进一步简化了系统。
(4)该系统控制性能,产品适应范围(调速范围)达到并超过了原日方设计的系统。该系统在生产250dtex(最大规格品种)poy丝时,喉部压力可保证在+(-)0.5Mpa之内。这小于工艺允许压力偏差值,而调速范围可达原系统的数倍以上。
(5)新系统保护功能强(13种)并具有故障记忆及自诊断功能。一旦变频器出现问题,这对分析故障及解决问题提供了强有力的手段。
(6)调试简单:新系统所有参数的设定及修改均由面板上的键盘来完成。较以前的系统,大大缩短了调整时间,简化了调整方法,使一般人更易掌握。
(7)新系统中采用的变频器具有很多独特的、有实用价值的功能。如:高速转矩计算、转矩限定、转差补偿控制、电流限定等功能。这些特性,保证了新系统的优异性能。
(8)新系统功率因数高,谐波成分小。因为系统中变频器整流侧采用的二极管桥,因此实测功率因数很高,均在0.97以上,而日方设计系统cosφ值在0.4-0.8之间。表3是3台螺杆机实测值:
(9)新系统有比较优越的价格性能比,且体积小、重量轻、更换方便。
(10)系统可靠性高。由于系统采用GTR元件只有一个功率控制级,因此可靠性能大大提高(原系统有整流、逆变两个功率控制级)。
-)1Mpa≤+(-)0.5Mpa
5控制电路型式数-模混合双CPU全数字化
6控制功能实现硬件编码设定(软件)
7电流波形阶梯波接近正弦波
8速度环有无
9转矩限定功能无有
10调整方式电位器键盘输入
11保护功能5种13种(故障记忆)
12通讯功能无RS232C串行接口
13扩展不方便5种标准选择、方便
14电流检测CT霍耳元件
15显示LED灯显示数显
16容量44KVA60KVA
17价格(万元)726.1
6卷绕机
天津石化公司长丝厂1985年引进全套日本帝人公司POY纺丝设备,电气调速系统采用变频器集中控制,其中卷绕机使用FRNIC-1000可控硅电压型变频器。
6.1原系统的主要特点:
(1)主件开关速度慢
(2)输出波形不好
(3)变频器设计复杂,故障率较高
(4)用集中控制,一台变频器带几十台卷绕机,若某一台卷绕机出现故障或操作不当都可能使变频器跳闸,易使故障扩大,这种故障每年发生10次左右,并逐年增加。
(5)卷绕机使用的电动机是特殊电机,起动电流是运行电流的15倍左右,频繁起动容易烧毁电机。
(6)锯齿波发生器是模拟量控制,控制精度低、温漂大、抗干扰差。
基于以上原因,1996年初决定对原集中变频系统进行改造,双方工程技术人员经过试验分析,选用了在国际上较先进的日本明电舍VT210S具有卷绕机要求的摆频功能系列变频器。
6.2变频改造后的系统特点
(1)频率精度较高,数字设定±0.01%,适合纺丝生产要求;
(2)抗干扰能力较强,而对其他电气设备干扰小;
(3)故障诊断功能强:23种代码分别代表过流、过压、欠压、过热、过载、I/O、接地、CPU等等。对故障状态下的电流、频率都有记载,便于故障分析和处理。
(4)内部输入/输出信号,既有RY接点继电器输出,又有集电极开路输出;
(5)变频器具有往复运行方式功能,适合纺织机械要求横动速度反复变化的需要,不用另加锯齿波信号源:
改造后的变频器的负载运行测试数据如表5所示。
注:FR为磨擦辊电机,TR为横动电动机。
以上数据看出采用明电舍210S型变频器做卷绕机单台控制后电动机起动电流明显减小,实现了所谓的“软”起动,与改造前起动电流50A比较,冲击电流见效80%。
设备投入运行以来,没有一台卷绕机电动机烧毁,过去平均每月要烧毁电动机1.5-2台。
改造后摆频部分的工艺参数可以用数字量精确控制,使产品质量和产量大幅度提高。
48台卷绕机变频系统由“集中”变频控制改造成“单台”变频控制后,稳定了工艺,不到一年即收回改造投资,改造非常成功,为该厂提高产品质量和增加产品产量打下基础。
7聚酯生产线
聚酯生产是连续的过程,我国的聚酯生产装置最初是从国外成套引进,最近几年由于扩容,多数由国内设计并购国内设备来完成增容改造。我公司参加并完成如辽化聚酯厂和浙化联聚酯装置的改造,由于均选用进口变频器,低压开关,接触器等。既保证了设备可靠性,又降低了设备成本。
