智能化變電站室外匯控柜溫控方案

趙昊然　費(fèi)傳鶴　侯川　項(xiàng)治國(guó)　龔文靜

[摘? ? 要]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國(guó)的智能化系統(tǒng)也在逐漸進(jìn)步，智能化變電站的室外機(jī)柜在進(jìn)行溫度控制時(shí)，方案也呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)。文章從主動(dòng)散熱的角度進(jìn)行探討，對(duì)于當(dāng)前主流的幾種室外機(jī)柜溫度控制方法進(jìn)行系統(tǒng)性的對(duì)比，通過對(duì)相關(guān)問題的研究，希望為當(dāng)前智能化變電站室外匯控柜溫控方案提出較好解決措施，進(jìn)而解決由于設(shè)備溫度過高而引起整體系統(tǒng)發(fā)生問題，通過對(duì)相關(guān)問題提出針對(duì)性解決措施為同行提供參考。

[關(guān)鍵詞]智能化變電站;室外匯控柜;溫度控制

[中圖分類號(hào)]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）09–00–02

[Abstract]With the rapid development of China's economy， China's intelligent system is also gradually improving. When the intelligent substation carries out temperature control in the outdoor cabinet， the scheme also shows a diversified trend. This paper discusses from the perspective of active heat dissipation， systematically compares several current mainstream outdoor cabinet temperature control methods， and hopes to put forward better solutions for the current temperature control scheme of foreign exchange control cabinet in intelligent substation room through the research on relevant problems， so as to solve the problems of the overall system caused by too high equipment temperature， Propose targeted solutions to relevant problems to provide reference for peers.

[Keywords]intelligent substation; outdoor centralized control cabinet; temperature control

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)智能化變電站發(fā)展越來越迅速，在我國(guó)多地紛紛投產(chǎn)建成智能變電站。智能變電站的發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)下電力行業(yè)的主流趨勢(shì)，是進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)有效發(fā)展的重要途徑，也是今后變電站構(gòu)建的一種未來趨勢(shì)。但當(dāng)前智能變電站仍存在很多技術(shù)性問題。當(dāng)前智能變電站中重要的問題之一就是對(duì)于室外匯控柜防高溫控制。如果這一關(guān)鍵技術(shù)問題沒有得到解決，智能變電站就不能有效推動(dòng)推廣至我國(guó)各地。當(dāng)前我國(guó)大多數(shù)變電站在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，并沒有將室外匯控柜防高溫措施有效地納入當(dāng)前設(shè)計(jì)總體方案中，甚至很多設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行方案規(guī)劃時(shí)，并沒有將室外柜的高溫問題進(jìn)行全盤歸納，納入整體設(shè)計(jì)方案中。我國(guó)快速發(fā)展，氣候也在不斷變化，全球氣候也正在變暖。我國(guó)福源遼闊，各地區(qū)氣候均不相同，而近年來氣候不斷惡劣，很多南方地區(qū)在夏季時(shí)，平均溫度已經(jīng)超過40 ℃。由于變電站的室外匯控柜長(zhǎng)期處于露天狀態(tài)，并且沒有相關(guān)遮陽設(shè)施。由于長(zhǎng)期陽光暴曬，使得柜內(nèi)熱度無法得到有效散發(fā)。整體設(shè)備通過防水、防腐蝕、防沙塵的處防護(hù)措施，并且長(zhǎng)期處于完全封閉的形態(tài)，設(shè)備中的熱量不能有效散發(fā)到外界。室外柜中的設(shè)備，其電路較多，并且很多終端設(shè)備以及數(shù)據(jù)單元通過光纖設(shè)備進(jìn)行連接，進(jìn)行程序運(yùn)行時(shí)，其整體發(fā)熱量常年較大，所以室外匯控柜的溫度比起外界溫度要高很多。通過檢測(cè)人員的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在某些南方地區(qū)夏季溫度最高時(shí)，變電站內(nèi)的匯控柜室內(nèi)溫度最高可以達(dá)到80 ℃以上。但通常室外匯控柜設(shè)備工作溫度要穩(wěn)定在-20～60 ℃，這樣設(shè)備才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。環(huán)境溫度過高會(huì)使得機(jī)器不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，超出當(dāng)前設(shè)備所能承受的最高溫度。而變電站的室外匯控柜存在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)使得整體電路發(fā)生老化，各個(gè)元器件性能降低，對(duì)整個(gè)變電站系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成了威脅，嚴(yán)重情況下可能會(huì)導(dǎo)致變電站發(fā)生故障，對(duì)于電網(wǎng)的安全平穩(wěn)發(fā)電造成極大的消極影響。所以變電站室外匯控柜的溫度控制時(shí)，需要給予高度重視，避免因?yàn)闇囟葐栴}而導(dǎo)致不能平穩(wěn)安全發(fā)電。

