智能電網(wǎng)數(shù)字化變電站智能組件箱應(yīng)用研究

向 平，王坤華

(重慶電力高等專科學(xué)校，重慶400053)

0 引言

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，控制設(shè)備將大量安裝于戶外。戶外電氣設(shè)備因潮濕、結(jié)露、溫度過高(低)而引發(fā)的各類事故幾率增加，保障高效的自動(dòng)化作業(yè)的環(huán)境問題顯得日趨突出。

目前，變電站中戶外智能設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，通常為強(qiáng)制性通風(fēng)方式，進(jìn)出風(fēng)口處設(shè)置了一層空氣過濾網(wǎng)，但這種運(yùn)行方式無法適應(yīng)重慶地區(qū)濕度大、酸雨重，特別是夏季高溫的惡劣氣候環(huán)境。

1 智能電網(wǎng)數(shù)字化變電站智能組件箱方案介紹

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，智能組件箱環(huán)境條件見表1，電氣控制部分描述見圖1，結(jié)合圖1描述智能組件箱技術(shù)要求見表2。

表1 智能組件箱外環(huán)境條件

圖1 智能組件箱電氣控制圖

表2 智能組件箱技術(shù)要求

技術(shù)要求通訊功能 能用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。功能做溫、濕度以及振動(dòng)數(shù)據(jù)判斷，發(fā)出故障以及報(bào)警信號(hào)。①當(dāng)壓縮機(jī)工作一段時(shí)間后，溫、濕度未發(fā)生變化，發(fā)出故障以及報(bào)警信號(hào)。②當(dāng)加熱器工作一段時(shí)間后，溫度未發(fā)生變化，發(fā)出故障以及報(bào)警信號(hào)。③當(dāng)振動(dòng)值超過規(guī)定值時(shí)，發(fā)出故障以及報(bào)警信號(hào)。以上報(bào)警上位機(jī)作報(bào)警提示和歷史記錄功能;GUI用戶程序和界面可以根據(jù)使用要求定制;溫度、濕度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示及保存功能(主要有壓縮機(jī)、加熱器正常啟動(dòng)的啟、停值，壓縮機(jī)運(yùn)行、停止時(shí)間);且繪制溫度、濕度曲線。設(shè)備運(yùn)行的震動(dòng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示及保存功能，且繪制震動(dòng)曲線。智能組件箱運(yùn)行參數(shù)修改功能(主要有壓縮機(jī)、加熱器啟動(dòng)的啟、停值及各種報(bào)警的報(bào)警值)。數(shù)據(jù)修改 可以在PLC修改，也可以在上位機(jī)修改。運(yùn)行要求 運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)讀取運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)發(fā)出故障及報(bào)警信號(hào)。其它要求 對(duì)裝置內(nèi)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)讀取、打印與修改。上位機(jī)及PLC功能

2 箱體部分描述

2.1 結(jié)構(gòu)部分

由于該裝置戶外安裝，在裝置的結(jié)構(gòu)中，箱體采用雙層結(jié)構(gòu)，其層間采用具有高防火性能的復(fù)合硅酸鋁鎂保溫材料進(jìn)行保溫，如圖2所示。其中，箱體的頂部采用雙層保溫措施，第一層由保溫材料隔熱，第二層有空氣隔熱。設(shè)備材料采用高強(qiáng)度的0Cr18Ni9不銹鋼板材。其中，箱體外層采用0Cr18Ni9/δ2 ，內(nèi)層采用 0Cr18Ni9/δ1.5 ，安裝龍骨采用 0Cr18Ni9/δ3 ，設(shè)備機(jī)座采用 0Cr18Ni9/δ3 。該材料具有防腐、防水、防潮功能，且韌性好，易于造型設(shè)計(jì)、折彎加工和焊接性能強(qiáng)等特點(diǎn)。

圖2 智能恒溫組件箱結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)設(shè)備的使用功能，將設(shè)備的內(nèi)箱設(shè)計(jì)成三 個(gè)工作單元。其中，接線單元與6U單元由安裝龍骨隔斷，氣流貫通，恒溫設(shè)備單元由保溫層隔斷，每個(gè)單元均有各自獨(dú)立的安裝通道與門，各單元的型腔尺寸根據(jù)箱內(nèi)電氣硬件的外形尺寸，電氣設(shè)備及元件安裝時(shí)所需的安全距離來確定。為防止內(nèi)箱的能量損失，在門與門框密封的設(shè)計(jì)中，采用德國(guó)進(jìn)口的氣囊式門框密封條，關(guān)閉門時(shí)，壓迫氣囊變形，使變形的氣囊緊貼于箱門的內(nèi)側(cè)，從而達(dá)到門框與門密封的目的。為防止雨水的滲入，在外箱體與箱蓋、箱體門框與箱門的密閉結(jié)構(gòu)中，采用防雨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(見圖2中的A、B局部放大圖)。制冷系統(tǒng)的冷凝水，通過不銹鋼軟管接到裝置外。

由于結(jié)構(gòu)的限制，恒溫設(shè)備單元的工業(yè)空調(diào)屬于懸背式安裝，不利于設(shè)備的減震，為了最大限度的消除空調(diào)運(yùn)行帶來的震動(dòng)，在空調(diào)的底部加裝有減震吸收調(diào)節(jié)器，震動(dòng)通過減震吸收調(diào)節(jié)器傳至設(shè)備基礎(chǔ)，從而削弱震動(dòng)危害(見圖2中的C局部放大圖)。

