智能變電站設(shè)備高效降溫方式研究

陳卓 劉秋池 張珺

摘 要：本文比較了目前在智能變電站中所采用的設(shè)備降溫方式，分析了采用這些方式所遇到的問題和存在的不足。提出了一套有效的解決方案，創(chuàng)建了變電站降溫系統(tǒng)的新方法并研究了該方法的可行性。新方法采用中央空調(diào)（制冷機(jī)）進(jìn)行集中降溫，建立一個(gè)新的降溫模式，集高效、方便、節(jié)能于一體。并比較了新方法與傳統(tǒng)方法的優(yōu)劣性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：智能變電站；降溫；中央空調(diào)

1 引言

近年來，隨著智能化電網(wǎng)的快速發(fā)展，目前建設(shè)智能變電站正在全面展開。在變電站智能化過程中，存在著一個(gè)不可回避的問題：與傳統(tǒng)變電站相比，分布式保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的大量應(yīng)用造成設(shè)備的發(fā)熱量大增，并且由于這些設(shè)備放置于室外，運(yùn)行環(huán)境惡劣，容易降低設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生安全隱患。為此，本文提出一種行之有效的方法對(duì)設(shè)備進(jìn)行降溫，以預(yù)防上述情況的發(fā)生。

2 現(xiàn)狀

2.1 智能變電站存在的問題

在國家電網(wǎng)公司頒布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW383-2009《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》中，明確了智能變電站保護(hù)裝置獨(dú)立分散、就地安裝。國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW393-2009《110kV——220kV智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定了智能變電站智能終端分散布置于配電裝置場(chǎng)地。

以較為常見的220kV戶外敞開式布置的變電站為例，在智能變電站設(shè)計(jì)中，通常采取將合并單元、智能終端等智能裝置組合安裝在戶外一次設(shè)備附近的智能終端控制柜內(nèi)。而由眾多電子元器件構(gòu)成的合并單元、智能終端工作時(shí)會(huì)發(fā)出較大的熱量，尤其是合并單元的光口較多，發(fā)熱量更大。眾多發(fā)熱元件集中組裝在一個(gè)防塵防潮的全密閉式箱體內(nèi)，造成的后果是使智能終端控制柜柜內(nèi)的溫度直線上升。

眾所周知，電子元器件都比較“嬌氣”。不僅懼臟怕潮，工作溫度還要求保持在-10—50攝氏度之間，低了不行，高了更不行。有資料表明，超過工作溫度后，環(huán)境溫度每升高10攝氏度，電子元器件的壽命會(huì)縮減一半。而電子元器件自身產(chǎn)生的熱量就能達(dá)到60攝氏度以上?，F(xiàn)如今所運(yùn)行的常規(guī)變電站中，安裝于室外的斷路器端子箱（內(nèi)部不含發(fā)熱裝置）在夏季白晝時(shí)，箱內(nèi)溫度可達(dá)60攝氏度以上。

因此，對(duì)設(shè)備降溫的問題如果不能有效解決，就會(huì)造成設(shè)備運(yùn)行的不穩(wěn)定性增加，設(shè)備的壽命大大降低。從長(zhǎng)期來看設(shè)備的更換周期縮短，進(jìn)而導(dǎo)致投資成本增加，獲得收益減少。

2.2 目前采用的降溫方式及效果

目前，對(duì)戶外智能終端控制柜進(jìn)行降溫通采用三種方式：

（1）、采用風(fēng)扇降溫。在智能終端控制柜柜體頂部安裝幾個(gè)大功率風(fēng)扇，增加箱體內(nèi)外氣流流通，通過人造風(fēng)對(duì)箱體內(nèi)進(jìn)行自然降溫。該降溫方法費(fèi)用較低，效果較差，與環(huán)境氣溫呈反比關(guān)系。

（2）、采用熱交換器降溫。這種方式是通過風(fēng)扇和散熱片組合進(jìn)行降溫。經(jīng)測(cè)量統(tǒng)計(jì)，只有在箱體內(nèi)外溫差達(dá)到10攝氏度以上時(shí)，降溫效果方才顯著。費(fèi)用適中，但氣溫較高時(shí)，降溫效果不好。

