牛寨換流站閥廳設(shè)備運(yùn)行環(huán)境控制改進(jìn)分析

張杰 何其愚 丁漢林 李更達(dá) 郭明登 李超 夏子軍 李琳 杜天成 唐帆

1 南網(wǎng)超高壓輸電公司曲靖局

2 云南新天地人工環(huán)境工程有限公司

0 引言

換流站閥廳運(yùn)行時(shí)靜電大，粉塵容易吸附在閥塔內(nèi)各種電子電路板卡上，易造成晶閘管誤導(dǎo)通。近年超高壓系統(tǒng)內(nèi)也發(fā)生過(guò)因?yàn)殚y廳“污穢”導(dǎo)致的晶閘管誤導(dǎo)通事件，直接影響直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)粉塵過(guò)多也造成空調(diào)系統(tǒng)維護(hù)工作量大、系統(tǒng)故障率升高。因此很有必要對(duì)閥廳設(shè)備運(yùn)行環(huán)境控制進(jìn)行系統(tǒng)研究，找到粉塵高的原因及解決辦法[1-3]。

在空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，空調(diào)過(guò)濾、閥廳空氣正壓控制是閥廳粉塵的控制手段，此外并無(wú)其它的特殊控制手段，如風(fēng)管并沒(méi)有采取控制粉塵的手段，也沒(méi)有對(duì)粉塵含量進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)置，人員進(jìn)入也不需要特殊的清潔處理，這也是南方電網(wǎng)各換流站閥廳標(biāo)準(zhǔn)做法[4-5]。

鑒于此，本文主要致力于閥廳通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)粉塵來(lái)源與控制的研究。

1 閥廳環(huán)境現(xiàn)狀

1.1 閥廳空調(diào)功能構(gòu)成

本文以±文以調(diào)kV 牛寨換流站閥廳空調(diào)系統(tǒng)作為研究對(duì)象。閥廳空調(diào)系統(tǒng)由冷水機(jī)組，水泵及水系統(tǒng)，組合空調(diào)，電氣及控制系統(tǒng)等組成，具有對(duì)閥廳溫濕度控制（包括升溫降溫、加濕降濕）和空氣過(guò)濾功能。閥廳現(xiàn)場(chǎng)水冷螺桿機(jī)組有加熱和制冷兩種模式運(yùn)行，加熱模式幾乎不用。降溫采用的式冷水機(jī)組產(chǎn)生的冷凍水，降濕是通過(guò)電加熱器加熱空氣方式實(shí)現(xiàn)，加濕采用高壓噴霧加濕方式。牛寨換流站所處地方常年空氣比較潮濕，電加熱器啟動(dòng)較多，加濕功能不需要使用也從未使用，其它功能均能正常使用。

1.2 閥廳空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，閥廳空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成如下：

1）四個(gè)廳的空調(diào)系統(tǒng)形式和設(shè)備選型相同，采用出風(fēng)冷熱水機(jī)組，空調(diào)機(jī)組，風(fēng)管，閥門(mén)和風(fēng)口等組成的中央空調(diào)系統(tǒng)。

2）該系統(tǒng)采用兩套完全相同的機(jī)組，以保證100%備用。機(jī)組交替運(yùn)行以保證均勻磨損。由運(yùn)行機(jī)組到備用機(jī)組的切換自動(dòng)進(jìn)行。

3）空調(diào)系統(tǒng)具有變化新回風(fēng)的功能，可在室外空氣溫度合適的季節(jié)大量使用室外的新鮮空氣以節(jié)約能源和降低運(yùn)行費(fèi)用，新風(fēng)量可根據(jù)室外溫度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)。

4）風(fēng)冷冷熱水機(jī)組，組合式空氣處理機(jī)組，水泵和補(bǔ)水定壓裝置均露天布置在閥廳外靠近閥廳處。

1.3 主要參數(shù)與設(shè)備清單

1.3.1 閥廳設(shè)計(jì)參數(shù)