聚酯生产中,有调速要求的有浆料输送泵电机、预聚反应器搅拌器电机、预聚物输送泵电机、后缩聚反应器搅拌器入口电机、后缩聚反应器搅拌器出口电机、熔体输送泵电机、消光剂输送泵电机等。聚酯生产过程是一个连续的、自动化的过程,装置由DCS(集散控制系统)系统集中监控,各个传动部位接收来自DCS的控制指令并回馈相应的运行状态信号给DCS系统。
一般情况下不允许其中某个环节突然中断,一旦发生较长时间的中断可能导致巨额的经济损失。因此,在有可能的部位,管道设计成两个通路,每个通路设有传动装置,可以互为备用,也可同时工作。后缩聚反应器搅拌器出入口电机对连续工作的要求更高,由于该部位电机本身无法备份,对变频器的可靠性要求就大大提高,因此一般要求变频器设置二套互为备用,在运行变频器出现故障情况下备用变频器应能尽快投入运行,保证连续生产的需要。
由于聚酯生产装置对传动系统可靠性要求较高,满足电机的在线启动,重载启动功能及较强的通讯扩展功能,我们采用德国西门子变频器及日本富士变频器。
聚酯变频器调速系统的一次回路构成如图1所示。
由于一套装置中采用了较多的变频器,因此变频器产生的谐波问题就比较突出。为此在变频器输入侧和输出侧均安装了交流电抗器。输入电抗器主要起抑制谐波对电网的污染并有效地改善功率因数的作用。输出侧电抗器则主要起抑制高次谐波的作用。变频器输出电压中包含的高次谐波有两个不利的影响:一是干扰弱电控制系统,二是在较长的电缆中产生漏电流,这个漏电流有时足以使变频器和计算机无法工作。在没有输出滤波电抗器情况下,电机与变频器之间的最大允许导线长度在100米左右,而使用输出滤波电抗器时这个长度可以达到600~800米。由于聚酯生产装置往往比较庞大,电机与变频器之间的距离都比较远,所以为了保险起见需加装电抗器。另外,输出电抗器对保护电机绝缘也有好处。
上述一次线路构成适用于浆料输送泵、预聚物输送泵、熔体输送泵、消光剂输送泵、预聚反应器搅拌器电机等的变频驱动。对于后缩聚反应器搅拌器出/入口电机的变频驱动来说,由于电机无法备用设置,为了提高可靠性,采用两套变频器互为备用的方式,其一次线路图如图2。
这样设计的调速系统,在辽化、浙化联运行的都很成功,达到了工艺要求和增容的目标。同国外进口的聚酯装置相比,有如下的特点:
(1)可靠性、实用性高于原进口设备。由于是国内设计,目的性明确,且设备均选用国外最先进的变频器和低压电器,因而在可靠性、实用性方面都要优于原进口设备。
(2)工艺连续性优于原进口设备。原进口设备的不足之处,实用后做了改进,在我们改造中体现出来,更为实用。
(3)造价仅为原进口的1/3。
8粘胶长丝静变频电源
粘胶长丝是以棉籽等做原料的非常受欢迎的化纤产品,出口很多。
粘胶纤维行业纺丝设备多数是高速电机,众多的纺锭电机为150Hz/160V。长期以来,国内粘胶行业一直使用电动-发电机组中频电源供电,称动变频。由于这种方法弊病太多,而逐步采用交流变频电源供电,称静变频。我公司首先为邵阳化纤厂提供8套150HZ/160V160KW静变频电源;接着为吉林化纤厂提供25套150HZ/160V200kW;湖北化纤厂14套;九江化纤厂12套;宜宾化纤厂7套;维坊巨龙化纤厂16套静变频电源,均采用日本富士变频器。邵阳化纤厂是我国粘胶行业最早自行应用静变频的厂家,8台160kW变频器分二组供电(每组一台备用)。自1992年12月生产以来,比动变频有明显优势。
(1)可靠。运行多年,未发生故障跳闸。
(2)运行稳定,电压、频率波动极小。
(3)调频方便,为工厂生产不同捻度的丝饼创造了条件。
(4)噪音小,改善了操作人员的环境
(5)提高了产品质量。该厂一期工程(采用动变频供电),粘胶长丝合格率仅55.1%,一等品合格率为零,二等品合格率20%。而二期工程(采用静变频供电)平均合格率98.12%,一等品合格率为88.7%。
(6)增加了产量。一期工程设计能力2000吨/年,试生产半年,产量仅365.53吨,而二期工程设计能力1000吨/年,试生产半年,生产长丝685.25吨,大大超过设计能力。
(7)节电13%。
由于静变频电源给企业带来颇丰的利益,优质、增产、节能、降耗、降噪声。全国15家粘胶长丝生产厂,基本上淘汰了动变频设备,而选择了静变频电源。
参考文献
[1]王占奎等.变频调速应用百例[M].北京:科学出版社,1999.
[2]胡建忠,陈滨岛,杨恒之.长丝高速纺挤压机变频调速系统研制情况报告[C].CECE''''94184P.
