智能變電站戶外二次設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)方案研究

石國良 范 巖 黃 珊

(中國電力技術(shù)裝備有限公司鄭州電力設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000)

智能變電站戶外二次設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)方案研究

石國良 范 巖 黃 珊

(中國電力技術(shù)裝備有限公司鄭州電力設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000)

圍繞“模塊化建設(shè)”的核心理念，分析了常見溫控方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合天津?qū)毐?00 kV變電站工程實(shí)例，提出采用集中式環(huán)境控制技術(shù)，經(jīng)實(shí)踐證明，該方案能夠較好的完成溫濕度控制，達(dá)到保證二次設(shè)備及電網(wǎng)的安全運(yùn)行目的。

二次智能設(shè)備，環(huán)境自適應(yīng)，集中式環(huán)境控制，溫控系統(tǒng)

0 引言

中國的國土幅員遼闊，氣候特征氣象萬千，不同地域的環(huán)境條件差異很大。比如說中國北方冬天氣溫嚴(yán)寒，中國南方夏季高溫日照灼熱，西部的沙塵，東南部的潮濕和臺風(fēng)加強(qiáng)降雨等。另外空氣中的污染物，像酸雨、鹽霧、工業(yè)粉塵，以及電磁干擾，時(shí)刻都會對戶外設(shè)備帶來有害影響。

為了提高智能變電站戶外二次設(shè)備對運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)能力，智能控制柜應(yīng)有如下功能要求：

1)控溫功能；2)除濕功能；3)屏蔽電磁干擾功能；4)其他功能：智能控制柜柜體還應(yīng)具有防水、防塵、防腐蝕、防昆蟲及齲齒動(dòng)物等功能。

結(jié)合天津?qū)毐?00 kV變電站工程500 kV開關(guān)及線路保護(hù)、測控、交換機(jī)、智能組件就地布置于500 kV配電區(qū)的實(shí)際情況，在比較常見的環(huán)境適應(yīng)方案后，本文提出一種新的適用于該工程的500 kV預(yù)制式一體化組合設(shè)備柜的環(huán)境自適用技術(shù)方案。

1 常見溫控方案分析

目前國內(nèi)外在智能戶外柜的環(huán)境控制上有如下3個(gè)技術(shù)模式：空調(diào)冷卻技術(shù)；熱交換器技術(shù)；強(qiáng)迫風(fēng)冷技術(shù)。三個(gè)方案在設(shè)計(jì)性能、運(yùn)行可靠性、生產(chǎn)成本、節(jié)能環(huán)保、后期維護(hù)等方面存在較大差異。

空調(diào)的優(yōu)點(diǎn)是溫控效果好，可有效的將柜內(nèi)溫度控制在設(shè)定溫度的狀態(tài)。但其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴、能耗高，不符合當(dāng)前綠色環(huán)保的科技主題。且如空調(diào)發(fā)生故障，不僅現(xiàn)場維護(hù)困難，且由于沒有冗余設(shè)計(jì)，會使柜內(nèi)溫控系統(tǒng)失效，產(chǎn)生重大安全隱患。

熱交換器技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：功耗相對較低，防護(hù)等級高(內(nèi)外循環(huán)隔離)，柜內(nèi)不易進(jìn)灰，壽命相對長。缺點(diǎn)：成本高于風(fēng)扇，噪聲相對風(fēng)扇偏高。特別是如果調(diào)試時(shí)空氣濕度較大，則當(dāng)柜門關(guān)閉后，潮濕的空氣將始終在柜內(nèi)循環(huán)，導(dǎo)致濕氣無法散出柜外，當(dāng)白天溫度較高時(shí)，水蒸氣溶解在空氣中，而夜晚溫度較低的情況下，潮濕的空氣極易產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，對柜內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生不利影響。

強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：功耗較低，多個(gè)風(fēng)扇可以互相備份，噪聲相對低，結(jié)構(gòu)簡單，重量成本都很低。缺點(diǎn)：風(fēng)扇一般壽命較短，2年～3年需要更換，內(nèi)外循環(huán)無隔離，灰塵不易控制，需采用過濾除塵措施。

2 集中式環(huán)境適應(yīng)系統(tǒng)