按閥廳空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，閥廳設(shè)計(jì)溫濕度如下：

1）溫度：10～50 ℃

2）相對(duì)濕度：25%～60%

3）房間正壓值：5～30 Pa

這一組設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中，相對(duì)濕度和正壓值的要求還算正常，溫度要求范圍則過(guò)寬。按這么寬的溫度要求范圍，閥廳不需要設(shè)置制冷或采暖空調(diào)，僅靠有控制的通風(fēng)系統(tǒng)即可滿(mǎn)足溫度要求。實(shí)際運(yùn)行中，閥廳溫度范圍為：18～30 ℃

1.3.2 主要設(shè)備清單

表1 為主要設(shè)備清單配置表。

表1 主要設(shè)備清單配置表

1.4 設(shè)備現(xiàn)狀

整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)雖有較高故障率，自控系統(tǒng)經(jīng)常異常報(bào)警，但空調(diào)本體設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)能滿(mǎn)足閥廳溫濕度要求。

現(xiàn)場(chǎng)觀察，空調(diào)系統(tǒng)也是外觀良好，運(yùn)行中的空調(diào)本體設(shè)備沒(méi)有異常狀況。

針對(duì)換流站閥廳通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，依據(jù)日常運(yùn)行人員的走訪、運(yùn)行參數(shù)記錄、現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)實(shí)測(cè)、與南方電網(wǎng)內(nèi)其他換流站的對(duì)比，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)完整性、空氣溫濕度、空氣成分三個(gè)方面，對(duì)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行分析。

1.5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)完整性

換流站閥廳是完整的密閉式的工業(yè)廠房，墻體結(jié)構(gòu)完整，滿(mǎn)足一般空調(diào)要求。但局部密封性不夠。主要表現(xiàn)為：

1）廠門(mén)密封不嚴(yán)。部分廠門(mén)有明顯縫隙。

2）消防排煙風(fēng)機(jī)密封不嚴(yán)。閥廳設(shè)置獨(dú)立的排煙系統(tǒng)，排煙由安裝在閥廳外墻上部的消防高溫排煙軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙，在確認(rèn)火被撲滅不會(huì)復(fù)燃的情況下，手動(dòng)打開(kāi)安裝在排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)口處的排煙防火閥和排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙。正常情況下，排煙防火閥應(yīng)該處于關(guān)閉狀態(tài)，實(shí)際檢查發(fā)現(xiàn)，許多閥門(mén)存在明顯縫隙，甚至有閥門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)，如圖1 所示。

圖1 風(fēng)閥處于開(kāi)啟狀態(tài)

閥門(mén)密閉不嚴(yán)或直接處于開(kāi)啟狀態(tài)，還可以從各個(gè)閥廳地板上大量可見(jiàn)的飛蛾中得到印證。

因換流站閥廳防塵需要，要求排煙風(fēng)閥為常閉且密封良好。但從實(shí)際情況來(lái)看，排煙風(fēng)閥密封狀態(tài)顯然是不滿(mǎn)足要求的。

1.6 粉塵問(wèn)題

空氣成分問(wèn)題包括O2、CO2濃度、粉塵等等。其中O2、CO2等氣體濃度對(duì)閥廳運(yùn)行設(shè)備不構(gòu)成影響。但閥廳粉塵含量高，對(duì)設(shè)備運(yùn)行影響較大，這是各換流站存在的共性問(wèn)題。

2 粉塵原因分析

閥廳設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)并不產(chǎn)生粉塵，閥廳粉塵多則只有如下兩個(gè)可能的原因：空調(diào)設(shè)備不正常，失去過(guò)濾粉塵的能力。外界不停有粉塵進(jìn)入。

2.1 確認(rèn)閥廳負(fù)壓是產(chǎn)生粉塵的主要原因

粉塵能從外部環(huán)境直接進(jìn)入了閥廳，最直接的就是外部空氣透過(guò)閥廳的各種縫隙和通道進(jìn)入內(nèi)部。除了強(qiáng)風(fēng)等因素以外，空調(diào)系統(tǒng)會(huì)在閥廳內(nèi)形成正負(fù)壓，正壓則室內(nèi)空氣向外流動(dòng)，負(fù)壓則室外空氣透過(guò)縫隙和通道被吸入閥廳內(nèi)部[6-7]。