[3]戴思斌.交流变频调速技术在腈纶生产中的应用[C].CECE''''9681P.
[4]丁永汀,杨波,吴建锋.聚酯装置变频调速系统[J].电气传动,2002年增刊32卷351P.
二.剪辑(Filmediting)是电影的后期制作流程之一,是由电影剪辑师将前期拍摄的视觉素材与声音素材重新分解、组合、编辑并构成一部完整电影的过程的总称。电影剪辑要处理的最基础问题,是镜头与镜头之间的时间和空间关系。而剪接(cutting)指胶片的具体工艺处理,蒙太奇既指镜头组接的艺术技巧,又常指由剪辑而获得的艺术效果,但在有些国家,蒙太奇也是“剪辑”的同义语。
将一部影片拍摄的大量素材,经过选择、取舍和组接,最终编成一个能传达创作者意图的作品,是电影创作的主要组成部分、一部影片从拍摄到完成的一次再创作。
早期阶段的电影只是将舞台剧原封不动地拍摄到胶片上,实际上是舞台剧的活动照相。20世纪初,从美国电影导演格里菲斯开始,采用了分镜头的拍摄方法,将内容分解为一个个不同的镜头分别拍摄下来,譬如用近景、特写等镜头来突出细节,用全景、远景来介绍环境,用一系列短镜头的快速转换来制造气氛和节奏,从而使电影摆脱了舞台剧活动照相的框框,成为一门独立的现代艺术,也由此产生了剪辑的艺术。
EdwinS.Porter一般被认为是最早发明剪辑的电影导演之一。爱迪生公司早期制作的电影多是静止拍摄的短片,随着电影长度的逐渐增加,EdwinS.Porter拍摄了里程碑般的TheLifeofAnAmericanFireman(1902)。第二年他拍了TheGreatTrainRobbery,现在被当作早期剪辑术的范例。
结论:
【关键词】变电检修;问题;技术
1 变电检修工作中存在的问题
1.1 变电检修目的不明确
我国企业对生产设备的变电检修认识不够正确,对变电检修的目的不明确,认识不到进行变电检修的重要性,有些都是应付了事,或是在进行变电检修过程中不够认真,同时许多进行变电检修的检修人员没有应有的安全意识和质量意识,对变电检收工作不能细心认真完成,在检收过程中容易出现检修结果误差,而往往在被忽视的变电检修过程中的微小问题都会成为日后造成严重安全事故的隐患,这种情况的出现正是由于变电检修工作目的不明确所造成的。
1.2 检修工作记录不全面
变电检修工作需要对每一次的变电检修结果进行精确、仔细的记录,作为分析变电设备运行状态和安排进行变电设备检修的根据。但是有些从电检修的工作人员由于大多没有经过专业的变电检修培训,往往不知道进行变电检修工作记录的重要性,不懂得在检修工作中进行技术要点记录和成本分析的重要性,造成变电检修记录不明确或不完整,影响变电检修结果的分析,这样不能为变电检修提供有用的分析数据,也给制定变电检修计划造成了麻烦,甚至一些边远地区的变电站都没有进行相关数据记录和成本分析报告的工作过程,对变电检修工作记录认识的不正确造成的变电检修工作记录不完全严重影响了变电检修工作的进行,并有可能引起巨大的安全隐患问题。
1.3 检修人员技术水平不合格
许多变电所负责变电检修的检修人员往往没有经过专业的技术培训、业务培训或安全意识培训,或者一些技术人员所掌握的检修技术已经严重落后,不适应对先进设备进行检修,在检修过程中就会出现一些问题,严重影响检修结果的准确性。一些地方变电所的检修人员非但没有专业的技能培训基础,甚至是半路出家从电检修工作,没有过硬的检修技术知识,这就给变电检修工作带来了一定的影响。同时,在当今计算机信息时代,计算机技术广泛应用于电力系统的情况下,检收技术人员在掌握必要的专业技能的同时也必须要掌握一定的信息处理技能,而一些年龄较大的技术人员,掌握新知识的能力较差,不能及时掌握关键的计算机数据处理和网络应用技术,这也就在一定程度上影响了变电检修的结果。
1.4 设备陈旧落后
有些供电企业,由于没有充足的资金支持,不能及时的更新变电设备,新旧设备使用参差不齐,有许多地方的变电站设备已经接近服役寿命却还在超负荷运行,在这种超负荷运行的条件下,就加重了变电检修的负担,同时用于设备维护和检修的费用也在增加,甚至积少成多超过了更换变电设备的费用,给变电单位造成了得不偿失的影响。同时,在对这种超负荷运行的设备进行变电检修过程中就会出现检修误差,轻则影响设备维护工作进行,重则就会由于安全隐患的存在造成严重的安全事故。
2 变电检修技术分析
2.1 对带电作业的各项要求