1 智能變電站室外匯控柜溫控現(xiàn)狀

當(dāng)前智能變電站室外匯控柜主要的控制溫度的元件組分為兩部分，其中一部分是隔熱系統(tǒng)。它可以通過隔熱材料將整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效隔熱，將外界環(huán)境的熱量有效隔絕，從而確保內(nèi)部溫度的降低。進(jìn)行表面材料使用時(shí)，通常會(huì)采用陽光反射率較高的材料，并且整體機(jī)箱的材料選用導(dǎo)熱率低的材料。如果外部機(jī)箱有太陽直射的地方，可以采用雙層隔熱結(jié)構(gòu)，對(duì)太陽光進(jìn)行有效隔離。另一種方法是主動(dòng)散熱。主動(dòng)散熱采用風(fēng)冷，而風(fēng)冷又分為直接風(fēng)冷方法和間接風(fēng)冷方法。這種散熱方法使得機(jī)箱內(nèi)的熱量有效發(fā)散。主動(dòng)散熱可以將內(nèi)部熱量運(yùn)輸?shù)酵饨绛h(huán)境中，從而達(dá)到變電站室外匯控柜溫度下降的目的。本文主要從當(dāng)前主動(dòng)散熱的技術(shù)出發(fā)，對(duì)主流的室外機(jī)柜溫控措施進(jìn)行有效分析與比較，并結(jié)合當(dāng)前智能變電站的實(shí)際情況，來進(jìn)行方案制定，從而徹底解決變電站的室外匯控柜溫度問題。

2 室外匯控柜溫度控制解決措施

2.1 機(jī)柜空調(diào)器單一溫控方案

機(jī)柜空調(diào)器單一溫控技術(shù)，是指在戶外的匯控柜上安裝空調(diào)器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)室外匯控柜的降溫目的。機(jī)柜空調(diào)器主要由冷凝器、制冷裝置、溫度控制器、蒸發(fā)裝置、鼓風(fēng)機(jī)等多個(gè)零部件構(gòu)成。在采用機(jī)柜空調(diào)器控制時(shí)，蒸發(fā)器一般位于機(jī)箱內(nèi)部;冷凝裝置則在外部蒸發(fā)器中，制冷物質(zhì)在鼓風(fēng)機(jī)的作用下被吹入壓縮機(jī)中。容易沸騰的制冷液再進(jìn)入壓縮機(jī)后，由于物理變化會(huì)變成液態(tài)材料。在進(jìn)行制冷時(shí)，溫度逐漸上升，當(dāng)不斷超過機(jī)柜內(nèi)的溫度時(shí)，熱量則通過冷凝裝置向周圍空間進(jìn)行熱量發(fā)散。冷凝劑通過毛細(xì)管裝置進(jìn)入后續(xù)的蒸發(fā)裝置中，從而將機(jī)箱內(nèi)的全部熱量轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，然后壓縮機(jī)將裝置內(nèi)的空氣吸入腔體內(nèi)，排到外界。蒸發(fā)出的熱量在匯控柜內(nèi)不斷循環(huán)，反復(fù)制冷，最終實(shí)現(xiàn)匯控柜內(nèi)的溫度降低的目的。機(jī)柜空調(diào)器傳輸效率較高，其可以將空氣中的水汽以及腐蝕性氣體，阻隔到匯控柜外部，保證了內(nèi)部熱量降低，整體設(shè)備在運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)熱量問題。其次，換熱器在進(jìn)行熱量交換時(shí)，運(yùn)輸效率較高，可以將內(nèi)部熱量進(jìn)行運(yùn)輸。并且整體結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可以將外部的灰塵以及污漬有效防護(hù)，抗腐蝕效果比較好。進(jìn)行機(jī)柜空調(diào)器安裝時(shí)，整體安裝過程簡(jiǎn)單，并且整體使用的冷卻液環(huán)保節(jié)能。通過搭配監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)當(dāng)前工作設(shè)備內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)發(fā)生問題時(shí)，可以及時(shí)控制，有效提升了匯控柜溫度控制的安全性以及準(zhǔn)確性。但機(jī)柜空調(diào)器還存在很多問題，比如，設(shè)備運(yùn)行時(shí)能量消耗較大，且設(shè)備造價(jià)較高，很多變電站不能大規(guī)模使用。