2.1.1 房間正負(fù)壓理論分析計(jì)算

閥廳維持正壓或負(fù)壓是組合空調(diào)里送風(fēng)機(jī)和回風(fēng)機(jī)合力運(yùn)行的結(jié)果。當(dāng)送入閥廳的空氣明顯多于從閥廳抽出的空氣時(shí)，閥廳維持正壓，反過(guò)來(lái)則維持負(fù)壓。對(duì)于固定的房間，所需要的風(fēng)量差與正負(fù)壓差的平方成正比。這一風(fēng)量差值就是系統(tǒng)的新風(fēng)量。

設(shè)計(jì)資料顯示，閥廳按正壓5～30 Pa 設(shè)計(jì)。對(duì)門(mén)窗緊閉的一般密封性房間，需要按正壓5～30 Pa 維持正壓，則需要進(jìn)出風(fēng)量差折合成換氣次數(shù)1～4 次。每套組合空調(diào)所對(duì)應(yīng)的單個(gè)閥廳空間容積為34000 m3，即：送風(fēng)量-回風(fēng)量=34000～136000 m3/h。

需要特別說(shuō)明的是，房間正負(fù)壓差值取決于送排風(fēng)狀況，也取決于房間的密封性。由于房間的縫隙量不可計(jì)算，因此維持正負(fù)壓所需要的風(fēng)量差也法做準(zhǔn)確的理論值計(jì)算，一般按經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算。閥廳若能做到密封性良好，所要求數(shù)值可以適當(dāng)偏降低。

2.1.2 形成負(fù)壓原因分析

根據(jù)前述，當(dāng)送風(fēng)量明顯高于回風(fēng)量，雖不足以形成設(shè)計(jì)的正壓值，但也不會(huì)形成負(fù)壓。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看銘牌，數(shù)據(jù)顯示：回風(fēng)機(jī)風(fēng)量與送風(fēng)機(jī)一致，均為43362 m3/h，如果雙風(fēng)機(jī)都按著風(fēng)量運(yùn)行，閥廳里不會(huì)產(chǎn)生正壓、也不會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓。即使按設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，閥廳已很難產(chǎn)生所期望的正壓值，而實(shí)際供貨與設(shè)計(jì)還發(fā)生不良偏差，系統(tǒng)也不可能產(chǎn)生正壓。顯然，組合空調(diào)的運(yùn)行工況沒(méi)有按設(shè)計(jì)值進(jìn)行。

再考慮組合空調(diào)中新回風(fēng)平衡閥的存在（如圖2所示），平衡閥之前是排風(fēng)口和新風(fēng)口，理論上平衡閥之前的風(fēng)阻由回風(fēng)機(jī)承擔(dān)，之后的風(fēng)阻由送風(fēng)機(jī)承擔(dān)。顯然，盡管同樣風(fēng)量下送風(fēng)機(jī)的全壓要高于回風(fēng)機(jī)，但是它們承擔(dān)的阻力比例要高于全壓比例，故而回風(fēng)量偏大、送風(fēng)量偏小，從而導(dǎo)致了全面性的閥廳負(fù)壓。

圖2 組合空調(diào)功能段結(jié)構(gòu)（局部）

2.1.3 實(shí)測(cè)確認(rèn)負(fù)壓

進(jìn)入閥廳的觀測(cè)門(mén)處實(shí)測(cè)，門(mén)開(kāi)縫8 cm 時(shí)流入的風(fēng)速達(dá)1.0 m/s。

實(shí)測(cè)表明，四個(gè)閥廳空氣全處于明顯負(fù)壓狀態(tài)。加之圍護(hù)結(jié)構(gòu)存在各種空隙，意味著不停有空氣從室外直接進(jìn)入閥廳。盡管換流站所遠(yuǎn)離城市和工地，周邊沒(méi)有特別的粉塵源，但直接進(jìn)入閥廳的新風(fēng)會(huì)源源不斷帶入大量粉塵。