2.1.1 绝缘工具的要求
(1)选择电气性能优良的绝缘材料,如环氧酚醛玻璃布板(管),避免选用吸水性大的材料;
(2)绝缘材料尺寸稳定,耐腐蚀性能好,有足够的机械强度;
(3)按不同电压等级选用相应有效绝缘长度的操作杆;
(4)使用前必须按规程对绝缘工器具进行绝缘测试,绝缘合格方可使用。
2.1.2 对带电作业的注意事项
(1)带电作业必须由专人监护,监护人不得兼任其它工作;
(2)参加带电作业人员上岗前须经过培训,并在停电的模拟设备上严格进行操练,通过相关规程考试,经负责人批准方可从事带电作业工作;
(3)作业人员身体健康,精力充沛;工作负责人应随时观察作业人员,如果发现作业人员的体力或精神状态不佳,立即停止其工作。
2.2 对于接头发热的处理
(1)检修前首先查看测温数据的最低和最高温度值,查看运行记录,了解通过此过热点的最低和最高负荷电流,两种数据综合分析比较,做到心中有数;
(2)细心观察过热接头的外部现象,如颜色、气味、烧痕、内外部接触缝隙、螺丝的紧固强度和均匀程度等;
(3)对于软母线接头的发热,应首先清除导线和线内表的烧伤疤痕,并用0号砂布磨平,然后用钢丝刷彻底消除导线缝隙间和线夹表面的氧化物、硫化物、污垢(有铝包带的要拆除),再用金属清洁剂或汽油冲洗擦净导线缝隙和线夹上的金属碎屑,最后按照螺丝紧固工艺,对角均匀拧紧。如果螺丝、螺母滑扣、滑丝或烧伤,应更换;对于烧伤严重或重复过热的部位,因为铜、铝排的接触面已经多次烧伤且温度很高,接触面的结构分子已经离散疲劳,电阻率成倍增加,这时就应该更换新的铜、铝排。
2.3 预防设备热故障的对策
(1)严把金具质量关。变电站母线及设备线夹金具,根据需要选用优质产品,载流量及动热稳定性能,应符合设计要求。特别是设备线夹,应积极采用先进的铜、铝扩散焊接工艺的铜铝过渡产品,坚决杜绝伪劣产品入网运行。
(2)采取防氧化措施。设备接头的接触表面要进行防氧化处理,应优先采用电力复合脂(即导电膏)以代替传统使用的凡士林。
(3)控制紧固压力。部分检修人员在接头的连接上有错误认识,认为连接螺栓拧得愈紧愈好,其实不然。因铝质母线弹性系数小,当螺母的压力达到某个临界压力值时,若材料的强度差,再继续增加压力,将会造成接触面部分变形隆起,反而使接触面积减少,接触电阻增大。因此进行螺栓紧固时,螺栓不能拧得过紧,以弹簧垫圈压平即可,有条件时,应用力矩扳手进行紧固,以防压力过大。
(4)加强运行监视。对于运行设备,运行值班人员要定期巡视接头发热情况。有些连接点过热可通过观察来确定,比如运行中过热的连接点会失去金属光泽,导体连接点附近涂的色漆颜色加深等。
2.4 对接地引下线的运行维护
(1)加强日常外观检查,若有细微锈蚀必须及早刷漆。
(2)从接地引下线地面以下30cm起至地面以上50cm范围,按安全设施规范化管理要求,在接地线表面涂以15~100mm宽度相等的黄绿间隔条纹漆,进一步增强防锈强度。
(3)按规程要求,采用测量接地引下线与接地网(或相邻设备)之间的直流电阻值来检查其连接情况。在现场测量中,由于地中存在自然电场和人工电场的干扰,只有加大电流才能消除干扰,因此推荐直流伏安法,并建议所加电流在10A左右。
(4)要特别注意继电保护二次接线盒接地或控制箱外壳接地的引下线连接完整可靠。
(5)在中性点不接地的配网中,电缆头的接地线必须经过零序CT的铁芯内部。一旦接错,运行人员就无法得到该电缆接地的信号,可能引起故障延续和扩大,甚至发生电气火灾。
3 小结
电力系统走向市场只是时间的问题,更多的人认识到投资要求更合理的回报,降低能耗也就成为提高经济效益的关键点。对变电设备进行检修时降低能耗的合理优化方法之一,变电检修方式的变革主要是降低检修费用,防止强迫限电所造成的巨大经济损失,保证运行的设备能够在更安全平稳的环境下运行,提高变电设备的使用寿命。
【参考文献】
作者:熊鹰 单位:长沙理工大学资源环境系