通過溫控方案分析，在結(jié)合傳統(tǒng)溫控技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，針對500 kV保護(hù)、測控、交換機(jī)、智能組件裝置下放至配電區(qū)的情況，為了降低空調(diào)制冷能耗，減少環(huán)境適應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)投資，提高溫控系統(tǒng)工作的可靠性，降低其維護(hù)難度，本文提出了一種新的集中式環(huán)境控制系統(tǒng)方案。

2.1 500 kV預(yù)制式一體化組合設(shè)備環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)配置

根據(jù)本工程本期/遠(yuǎn)期規(guī)模，按照每串1套500 kV預(yù)制式一體化組合設(shè)備考慮。500 kV預(yù)制式一體化組合設(shè)備尺寸為：4 500×1 000×2 000(長×深×高)，面積為4.5 m2。發(fā)熱源單位體積制冷量按250 W考慮，每面智能柜制冷量需1 125 W，考慮遠(yuǎn)期500 kV建設(shè)7串，共需制冷量7 875 W。為了提高溫控系統(tǒng)的可靠性，本工程空調(diào)設(shè)備冗余配置2臺。一臺檢修維護(hù)或故障退出運(yùn)行時(shí)，另一臺工作維持二次設(shè)備工作環(huán)境。500 kV預(yù)制式一體化組合設(shè)備環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)圖見圖1。

考慮到主風(fēng)管從空調(diào)送至智能柜中存在溫度衰減，采用保溫管輸送的低溫空氣距離不能過長。根據(jù)站500 kV區(qū)域總平面，將空調(diào)機(jī)設(shè)置在第四串附近區(qū)域，如圖2所示。同時(shí)，主送風(fēng)管布置于電纜溝下方，拉長與溝外空氣的距離，減少溫度損耗，溫控裝置選用具有超長送風(fēng)能力的空調(diào)機(jī)。

該系統(tǒng)主送風(fēng)管采用內(nèi)徑為250的絕熱管道，分支送風(fēng)管采用內(nèi)徑為180的絕熱管道。為了減少送風(fēng)系統(tǒng)動(dòng)壓，增加送風(fēng)系統(tǒng)靜壓，穩(wěn)定氣流及減少氣流震動(dòng)，本工程下送風(fēng)通道配置空氣靜壓箱。

2.2 柜體底部進(jìn)風(fēng)口于頂部出風(fēng)口設(shè)計(jì)

科學(xué)合理的布置柜內(nèi)設(shè)備并設(shè)置通風(fēng)風(fēng)道可以保證設(shè)備良好散熱。設(shè)計(jì)提出柜內(nèi)設(shè)備等高布置，如圖2所示。寬度一致的設(shè)備盡量布置同一排，發(fā)熱量較大的裝置靠近風(fēng)口。

在基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的智能變電站中，保護(hù)、測控、智能終端、故障錄波器甚至交直流電源系統(tǒng)都可以提供IEC61850接口，直接與變電站網(wǎng)絡(luò)交換信息，體現(xiàn)了信息共享、無縫通信的特點(diǎn)。此種溫控方案，使得智能柜密閉性能更高，使得柜內(nèi)二次設(shè)備不受外界環(huán)境影響，降低空調(diào)能耗的同時(shí)，也提高了降溫/升溫速度。

3 500 kV預(yù)制式一體化組合設(shè)備溫控系統(tǒng)運(yùn)行控制分析

該系統(tǒng)空調(diào)配置有智能變頻、制熱除濕、濕冷及啟停控制模塊。由于該系統(tǒng)是集中式溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可在1面智能柜外裝設(shè)溫度，在各個(gè)智能柜內(nèi)分別裝設(shè)濕度傳感器。本工程在中間串(第四串)柜頂設(shè)置溫度傳感器，在3面柜內(nèi)分別裝設(shè)溫濕度傳感器。

設(shè)定柜內(nèi)正常溫度范圍：t1～t2(t1

工作模式有：

1)傳感器A(1，2，3)檢測到柜內(nèi)溫度t1

2)傳感器A(1，2，3)檢測到柜內(nèi)溫度Tmin

3)傳感器A(1,2,3)檢測到柜內(nèi)溫度Tmax>t2，空調(diào)工作在制冷模式，向智能柜內(nèi)輸送低溫空氣，降低柜內(nèi)環(huán)境溫度；