（3）、采用工業(yè)空調(diào)降溫。即在智能終端控制柜柜體上安裝一個(gè)小型工業(yè)空調(diào)對(duì)箱體內(nèi)部進(jìn)行降溫。相比較前兩種方式，該方法降溫效果相對(duì)較好，但費(fèi)用較高。

由于前兩種方式的預(yù)期效果不理想，因此目前采用第三種方式降溫的較多。但是，此種方式有一個(gè)不可避免的缺點(diǎn)是：每一個(gè)智能終端控制柜柜體上都需要安裝一個(gè)小型（小功率）工業(yè)空調(diào)，成本較高，效率較低。

2.3 新的解決辦法

針對(duì)上述問題，本文提出一種新的解決方法——使用中央空調(diào)（或制冷機(jī)）進(jìn)行集中降溫。即在變電站安裝一個(gè)小型中央空調(diào)，通過通風(fēng)管道送風(fēng)對(duì)整站設(shè)備進(jìn)行降溫，具體方法如下：

由于戶外智能終端控制柜體積較小并且點(diǎn)多面廣，而主控制室空間較大，設(shè)備集中，所以中央空調(diào)宜安裝在主控制室、高壓配電室等建筑物附近?；诳s減變電站占地面積等因素的考慮，中央空調(diào)可放置于主控制室建筑頂部（若為單層建筑時(shí)）或建筑物附近的空地中（若為雙層建筑時(shí)）。

對(duì)于室內(nèi)設(shè)備，可以通過空調(diào)的通風(fēng)管道對(duì)主控制室、高壓配電室室內(nèi)設(shè)備進(jìn)行降溫，同時(shí)可以取消建筑物的室內(nèi)空調(diào)。

對(duì)于室外設(shè)備，可以利用變電站內(nèi)的電纜溝敷設(shè)主通風(fēng)管道，在每個(gè)戶外箱（柜）體底部接入分支通風(fēng)管道，對(duì)戶外智能終端控制柜內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行降溫。

2.4 與目前使用方法的比較

以220kV戶外敞開式布置的智能變電站為例，使用中央空調(diào)集中降溫與采用工業(yè)空調(diào)降溫法進(jìn)行比較分析：

2.4.1降溫效果分析：

采用工業(yè)空調(diào)對(duì)戶外箱體降溫，由于安裝空間有限，小型工業(yè)空調(diào)的功率較低，降溫效果不理想。經(jīng)過在夏季較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)觀察統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過一天的充分烤曬后，智能終端控制柜柜體內(nèi)溫在下午達(dá)到高峰期時(shí)，與外溫平均溫差在10攝氏度左右。

智能終端柜內(nèi)溫度為38℃

例如，在2012年8月28日，該天天氣晴朗，少云，日照充足。于下午4點(diǎn)，測(cè)得某220千伏智能變電站室外氣溫為31.5攝氏度，智能終端控制柜柜體內(nèi)部溫度計(jì)顯示為38攝氏度（如圖）。而合并單元裝置外殼溫度達(dá)到48攝氏度，以手背觸之，有微燙的感覺。

采用中央空調(diào)對(duì)戶外智能終端控制柜體降溫，雖然目前沒有數(shù)據(jù)，但在一個(gè)較小的全密閉箱體中通入冷氣降溫，效果肯定很好。

2.4.2成本分析：

（1）、通常在設(shè)備廠房?jī)?nèi)會(huì)配備6—8臺(tái)柜式空調(diào)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行降溫，而采用中央空調(diào)經(jīng)過通風(fēng)管道降溫后，不但省掉了柜式空調(diào)的費(fèi)用還可以節(jié)省室內(nèi)空調(diào)的占用空間，從而減少建筑物的總體積，節(jié)約了土建費(fèi)用。

如果在有人值班變電站，主控制樓房間多，所需空調(diào)數(shù)量進(jìn)一步增加，若采用中央空調(diào)集中制冷，會(huì)節(jié)約更多成本。