本研究根据相关文献[3,10-15]中对中国生态足迹的计算取值,草地为0.19,林地为0.91,水域为1。同时,根据世界与发展委员会(WCED)报告《我们共同的未来》指出,生物并非人类所独有,人类应将生物生产土地面积的12%用于生物多样性的保护[2]。因此,在计算生态承载力时,应从总数中扣除这一部分。人均生态承载力计算公式为:(表略)式中:EC为区域总生态承载力(hm2),N为人口数。ec为人均生态承载力(hm2人-1),aj为人均生物生产面积,rj为均衡因子,yj为产量因子,j为土地类型(j=1,2,3,…)。生态赤字(盈余)生态足迹对可持续性的衡量,主要依据生态足迹和生态承载力差值。当区域内EF>EC时,将出现生态赤字,其大小等于生态承载力减去生态足迹。生态赤字表明该地区人类对自然资源的消耗超过了生态承载力,生态安全受到胁迫,区域的发展模式处于相对不可持续状态。当区域内EF≤EC时,则产生生态盈余,表明该区域自然生态资源可以满足人类对资源的需求,地区内自然生态资源在一定的保护措施下可以得到增加,使得生态承载力供给扩大,区域生态系统处于安全状态,自然生态资源发展以及该区域的生产和消费模式具有相对可持续性。生态赤字/盈余的计算公式为:ED=EFEC=N(efec)(3)生态足迹的动态变化1998—2006年湖南省人均生态足迹在1.2441~1.6377hm2之间变化,总体呈现逐年递增趋势,在此期间人均生态足迹增加了0.3936hm2,增幅达31.64%。但在变化的幅度上有差异,1998—2002年间年均增长率为4.46%,2003—2006年年均增长率降低到2.85%。而在此期间,生态承载力则呈现下降态势,由1998年的0.4819hm2减少为2006年的0.4556hm2,期间共减少了0.0263hm2,年均减少率达5.46%。将各年的生态足迹与对应年份的人均生态承载力进行比较可以看出,1998—2006年湖南省均处于生态赤字状态,人均生态赤字最高达到1.1821hm2,最低为0.7621hm2。因此,在此期间在省域尺度上,湖南省的人均生态足迹呈持续增长趋势,人均生态承载力一直在减少,从而造成其生态赤字一直增加。湖南省生态赤字逐年提高也反映出,生态足迹与生态承载力之间的矛盾加剧,生态环境处于不安全状态。1998—2006年间逐年增加,从需求结构上看,草地、耕地是构成湖南省人均生态足迹的主要组成部分,分别占人均生态足迹的30.11%~37.34%,29.83%~33.53%。其次,是化石能源地(17.60%~22.85%)、水域(9.32%~11.27%),林地(3.63%~4.79%)以及建筑用地(0.15%~0.19%)。
生态足迹的供需结构为各项资源人均供应量与需求量在不同年份的对比关系。研究期间,林地和建筑用地的供给量大于需求量,表现为盈余;耕地、水域、草地和化石燃料的需求量均超过了供给量,表现为赤字,尤其是化石燃料用地,湖南省该类生产面积几乎为零。从供给结构上看,耕地是构成湖南省人均生态承载力的主要组成部分,占人均生态承载力的51.02%~53.23%。但1998—2006年,耕地供需一直呈赤字状态,究其原因,一方面是退耕还林(湖)的影响;另一方面是由于区域人口的增多和城市化进程的推进,很多耕地同时也被开发出来作为建筑用地,从图3(d)建筑用地供给量逐年增加的趋势亦可以体现。值得注意的是,2002年后通过加强土地整理以及大力实施耕地占补平衡措施,从而使耕地赤字的增长幅度有所降低。1998—2002年耕地赤字的增长率为5.74%,2003—2006年减少为2.75%。在不同资源人均生态承载力结构(供给结构)中,其他组分所占人均生态承载力比重的由大到小顺序依次为林地(33.41%~34.47%),水域(11.32%~13.28%),建筑用地(1.10%~1.59%),草地(0.0286%~0.0295%),能源用地。由图3(e)可以看出,1998—2006年湖南省林地的人均生态足迹需求量呈波动变化,供给量呈逐年减小趋势。从实际情况看,湖南省具有较丰富的森林资源,特别是近年来通过加大林业生态建设,使林地面积得到了一定程度的增加,目前森林覆盖率为52.44%,居全国前列,但供给量却逐年减小,其主要原因在于湖南省人口增长的速度超过了林地增长的速度,从而导致人均供给量呈现降低态势。因此,在大力做好生态林业建设,保护好现有的森林资源的同时,有效控制人口增长也是重要的工作。湖南省水域的需求量为0.1360~0.1722hm2,是供给量的0.19~2.65倍。需要说明的是,湖南省草地的供给量为0.000149~0.000157hm2,而需求量为0.4412~0.5786hm2,赤字相差较大。究其原因在于,湖南省猪肉产量较高,而实际上有大部分猪肉销往外地,因这部分贸易数据较难获得,因此未将该部分扣除,导致其供需赤字结果有所偏大。