2.2 風(fēng)扇單一溫控方案

風(fēng)扇單一溫控方案是在機(jī)柜的某些部位進(jìn)行開孔處理，安裝外部風(fēng)扇。通過運(yùn)行風(fēng)扇將匯控柜內(nèi)部的空氣排入環(huán)境中，將環(huán)境中的冷空氣流入機(jī)柜內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)匯控柜溫度降低的目的。這種降溫特點(diǎn)有很多優(yōu)勢(shì)，降溫方式簡(jiǎn)單，功耗較低，在安裝時(shí)也比較容易。這種溫度控制方案缺點(diǎn)也十分明顯，由于風(fēng)扇的準(zhǔn)確性與可靠性相對(duì)較差，風(fēng)扇的長(zhǎng)期旋轉(zhuǎn)不能對(duì)匯控柜溫度下降做到立竿見影的效果，所以導(dǎo)致維修成本進(jìn)一步增高，設(shè)備運(yùn)行存在的風(fēng)險(xiǎn)也較多。此外由于匯控柜內(nèi)的空氣可以與外界空氣進(jìn)行直接交換，風(fēng)扇并不能隔絕掉外部空氣中的水汽以及其他雜質(zhì)氣體，隨著設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)導(dǎo)致匯控柜內(nèi)的灰層集聚，并且由于其他腐蝕物會(huì)對(duì)內(nèi)部元件造成腐蝕，加速匯控柜內(nèi)設(shè)備的老化，使得變電站內(nèi)的設(shè)備整體性能下降，從而不能達(dá)到穩(wěn)定發(fā)電的效果。

2.3 機(jī)柜空調(diào)器+熱交換器的溫度控制

機(jī)柜空調(diào)器+熱交換器，這種溫度控制原理是將機(jī)柜空調(diào)器與熱交換器進(jìn)行充分配合，從而實(shí)現(xiàn)匯控柜內(nèi)溫度全面降低的目的。設(shè)計(jì)的總體思路，通過將有規(guī)律的冷空氣進(jìn)行有效利用，通過熱交換來實(shí)現(xiàn)匯控柜內(nèi)部溫度降低的目的。這種溫度控制方案是將匯控柜外的新鮮空氣進(jìn)行利用，在與匯控柜內(nèi)的空氣進(jìn)行熱量交換后，再次反送至匯控柜內(nèi)部，柜內(nèi)的空氣與外界環(huán)境不產(chǎn)生直接交換，從而達(dá)到了隔絕水汽以及其他腐蝕性氣體的作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。通過智能設(shè)備的有效控制，使得熱交換器與機(jī)柜空調(diào)器進(jìn)行有效聯(lián)動(dòng)，通過信息設(shè)備來檢驗(yàn)當(dāng)前匯控柜外部的實(shí)際溫度，當(dāng)外界新風(fēng)的含量不能排出當(dāng)前匯控柜內(nèi)的熱量時(shí)，空調(diào)器就會(huì)自動(dòng)打開，從而穩(wěn)定匯控柜內(nèi)的工作溫度保持在正常范圍中。