由此說(shuō)明，閥廳負(fù)壓是造成閥廳粉塵多根本原因。

2.2 孔洞效應(yīng)

閥廳負(fù)壓及多處空洞和縫隙，導(dǎo)致未經(jīng)處理的空氣從室外直接進(jìn)入閥廳，源源不斷帶入粉塵。

同時(shí)飛蛾進(jìn)入并陳尸閥廳后，尤其在閥廳電氣設(shè)備上時(shí)，飛蛾干燥、粉狀化，經(jīng)空調(diào)風(fēng)一吹，又是一個(gè)新的粉塵源了。

3 改進(jìn)措施

3.1 改進(jìn)思路

既然是閥廳負(fù)壓是粉塵進(jìn)入的主要原因，而閥廳結(jié)構(gòu)不完整形成孔洞效應(yīng)，導(dǎo)致負(fù)壓狀態(tài)下，粉塵能夠輕松進(jìn)入。那么改進(jìn)的思路就要圍繞這兩個(gè)方面來(lái)著力解決：營(yíng)造閥廳正壓環(huán)境，降低孔洞效應(yīng)。

3.2 正壓環(huán)境分析

3.2.1 設(shè)計(jì)對(duì)正壓的考慮

要維持閥廳正壓，核心問(wèn)題即要維持閥廳足夠的新風(fēng)量，然而設(shè)計(jì)資料對(duì)閥廳最小新風(fēng)量的要求為該系統(tǒng)新風(fēng)量除可在冬。夏季按總風(fēng)量的10%取值外，還具有變化新回風(fēng)比的功能，可在室外空氣溫濕度合適的季節(jié)大量使用室外新鮮空氣以節(jié)約能源和降低運(yùn)行費(fèi)用，新風(fēng)量可根據(jù)室外溫度的變化，按總風(fēng)量的10%～100%自動(dòng)調(diào)節(jié)，作為空調(diào)設(shè)計(jì)的衛(wèi)生新風(fēng)量。換句話(huà)說(shuō)，設(shè)計(jì)文件雖然說(shuō)到要維持一定正壓，但在具體實(shí)施時(shí)并沒(méi)有采取相應(yīng)的措施。

3.2.2 正壓風(fēng)量分析

資料顯示，送風(fēng)機(jī)風(fēng)量為43362 m3/h，回風(fēng)機(jī)風(fēng)量為39026 m3/h。送風(fēng)量高于回風(fēng)量，其差值為：43362-39026=4336m3/h。

這一差值遠(yuǎn)低于前面所述的34000 m3/h，即除非閥廳有非常好的密封性，否則難以形成足夠的正壓。

3.3 改進(jìn)方案和措施

3.3.1 閥廳孔洞處理

仔細(xì)檢查閥廳門(mén)墻及排煙風(fēng)機(jī)所形成的孔洞和縫隙，并進(jìn)行密封處理，切實(shí)保證閥廳的密閉性能。設(shè)計(jì)可靠的空調(diào)系統(tǒng)和消防排煙系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，確保排煙風(fēng)閥不會(huì)誤開(kāi)啟。

3.3.2 組合空調(diào)改造

由于送風(fēng)機(jī)和回風(fēng)機(jī)的組合空調(diào)設(shè)計(jì)，是形成負(fù)壓的主要原因之一，所以改造組合空調(diào)，是改進(jìn)措施的重點(diǎn)所在。

原系統(tǒng)設(shè)置有送風(fēng)機(jī)和回風(fēng)機(jī)，這一模式稱(chēng)為組合空調(diào)的雙風(fēng)機(jī)模式。雙風(fēng)機(jī)模式一般用于以下兩種場(chǎng)合：①室內(nèi)產(chǎn)生有害氣體需要有序排放。②系統(tǒng)和風(fēng)管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，阻力大。