建筑用地的需求量逐年增加,其中1998—2006年增加51.36%。尽管在此期间湖南省建筑用地供给大于需求,但计算时采用中国平均值[3],而实际上湖南省人均用地面积小于全国平均值,因此建筑用地供给量较实际情况有所偏高。万元GDP生态足迹与资源利用效率生态足迹指标衡量的是在一定经济技术水平下,一定人口或每个人消耗所占用的生物生产性土地面积的大小,从而判断其对自然生态环境造成的影响[12]。区域国民经济活动万元GDP生态足迹需求可以从一定程度上反映区域生物资源的利用效率以及经济效益[16-17]。为了进一步衡量湖南省1998—2006年的资源利用效率,计算了万元GDP的生态足迹需求(图4)。万元GDP的生态足迹越大,则单位面积的生物生产性土地的产出就越低,区域资源的利用效率就越低;反之,区域资源的利用效率就越高。由图4可看出,湖南省1998—2006年万元GDP的生态足迹一直呈现下降趋势,从1998年的3.02089hm2万元-1下降到2006年的1.95443hm2万元-1。总体来看,在此期间湖南省的资源利用效率呈上升趋势,这体现了科学技术应用于生产中,提高了资源利用效率,减少了资源的浪费。另外,科学的管理对资源利用效率的提高也有很大作用。但整体水平仍要落后于发达地区,甚至是全国平均水平(我国万元GDP的生态足迹为2.037hm2万元-1,高于世界发达国家的平均水平[1])。说明湖南省单位面积的生物生产性土地的产出、资源利用效率仍不高。1998—2006年湖南省人均生态足迹、人均GDP基本是逐年增长的,而万元GDP的生态足迹变化趋势刚好相反,基本呈逐年下降趋势。用SPSS12.0应用软件对相关数据进行处理,发现人均生态足迹与人均GDP成明显的正相关关系,相关系数为0.9437,这说明资源投入的增大是实现湖南省1998—2006年经济不断发展的一个主要原因。人均GDP、人均生态足迹与万元GDP的生态足迹均成明显的负相关关系,相关系数分别为-0.9768、-0.9607(在0.01的水平上显著),说明在此期间一方面湖南省经济的不断发展促进了居民生活水平的提高,相应的人均资源消耗量逐渐增大,但是另一方面高新技术投入的增大,提高了单位面积生物生产性土地的产出,即资源利用效率有所提高,一定程度上缓解了资源消耗增大对环境造成的压力。可见,通过增大经济发展中的技术含量来提高现存资源的利用效率,是提高一个地区、国家或全球可持续发展程度的有效途径。
湖南省若要降低生态赤字加剧的趋势,必须控制人口增长速度,提高资源的利用效率,提倡建立资源节约型社会,对土地利用进行科学管理、合理配置。另外,扩大区域间物质流通,从省外引进能源和稀缺性产品,可以减小本省土地生产压力,对减缓本省生态赤字趋势有一定作用。湖南省1998—2006年生态足迹计算的结果表明,湖南省生态足迹均为赤字。生态赤字的存在表明,区域人类的消费需求超过了自然系统的再生能力,人类的生产、生活强度超过了生态系统的承载能力,区域生态系统处于人类过度开发利用的压力之下;生态赤字由1998年的0.762132hm2增加至2006年的1.1821hm2,说明该区域的生态足迹与生态承载力之间的矛盾加剧,生态环境正处于不安全状态;同时,预测研究表明未来10年湖南省的生态足迹与生态承载力之间的矛盾仍将存在,生态赤字达1.2764hm2。分析目前造成生态赤字的主要原因是耕地、水域、草地和化石燃料供需间的尖锐矛盾,以及快速的工业化和城市化对能源和用地的高度需求。另外,湖南省人均生态足迹的供需结构存在严重不平衡:耕地、水域、草地和化石燃料的需求量均超过了供给量,表现为赤字,尤其是化石燃料用地,湖南省该类生产面积几乎为零。从供给结构上看,耕地是构成湖南省人均生态承载力的主要组成部分,占人均生态承载力的51.02%~53.23%。针对湖南省自然资源丰富以及生态环境脆弱性的特点,提高资源利用率是缓解生态系统压力的重要措施之一。从1998—2006年万元GDP足迹需求的变化亦可以看出,该省已注意提高资源的利用效率。但值得说明的是,生态足迹仅是一种静态性的指标,其计算结果结论具有瞬时性的特点,同时生态足迹模型计算结果只反映经济决策对环境的影响,未涉及土地利用中其它的重要影响因素(如因城市化而挤占耕地,由污染、侵蚀等造成的土地退化情况等),因此其计算结果可能高估区域的生态状况[11,18]。虽然生态足迹模型本身存在一些不足,但仍不失为定量评价可持续发展程度,定量分析区域社会经济活动与生态承载力之间的差距的直观研究方法与手段[19-21]。本文针对湖南省缺乏生态足迹与生态承载力动态研究不足的现状,探讨了近10年来的生态足迹动态规律,并预测该区可持续发展的趋势,已期为区域的生态、环境规划提供较为可靠的参考依据。