通過智能設(shè)備的配合，當(dāng)前這種控制方案在正常工作狀態(tài)時(shí)可以將溫度控制在合理的區(qū)間范圍內(nèi)。當(dāng)熱交換器開始運(yùn)行時(shí)，相關(guān)設(shè)備會(huì)按照當(dāng)前實(shí)際情況來進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到熱量交換的目的。如果此時(shí)匯控柜內(nèi)的實(shí)際溫度逐漸升高，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)，匯控柜內(nèi)的空調(diào)器就會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行熱量交換以及空調(diào)制冷。溫度到達(dá)合適溫度時(shí)，匯控柜內(nèi)的空調(diào)器則會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而穩(wěn)定當(dāng)前溫度，保持在合適的工作范圍內(nèi)。只要設(shè)備外的溫度始終維持一定范圍熱交換器就會(huì)一直運(yùn)轉(zhuǎn)，保證當(dāng)前匯控柜內(nèi)的實(shí)際溫度保持在合理的工作區(qū)間內(nèi)，并且穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)前這種溫度交換系統(tǒng)通過兩套工作裝置來進(jìn)一步提高溫度控制的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。對(duì)于不同的設(shè)備，兩套智能系統(tǒng)可以單獨(dú)工作，并且在溫度出現(xiàn)變化時(shí)也可以同時(shí)進(jìn)行。這兩套系統(tǒng)在進(jìn)行工作時(shí)比起單一的溫度控制調(diào)節(jié)來看，節(jié)約電能提高40%，使得機(jī)柜空調(diào)器的工作時(shí)間有效加長(zhǎng)，并且將設(shè)備使用壽命進(jìn)一步延長(zhǎng)，降低了企業(yè)維護(hù)相關(guān)設(shè)備的費(fèi)用。并且智能設(shè)備可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)對(duì)于設(shè)備的控制，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題。這兩套系統(tǒng)對(duì)匯控柜可以進(jìn)行全面控制，阻止了外界環(huán)境的腐蝕和水汽，進(jìn)一步提高機(jī)柜內(nèi)部的工作穩(wěn)定性，隔絕了各種污染。

2.4 機(jī)柜空調(diào)+風(fēng)扇的溫度控制措施

這種控制方案是指在匯控柜的內(nèi)部，采取機(jī)柜空調(diào)裝置與風(fēng)扇裝置有效結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)溫度降低。這種溫度控制方式將風(fēng)扇作為溫度降低的輔助裝置，在空調(diào)發(fā)生設(shè)備故障或者外部溫度較高情況時(shí)，來輔助內(nèi)部空調(diào)器的運(yùn)作。當(dāng)外界溫度比較低的時(shí)候，讓機(jī)箱內(nèi)的空調(diào)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，通過風(fēng)扇來實(shí)現(xiàn)匯控柜內(nèi)部與外部環(huán)境的空氣發(fā)生對(duì)流，從而將機(jī)柜內(nèi)的熱量有效排出到環(huán)境中，將環(huán)境中的冷空氣注入到機(jī)箱中，從而實(shí)現(xiàn)溫度降低。通過風(fēng)扇與機(jī)柜空調(diào)的有效聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)箱內(nèi)空調(diào)器的自動(dòng)調(diào)節(jié)，外界溫度出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，匯控柜內(nèi)的溫度仍處于正常工作范圍中。這種溫度控制方案成本較低，并且節(jié)約能量，維護(hù)費(fèi)用較低。然而這種控制措施缺點(diǎn)較為明顯，在進(jìn)行空氣對(duì)流時(shí)對(duì)于匯控柜內(nèi)元器件會(huì)造成腐蝕，設(shè)備性能下降速度快。

3 結(jié)束語

綜上所述，多種匯控柜方案的比較來看，機(jī)柜空調(diào)+熱交換器與機(jī)柜空調(diào)+風(fēng)扇，這兩種溫度控制方案比其他的降溫方案明顯有較大優(yōu)勢(shì)，可以有效提升當(dāng)前能源控制效率，以及控制能量消耗，進(jìn)一步提升設(shè)備壽命，從而使得匯控柜能夠可靠運(yùn)行，進(jìn)一步提升發(fā)電質(zhì)量，從而為企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟(jì)收益。

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