顯然，閥廳并不產(chǎn)生需要有序排放的有害氣體，空調(diào)系統(tǒng)就設(shè)置在閥廳旁邊，風(fēng)管并不很長(zhǎng)且組合空調(diào)功能段也不復(fù)雜，因此可以改用單風(fēng)機(jī)模式。

單風(fēng)機(jī)模式更便于進(jìn)行回風(fēng)量與新風(fēng)量的分配，更能保證室內(nèi)正壓，同時(shí)單風(fēng)機(jī)模式故障率更低、維修工作量更小。

新的風(fēng)機(jī)風(fēng)量可按原設(shè)計(jì)43362 m3/h 選取，風(fēng)壓則可按850 Pa 選取。

配合雙改單，需要將組合空調(diào)功能段改造成如圖3 所示的形式。

圖3 改進(jìn)后的風(fēng)柜示意圖

這一改造包括如下主要內(nèi)容：

①改雙風(fēng)機(jī)模式為單風(fēng)機(jī)模式。注意其中新風(fēng)和回風(fēng)仍應(yīng)保留必要的防火調(diào)節(jié)閥，并在最終調(diào)試后確認(rèn)個(gè)閥門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)度和新風(fēng)閥的最小開(kāi)度。實(shí)際改造過(guò)程中，也可考慮設(shè)置必要的中間段（非功能段），原有的加濕段和加熱段如需保留也可保留在表冷段之后，同時(shí)保留原有的各調(diào)節(jié)閥門(mén)及其控制模式。

②修改初效過(guò)濾段與回風(fēng)口的相對(duì)位置。原設(shè)計(jì)新風(fēng)回風(fēng)混合后先后經(jīng)過(guò)初效過(guò)濾器和中效過(guò)濾器，考慮到從閥廳返回的空氣并無(wú)粗大雜質(zhì)需要過(guò)濾，可以直接進(jìn)入中效過(guò)濾器，故做如此修改。修改后可降低整個(gè)風(fēng)系統(tǒng)阻力，降低風(fēng)機(jī)負(fù)荷，這也是空調(diào)行業(yè)的常規(guī)方案。

3.3.3 正壓調(diào)試

每個(gè)建筑物因其密封性不一樣，維持其一定正壓所需要的風(fēng)量不一樣，應(yīng)該耐心實(shí)測(cè)和調(diào)試，不能僅憑設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)了事。

因此，上述改造完成以后應(yīng)該耐心對(duì)每個(gè)閥廳進(jìn)行正壓調(diào)試，在這一過(guò)程中應(yīng)掌握新風(fēng)量與閥廳正壓的關(guān)系，確定最小新風(fēng)量和新風(fēng)閥最小開(kāi)度位置。

當(dāng)然，調(diào)試過(guò)程中也可以確認(rèn)為節(jié)能而在低溫季節(jié)允許的最大新風(fēng)量，甚至掌握全新風(fēng)運(yùn)行工況（如可能實(shí)現(xiàn)）的控制模式。

3.3.4 設(shè)置負(fù)壓報(bào)警

為了保證系統(tǒng)能夠按照改進(jìn)設(shè)計(jì)方案良好運(yùn)行，設(shè)置閥廳內(nèi)外微壓檢測(cè)與報(bào)警裝置，當(dāng)檢測(cè)到正壓低于5 Pa 時(shí)報(bào)警，報(bào)警可直接接入現(xiàn)有控制系統(tǒng)，也可直接于合適位置設(shè)置聲光報(bào)警。

4 結(jié)論

牛寨換流站因空調(diào)設(shè)備原因?qū)е麻y廳形成負(fù)壓，未經(jīng)處理的空氣通過(guò)閥廳墻體上的孔洞和縫隙從室外源源不斷直接進(jìn)入閥廳，帶入粉塵，導(dǎo)致閥廳粉塵含量高。

要解決該問(wèn)題，一方面要改造組合空調(diào)，使之能保持閥廳正壓，另一方面也需要加強(qiáng)閥廳墻體密封性，降低孔洞效應(yīng)。