关键词:变电所无人值班改造技术
常规设计的有人值班变电所要改造为无人值班的变电所,需要解决几项关键技术。
1无人值班变电所改造的主要内容
常规变电所改造为无人值班变电所运行,首先要对一、二次设备进行改造,使之适应无人值班运行要求。
1.1一次设备主要改造及技术要求
①断路器的改造:主要要求是能实现遥控操作功能,并提供可靠的断路器位置信号。对使用年久且性能不能满足电网运行要求的6~35kV油断路器动作要求,应以性能好、可靠性高、维护量小的无油设备(如真空断路器或SF<sub>6</sub>断路器)来代替。断路器辅助触点改造为双辅助触点接线以防信号误发。
②高压开关柜的改造:完善机械防止误操作措施;完善柜间距离,要求隔离物起绝缘支撑作用,要具有良好的阻燃性能;加强母线导体间、相对地间绝缘水平;改造高压开关柜中的电流互感器,使之达到高压开关柜使用工况绝缘水平、峰值和短时耐受电流、短时持续时间的要求。
③过电压保护设备的改造:如对变电所6~35kV中性点加装自动跟踪、自动调谐的消弧线圈;为减少变电所的运行维护工作量,降低残压,防止避雷器的爆炸,变电所6~35kV避雷器宜更换为无间隙金属氧化物避雷器(MOA)。
④主变压器有关辅助元件的改造:改造中性点隔离开关及其操作机构,能实现遥控操作;对有载调压分接开关实现当地和远方遥调操作;实现主变温度远方测量等。
1.2二次设备改造内容及要求
控制回路的改造要能适应无人值班需要,主要有以下要求:
①断路器控制回路改造后,要简单、可靠、无迂回接线。
②断路器控制回路断线、失去控制电源时应实现远方报警,并保留控制回路故障信号。
③保护回路单独设有熔断器的变电所,保护回路直流消失后,能远方报警。
④重合闸装置要实现自动投退,在遥控和当地操作合闸后,重合闸电源应自动投入,重合闸放电回路自动断开。在遥控和当地操作跳闸后,自动退出重合闸电源,同时重合闸装置自动放电。根据需要实现重合闸后加速和一次重合闸。
⑤低频减负荷装置或其它系统稳定措施装置动作跳闸时,应自动闭锁重合闸。
⑥取消断路器位置信号灯的不对应闪光功能,信号灯具改为发光二极管等节能型灯具。
⑦加装遥控与就地跳、合闸闭锁回路。
⑧中央信号装置有关回路作相应改造。
2二次设备改造方案的选择及确定
对常规变电所进行无人值班改造,总的指导思想是"安全、可靠、实用、经济"。二次设备改造任务重,改造难度大,需要对一些关键技术进行探讨,寻找恰当的解决方法。下面介绍几种典型的二次设备改造方案。
2.1断路器的控制与继电保护合一的改造方案
改造时保留有全部保护设备,取消控制屏(集中控制台,集中控制柜),将断路器控制回路、控制设备安装到保护屏适当备用位置。这种方案将会取消控制屏上的全部光字牌信号、测量仪表和音响信号。为满足当地操作及改造过渡期内变电所运行操作人员对设备状态的监视要求,增设一套RTU当地工作站及显示设备。在显示器上显示有关一次接线图,测量信息,事故及预告信息。采用这种改造方案,可以简化二次回路接线,减少大量控制电缆,减少回路中的触点,提高二次设备的运行可靠性。这种改造方案适合于由弱电控制,集控台、集控柜等多台设备组合的控制回路改造。
变电所改造一般采用常规的RTU装置。变电所无RTU装置的可采用性能较好的分布式分散安装的RTU遥测交流采样,各RTU之间通信连接。变电所已有RTU装置的,在原装置中扩大功能,增加RTU容量以满足无人值班改造信息量的要求。
2.2只改造二次回路接线方案
这种改造方案保护设备、控制设备全部利用。在改造中根据无人值班变电所的技术要求,改造二次回路中的部分接线,如断路器控制接线改接,重合闸接线改接,以及信号改接等;增加和更换部分继电器,使其具备无人值班变电所的技术要求。这种方案,改造量最少,二次回路变动量小,是采用电磁式继电器保护变电所的最方便、最经济的改造方案。变电所的RTU装置采用常规远动设备。
2.3二次保护设备全部更新的改造方案
对于运行年限较长的变电所,在方案设计时可根据无人值班改造的技术要求,全部更新变电所二次及保护设备,采用目前国内较先进的综合自动化装置。这种改造方案投资较大,一般只适用于变电所相对陈旧,原有的二次回路已达不到安全要求的情况。
