戶外智能設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度調(diào)控系統(tǒng)研究

霍菲陽 馬蕊 聶文海 李海濱 劉麗 周潔 宋堃 梁大鵬 張嵩 張璐 劉珅

摘 要：區(qū)域集中式溫度調(diào)控系統(tǒng)由智能控制柜組根據(jù)各智能柜溫度及智能柜本體參數(shù)判斷通風(fēng)量并控制溫度調(diào)控設(shè)備工作，通過送風(fēng)管道將戶外新風(fēng)送入智能柜并打開智能柜中的通風(fēng)設(shè)備及溫度調(diào)控設(shè)備；預(yù)制艙溫度調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)密閉的要求采用柜內(nèi)溫度調(diào)控器和柜外溫度調(diào)控器混合方式進(jìn)行溫度調(diào)控。最后根據(jù)實(shí)際使用智能柜的數(shù)量、發(fā)熱量及戶外氣溫進(jìn)行了排風(fēng)量計(jì)算并設(shè)計(jì)了實(shí)際使用數(shù)量，結(jié)果證明溫度調(diào)控系統(tǒng)能滿足最高氣溫，最大發(fā)熱量狀態(tài)下的運(yùn)行要求。

關(guān)鍵詞：區(qū)域集中式 智能柜 預(yù)制艙 溫度調(diào)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）05（c）-0005-02

變電站中的智能電子設(shè)備大量布置于戶外開關(guān)場(chǎng)[1]，智能組件柜中電子元件發(fā)熱量大、太陽暴曬使智能柜外表溫度高以及夏季進(jìn)風(fēng)溫度高等問題[2]導(dǎo)致智能變電站二次設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度較高。由某電網(wǎng)公司2013年夏二次設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)表的數(shù)據(jù)可知智能變電站二次設(shè)備故障與運(yùn)行環(huán)境溫度偏高有較為明顯的關(guān)聯(lián)性[3-4]。

目前變電站常用的戶外智能設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度調(diào)控系統(tǒng)是分散伴隨式溫度調(diào)控系統(tǒng)。柜外溫度調(diào)控器方式受限于沒有壓縮機(jī)和冷媒循環(huán)，制冷量低，容易造成柜內(nèi)靠近柜外溫度調(diào)控器一側(cè)和遠(yuǎn)離其一側(cè)的區(qū)間溫度差。柜內(nèi)溫度調(diào)控器方式制冷效果比柜外溫度調(diào)控器好，但能耗大、費(fèi)用高、體積大、難以雙重化配置。因此在變電站中大量使用預(yù)制式二次設(shè)備艙的大前提下研究新型的預(yù)制艙溫度調(diào)控系統(tǒng)很有必要。

1 區(qū)域集中式智能設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度調(diào)控系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 區(qū)域集中式運(yùn)行環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)包括柜式智能通風(fēng)機(jī)組、送風(fēng)管道、分支管道防火閥、防凝露出風(fēng)罩、柜頂通風(fēng)止回閥、柜頂防雨罩等。智能通風(fēng)機(jī)組雙重化配置，每套主要設(shè)備包括有風(fēng)機(jī)、初效過濾器、中效過濾器、進(jìn)風(fēng)口、調(diào)節(jié)閥等。根據(jù)需要還可以配置基于新型熱交換技術(shù)的制冷通風(fēng)模塊，進(jìn)一步降低送風(fēng)溫度?？紤]到管道送風(fēng)風(fēng)阻和溫度衰減，采用保溫管道輸送距離不能太長。考慮到變電站智能組件柜布置分散，設(shè)計(jì)采用區(qū)域集中式送風(fēng)模式[5]。

1.2 智能組件柜通風(fēng)設(shè)計(jì)

室外新風(fēng)由頂部風(fēng)口進(jìn)入柜式智能通風(fēng)機(jī)組，通過兩重過濾器由風(fēng)機(jī)升壓送入保溫防潮風(fēng)管，進(jìn)入各智能組件柜冷卻，將熱量從頂部排風(fēng)口帶到柜外。進(jìn)入各智能組件柜的分支風(fēng)管設(shè)有防火閥，以防止火焰煙霧竄入通風(fēng)主管道。管道配送范圍內(nèi)的智能組件柜配置溫濕度傳感器，通過智能變頻控制及啟停模塊控制風(fēng)量及啟停系統(tǒng)。

智能通風(fēng)機(jī)組互為備用，當(dāng)過濾器阻力大于設(shè)定值時(shí)，或風(fēng)機(jī)故障，另一臺(tái)機(jī)組自啟，從而確保智能組件柜不因風(fēng)冷系統(tǒng)故障而影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。為了冬季保暖，智能組件柜內(nèi)應(yīng)至少配置兩套加熱器，分別用于驅(qū)潮和溫度控制。