6U單元的設(shè)備安裝可實(shí)現(xiàn)以下兩種方式:

(1)可接受標(biāo)準(zhǔn)6U電氣設(shè)備的嵌入式安裝;

(2)可接受抽屜式電氣設(shè)備安裝。

當(dāng)需要更改電氣設(shè)備的安裝方式時(shí)，只需在安裝橫擔(dān)上拆、裝滑軌，就可以實(shí)現(xiàn)兩種安裝方式的互換。

2.2 恒溫部分計(jì)算

2.2.1 設(shè)備所需總熱負(fù)荷

式中;Qjr——設(shè)備結(jié)構(gòu)溫差傳熱量;Qfr——附加熱負(fù)荷;Qgr——設(shè)備工作腔容積空氣熱負(fù)荷;Qyr——電氣硬件安裝功率或散熱量。

計(jì)算得:Qzr=610 W。

2.2.2 設(shè)備所需總冷負(fù)荷

式中:Qjl——設(shè)備結(jié)構(gòu)溫差傳冷量;Qfl——附加冷負(fù)荷;Qql——設(shè)備工作腔容積空氣冷負(fù)荷，Qyl——電氣硬件安裝功率或散熱量。

計(jì)算得:Qzl=2111.94 W。

根據(jù)以上冷、熱負(fù)荷計(jì)算，選用工業(yè)空調(diào)的型號(hào)為:

①型 號(hào)——FK2500B;②制冷量——2500W;③制熱量——700W;④加熱器——PVC形式加熱;⑤風(fēng)機(jī)內(nèi)循環(huán)——2500r/min;⑥風(fēng)機(jī)外循環(huán)——1200r/min⑦重量:75kg。

智能恒溫組件箱外形尺寸:長(zhǎng)×寬×高=1810×860×1760，重量:495kg(含空調(diào)重量)。

3 自然環(huán)境溫、濕度參數(shù)與通風(fēng)式組件箱(1#機(jī))與智能組件箱(2#機(jī))運(yùn)行參數(shù)比對(duì)

3.1 自然環(huán)境溫、濕度數(shù)據(jù)(采集時(shí)間:2010年8月16日)

3.2 箱內(nèi)溫度比對(duì)(數(shù)據(jù)采集時(shí)間:2010年8月16日)

3.3 箱內(nèi)濕度比對(duì)(數(shù)據(jù)采集時(shí)間:2010年8月16日)

3.4 2#機(jī)箱內(nèi)震動(dòng)曲線(數(shù)據(jù)采集時(shí)間:2010年8月16日)

3.5 智能組件箱溫度、濕度、振動(dòng)運(yùn)行綜合曲線

根據(jù)上位機(jī)截圖的智能組件箱的溫度、濕度、振動(dòng)綜合曲線圖示反映，溫度、濕度、振動(dòng)三條工作曲線的峰值均在壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)刻發(fā)生較大的變化，其中，濕度曲線下降最明顯，溫度曲線下降平緩，兩峰值之間為壓縮機(jī)停機(jī)的時(shí)間段，總體來講，智能組件箱內(nèi)的環(huán)境運(yùn)行曲線處于平穩(wěn)狀態(tài)。

3.6 采集數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果

3.6.1 溫度參數(shù)

(1)通風(fēng)式組件箱的箱內(nèi)溫度曲線受外界環(huán)境溫度的影響很大(箱內(nèi)溫度曲線值與環(huán)境溫度當(dāng)日采集的數(shù)據(jù)相同);

(2)智能恒溫組件箱箱內(nèi)溫度曲線波動(dòng)很小，始終控制在一定的范圍以內(nèi)，僅僅在壓縮機(jī)的啟、停過程中發(fā)生變化。

3.6.2 濕度參數(shù)

(1)通風(fēng)式組件箱的箱內(nèi)濕度與環(huán)境濕度一樣;

(2)智能恒溫組件箱箱內(nèi)濕度曲線波動(dòng)很小，始終控制在一定的范圍以內(nèi)，僅僅在壓縮機(jī)的啟、停過程中發(fā)生變化。

3.6.3 振動(dòng)比對(duì)

(1)通風(fēng)式組件箱的箱內(nèi)振動(dòng)值為零(箱內(nèi)未安裝振動(dòng)檢測(cè)一次儀表，理論上講，軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，但不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)峰值);

(2)智能恒溫組件箱箱內(nèi)振動(dòng)峰值僅僅出現(xiàn)在壓縮機(jī)的啟動(dòng)時(shí)刻，但壓縮機(jī)的振動(dòng)能量不會(huì)危及到箱內(nèi)電氣元件的螺紋連接。

4 結(jié)論

2010年8月至9月，在重慶市電力科學(xué)研究院對(duì)通風(fēng)式組件箱與智能恒溫組件箱進(jìn)行為期二個(gè)月的運(yùn)行跟蹤與數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，通過數(shù)據(jù)比對(duì)，通風(fēng)式組件箱不能消除箱內(nèi)的高溫與高濕，不適應(yīng)重慶地區(qū)的環(huán)境條件。

綜上所述，智能恒溫組件箱的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因此，采用智能恒溫組件箱，更能適應(yīng)重慶地區(qū)智能變電站的建設(shè)與改造。

［1］曾志誠(chéng).城市冷、暖、汽三聯(lián)供手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995.

［2］俞炳豐.中央空調(diào)新技術(shù)及其應(yīng)用［J］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社2005.