4)傳感器B(1，2，3)檢測到柜內(nèi)濕度W>w2，空調(diào)工作在除濕模式。

正常情況下，2臺空調(diào)互為備用，僅1臺空調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)環(huán)境調(diào)節(jié)。當(dāng)出現(xiàn)溫度過高，1臺空調(diào)工作在30 min內(nèi)不能將溫度降低至設(shè)定范圍值內(nèi)，通過檢測溫度傳感器的信息，控制器自動(dòng)啟動(dòng)另外1臺空調(diào)，2臺空調(diào)同時(shí)工作，迅速實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)溫度控制。

4 結(jié)語

本工程戶外二次設(shè)備戶外智能控制柜結(jié)合站址所在地天津渠陽站周圍的環(huán)境氣候條件，選擇適用的溫控和防潮技術(shù)方案：

1)溫控方案。

針對500 kV二次設(shè)備保護(hù)測控等就地化方案，采取集中式環(huán)境控制系統(tǒng)。根據(jù)遠(yuǎn)期規(guī)模選擇空調(diào)的制冷量，配置2臺外置空調(diào)機(jī)，互為備用，通過布置于電纜溝底部的保溫通風(fēng)管接至各個(gè)就地控制柜。

2)風(fēng)道配置方案。

空調(diào)出風(fēng)口處設(shè)置空氣靜壓箱，增大送風(fēng)距離；在500 kV預(yù)制式一體化組合設(shè)備底部設(shè)置空調(diào)進(jìn)風(fēng)管和回風(fēng)管。不再考慮柜內(nèi)與外通風(fēng)，柜內(nèi)冷熱空氣自動(dòng)循環(huán)，不受外界環(huán)境影響。

3)防護(hù)措施。

回風(fēng)分支管設(shè)置了防火隔板，防止柜內(nèi)火煙霧竄入通風(fēng)主管道影響其他柜體及制冷設(shè)備。設(shè)置防凝露出風(fēng)罩板，防止柜底部二次設(shè)備因距低溫出風(fēng)口近，而出現(xiàn)凝露。

以上針對智能柜的環(huán)境適用型設(shè)計(jì)方案，能夠較好的完成溫濕度控制，保證二次設(shè)備的正常運(yùn)行，保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行。智能控制柜和預(yù)制艙內(nèi)均配置智能溫控裝置，采集柜內(nèi)/艙內(nèi)溫濕度狀態(tài)、加熱除濕狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)散熱系統(tǒng)與環(huán)境自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，并具備實(shí)時(shí)監(jiān)控和信息報(bào)警遠(yuǎn)傳功能，實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)環(huán)境狀態(tài)可視化。

[1] 國家電網(wǎng)公司.智能變電站試點(diǎn)工程技術(shù)總結(jié)報(bào)告[R].2011.

[2] 任萬榮，李艷麗，束 娜，等.智能變電站智能控制柜溫控系統(tǒng)選型研究[J].電工技術(shù)，2013(8)：8-10.

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[4] 朱云霄，朱云燦，嚴(yán) 華.智能變電站戶外智能控制柜熱設(shè)計(jì)[J].電子機(jī)械技術(shù)，2013，29(6)：18-22.

[5] 余建組.電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)及分析技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

Research on environmental adaptability technology scheme of intelligent substation outer secondary equipment

Shi Guoliang Fan Yan Huang Shan

(ZhengzhouElectricPowerDesignInstitute,ChinaElectricPowerTechnology&EquipmentLimitedCompany,Zhengzhou450000,China)

Based on the core idea of “modular construction”, this paper analyzed the advantages and disadvantages of common temperature control schemes, and combining with Tianjin Baobei 500 kV substation engineering example, put forward using centralized environment temperature control technology, the practice proved that the scheme could achieve good temperature and humidity control, gained the safe operation of secondary equipment and power grid.

secondary intelligent equipment, environment self-adaptation, centralized environment control, temperature control system

1009-6825(2017)01-0149-02

2016-10-25

石國良(1990- )，男，助理工程師； 范 巖(1989- )，男，助理工程師； 黃 珊(1989- )，女，助理工程師

TM632

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