1.3 預(yù)制艙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到預(yù)制艙內(nèi)二次設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的可靠性，預(yù)制艙配備兩臺(tái)工業(yè)柜內(nèi)溫度調(diào)控器，工作狀態(tài)按一定的邏輯程序控制，保證艙體內(nèi)始終有一臺(tái)正常運(yùn)行。當(dāng)一臺(tái)柜內(nèi)溫度調(diào)控器出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)切換至另一臺(tái)運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出故障警報(bào)，保障艙內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。兩臺(tái)柜內(nèi)溫度調(diào)控器設(shè)定不同的啟動(dòng)溫度，可保證當(dāng)邏輯控制系統(tǒng)發(fā)生故障，艙內(nèi)溫度升至一定高度時(shí)，備用柜內(nèi)溫度調(diào)控器及時(shí)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的雙冗余保障，大大提高了溫濕度控制系統(tǒng)的可靠性。預(yù)制艙內(nèi)配置1臺(tái)內(nèi)外換氣風(fēng)扇，啟動(dòng)換氣風(fēng)扇，形成空氣流通，保障人員有健康的工作環(huán)境。

2 應(yīng)用

某國網(wǎng)公司實(shí)際工程中共使用智能組件柜75臺(tái)，其中1.6×0.8×2.2柜46臺(tái)，單體柜29臺(tái)（0.8×0.8×2.0柜）。根據(jù)場(chǎng)地布局，共設(shè)置智能通風(fēng)機(jī)組12套，該系統(tǒng)主管道采用內(nèi)徑φ200絕熱管道，滿足最遠(yuǎn)端智能組件柜風(fēng)壓的送風(fēng)半徑約35 m，按一用一備裝設(shè)額定功率1.1 kW低噪聲離心風(fēng)機(jī)2臺(tái)，變頻控制器2套，另配有多重過濾器、調(diào)節(jié)閥等。

柜內(nèi)熱量從兩部分而來，一是設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的損耗熱量，發(fā)熱量在300～600 W之間；二是太陽輻射使智能柜外殼溫度升高，將熱量傳導(dǎo)至柜內(nèi)，該部分熱量按最保守最安全的方法計(jì)算。

每只組合柜外表傳入柜內(nèi)熱量為320 W，每個(gè)單體柜外表傳入柜內(nèi)熱量為190 W，總熱量為620 W～920 W。按需要從柜內(nèi)排出的熱量最多920 W（單體柜按490 W分析）計(jì)算分析降溫通風(fēng)方案，工程當(dāng)?shù)氐南募臼彝馔L(fēng)計(jì)算溫度28.7 ℃，排風(fēng)溫度45 ℃計(jì)算，需要通風(fēng)量按照下式計(jì)算：

L =3600[Q/c×（tp-twf）×rp]

式中L為通風(fēng)的排量（m3/h），Q為通風(fēng)熱負(fù)荷（kW），c為空氣比熱（kJ/（kg·℃）），tp為排風(fēng)溫度（℃），twf為夏季室外通風(fēng)計(jì)算溫度（℃），rp為排風(fēng)溫度下的干空氣密度（kg/m3）。

按照排風(fēng)溫度45 ℃、室外通風(fēng)計(jì)算溫度28.7 ℃計(jì)算，可得所需通風(fēng)為183 m3/h。

根據(jù)可查資料，某縣氣象站有記錄的極端最高氣溫為40.3 ℃。按最不利氣象條件保守計(jì)算，取站址場(chǎng)地室外進(jìn)風(fēng)最高溫度43 ℃計(jì)算，排風(fēng)溫度為53 ℃（按照《智能變電站智能終端技術(shù)規(guī)范》（Q/GDW428-2010），戶外智能組件柜內(nèi)部環(huán)境溫度需控制在55 ℃以內(nèi)），計(jì)算得每只組合柜排風(fēng)量為306 m3/h，單體柜排風(fēng)量為163 m3/h。

根據(jù)以上計(jì)算，在假設(shè)智能組件柜中電子元件發(fā)熱量最大、太陽暴曬使智能柜外表溫度最高，以及進(jìn)風(fēng)溫度是歷年極端最高的情況下，計(jì)算所需要排風(fēng)量有非?？煽康脑６?。

3 結(jié)語

文中介紹了智能設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度調(diào)控系統(tǒng)，其中包括戶外智能柜區(qū)域集中式溫度調(diào)控系統(tǒng)和預(yù)制艙的溫度調(diào)控系統(tǒng)，介紹了各自的工作原理并根據(jù)實(shí)際工況對(duì)溫度調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后分析了智能組件柜產(chǎn)生的熱量以及所需的通風(fēng)量并進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明該系統(tǒng)能滿足最大所需排風(fēng)量，滿足系統(tǒng)發(fā)熱量最大時(shí)的溫度調(diào)控要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 向平，王坤華.智能電網(wǎng)數(shù)字化變電站智能組件箱應(yīng)用研究[J].重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2011，16（5）：72-74.

[2] 黃朝陽，焦云峰.智能變電站智能終端柜恒溫措施的探討[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014，33（22）：46-48.

[3] 牛強(qiáng)，鐘加勇，陶永健.智能變電站二次設(shè)備就地化防護(hù)技術(shù)[J].輸配電技術(shù)，2014，35（9）：76-81.

[4] 朱海峰，黃國棟，陳志軍.蘇州500 kV變電站無人值守模式可行性探析[J].華東電力，2008，36（1）：44-46.

[5] 鄭連清，曾朱文.基于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的變電站遙視技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（22）：82-85.