3实现远方监控
3.1继电器的更新
根据传统变电所无人值班改造的实际情况,也为确保"四遥"功能的实现,改造中要将保护及自动装置中的电流、电压、时间、信号、重合闸等电磁型继电器全部更新为静态继电器。由集成电路构成的静态继电器与原电磁型继电器相比具有整定直观、功耗低、动作迅速、精度高等优点,而且电流、电压继电器增加了直流辅助电源,可以通过电源监视灯对继电器的正常运行进行监视,从而大大提高了保护的可靠性与速动性。特别是信号继电器既有电保持,又有磁保持,信号记忆可靠,还增加了多组动合触点和电动复归圈。保证了"遥信"功能及信号继电器遥控复归的实现。
3.2远控和就地操作转换
变电所实现无人值班,要方便设备检修和事故现场的紧急处理,就必须要实现远控及就地控制两种方式操作,因此要拆除原有的KK控制开关,在回路中增加具备"远控"和"就地"转换功能的QK切换开关,在正常情况下,无人值班变电所所有运行或备用状态的断路器,必须置于"远控"位置,由监控中心值班员进行远控。设备检修时,需要将停电设备置?quot;就地"位置,并按照调度命令进行红绿灯附带的分合闸按钮就地操作断路器。设备检修结束送电后,操作运行人员必须将"就地、远控"切换开关置于"远控"位置。
4跳、合闸回路的监视问题
大家知道,红绿信号等除反映断路器的实际位置以外,还担负着监视跳合闸回路是否正常的任务,虽然变电所内可以通过红绿灯来实现跳合闸回路的监视,但却无法从远方进行监视,为此在控制回路中加装了跳闸位置继电器TWJ和合闸位置继电器HWJ,只要HWJ及TWJ的两副常闭触点同时闭合,就说明跳闸回路有问题,需要到现场检修。
5信号的遥信问题
常规变电所要进行无人值班改造,则原理通过中央信号及光子牌反应的各类预告信号就必须要具备遥信功能。同时,继电器动作以后,必须能够在监控中心进行遥控复归。因此,信号继电器的遥信问题以及信号继电器的复归问题也就成为突出的关键问题,在改造中应当加以重视。
5.1遥信的实现
变电所原中央信号解除以后,为正确反映所内所有异常及事故信号,就必须将上述信号通过继电器触点提供给远动遥信装置以实现遥信功能。按照无人值班的要求在反映具体保护动作事件的同时,变电所任何一套保护装置动作及异常都要启动变电所的遥信事故总信号,以提醒监控人员及时处理。针对这一要求,将信号继电器全部更换为带有电动复归线圈及多组动合触点的静态集成继电器。每只信号继电器单独提供一对空触点以反映具体保护动作事件,另外每只继电器都提供一对空触点并将这些空触点并联在一起以反映事故总信号。断路器的实际运行位置采用开关的辅助触点来反映。
5.2信号继电器的复归
信号继电器更换为静态继电器以后,其内部带有电动复归线圈。这样既可以通过信号继电器上的复归按钮就地复归,又可以通过将所有信号继电器的电压复归线圈并联后与监控屏遥控执行屏上信号复归继电器的常开触点串联起来,实现全站信号的遥控总复归。使得无人值班变电所的信号复归问题得以解决。
6环境控制问题
对于无人值班变电所,身处远方的调度人员总希望能看一看变电所现场会有什么动静,例如起火、防盗、漏气等,这些"四遥"功能就不能帮助我们解决。而现代的图像处理技术、数字信号远传技术已使现场"遥视"成为可能。遥视是指通过变电所现场的诸摄像机将现场的景象视频信号汇集到多媒体计算机中,将视频信号转换成数字信号,再经过压缩处理,即可将一帧一帧的图像经过调制解调器或网卡通过各类通道(普通电话线、微波、扩频、光缆等)送往任意远的调度中心,经过解调、解压即可重现变电所现场景象。遥视不仅能在调度中心观看到现场的实景,而且还应具备警戒甚至必要时能启动安全设施的功能,如启动消防系统、排水系统、以音响警告非法闯入者等。现在,图像信息数字化是图像信息智能化就变得较为容易,例如我们可以让遥视系统中的任一个或任几个摄像机在某个时段设定为监视方式,即监视有人活动的场景。而在另一段(例如值守人员下班,现场无人)设定为警戒方式。此时设在现场的监控微机就进入警戒程序。即不断比较每一个摄像机摄取的相邻两帧图像是否有变化,若无变化就表示现场无事,若某一时刻突然发生变化,这就意味着现场闯入了不速之客,或是冒烟、冒气或是起火了。此时计算机立即存盘(录象),并向调度中心报警,传送现场图像。调度中心也同时进行录象,并标定时间。