（2）、按照國家電網(wǎng)變電站典型設(shè)計(jì)方案，戶外220千伏站3臺(tái)主變規(guī)模為例，全站戶外箱體的數(shù)量大約為30個(gè)左右；每個(gè)戶外箱體的體積按2m*1m*1m=2m3計(jì)（通常柜高1.85m柜寬1m柜深0.8m，實(shí)際柜體小于1.5m3）。因此，戶外需降溫的空間不超過2m3*30=60 m3。如果采用安裝工業(yè)空調(diào)降溫，共計(jì)需要安裝30臺(tái)空調(diào)，約需資金36萬元。用這么一大筆資金對(duì)60m3的空間降溫，性價(jià)比太低。并且工業(yè)空調(diào)每2—3年就需更換一次風(fēng)葉，維護(hù)費(fèi)用較高。

（3）、與戶內(nèi)空間相比，戶外需降溫的空間較小。采用中央空調(diào)或制冷機(jī)降溫，可以大大減少對(duì)戶外設(shè)備降溫的投資。對(duì)于整個(gè)變電站，安裝一套小型中央空調(diào)即可滿足設(shè)備降溫、保暖運(yùn)行條件。

變電站現(xiàn)行的室內(nèi)柜式空調(diào)+室外工業(yè)空調(diào)方案，空調(diào)費(fèi)用為40萬元左右。而安裝一套中央空調(diào)，根據(jù)目前市場(chǎng)價(jià)格只需花費(fèi)20多萬元。遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于安裝戶外工業(yè)空調(diào)和室內(nèi)柜式機(jī)的投資。如果沒有加熱需求，可以把中央空調(diào)換為制冷機(jī)，費(fèi)用會(huì)進(jìn)一步降低。

（4）、采用工業(yè)空調(diào)降溫的方法，布點(diǎn)多，安裝設(shè)備多，運(yùn)行費(fèi)效比高，設(shè)備故障率高。采用中央空調(diào)或制冷機(jī)集中降溫，安裝設(shè)備少，運(yùn)行費(fèi)效比低，節(jié)約能源，設(shè)備故障率低。

（5）、采用中央空調(diào)對(duì)戶外箱體降溫，可以利用變電站電纜溝敷設(shè)通風(fēng)管道，不改變變電站設(shè)備布置方式，不用發(fā)生額外的土建費(fèi)用。此外，對(duì)于變電站后期擴(kuò)建也容易實(shí)施對(duì)接，不會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行。

綜上所述，安裝中央空調(diào)的成本遠(yuǎn)低于安裝工業(yè)空調(diào)和室內(nèi)柜式機(jī)的成本。并且集中制冷，運(yùn)行成本低。

2.4.3外觀分析：

（1）、中央空調(diào)放置于主控制室房頂，不會(huì)“引人注目”，通風(fēng)管道位于室內(nèi)墻體與天花板交界處，同建筑物構(gòu)成一個(gè)天然的整體，自然和諧。而柜式空調(diào)與四周的保護(hù)屏柜無論從外形還是顏色都不協(xié)調(diào)；柜式空調(diào)主機(jī)和進(jìn)風(fēng)管道裸露于建筑物外墻，顯得很突兀、凌亂。

（2）、中央空調(diào)的通風(fēng)管道隱蔽安裝于電纜溝內(nèi)，不影響變電站外觀。而工業(yè)空調(diào)安裝在智能終端控制柜上，使整個(gè)箱體多出一塊，不太協(xié)調(diào)。

3應(yīng)用

采用中央空調(diào)集中制冷、供暖效率高，運(yùn)行成本低，安裝隱蔽。敷設(shè)于電纜溝內(nèi)的通風(fēng)管道不會(huì)影響同溝電纜、光纜運(yùn)行的安全穩(wěn)定，也不會(huì)對(duì)裝置產(chǎn)生電磁干擾。

需要注意的是，在設(shè)計(jì)過程中必須校驗(yàn)中央空調(diào)安放位置是否滿足防雷等要求。

4結(jié)束語

采用中央空調(diào)或制冷機(jī)對(duì)裝置進(jìn)行降溫，效果好、成本低，是一種有效的降溫方式。并且不改變國網(wǎng)公司所頒布的典型設(shè)計(jì)方案，不會(huì)對(duì)變電站整體布局產(chǎn)生影響，前景可期。

參考文獻(xiàn)

[1] Q/GDW383-2009國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》，2009-12-25.

[2] Q/GDW393-2009國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《110kV——220kV智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》，2010-02-22.

[3] 國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)（2013年版），110（66）—220kV智能變電站施工圖設(shè)計(jì).