變電站GIS預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)研究與應(yīng)用

劉文平,肖 星,陳偉明,尹雁和,曾 威

(南方電網(wǎng)廣東中山供電局,廣東 中山 528400)

0 引言

隨著城市用電負(fù)荷持續(xù)增長,考慮到經(jīng)濟(jì)效益和安全運(yùn)行,需要在城市中心建設(shè)變電站,其占地面積和建設(shè)周期顯得尤為重要[1-3]。一種模塊化預(yù)制艙式變電站在城市中心的應(yīng)用,解決了傳統(tǒng)變電站建設(shè)周期長、占用土地面積大、安裝工藝不統(tǒng)一等問題,實(shí)現(xiàn)了變電站的小型化、低成本,提升了建設(shè)效率和質(zhì)量[4-7]。變電站GIS預(yù)制艙內(nèi)空間小且密閉,一方面,需要保持GIS室內(nèi)的溫濕度、氧氣濃度正常,在外部環(huán)境處于惡劣狀態(tài)時(shí),防止外部風(fēng)沙、灰塵進(jìn)入室內(nèi);另一方面,室內(nèi)設(shè)備散發(fā)的熱量應(yīng)及時(shí)排出,否則會(huì)影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行[8-9]。

當(dāng)前,國內(nèi)針對變電站GIS預(yù)制艙室通風(fēng)系統(tǒng)尚無相關(guān)文獻(xiàn),但對變電站設(shè)備室的通風(fēng)系統(tǒng)開展了相應(yīng)研究,文獻(xiàn)[10]采用置換通風(fēng)技術(shù),將自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)與物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)相結(jié)合,應(yīng)用于GIS室通風(fēng)系統(tǒng),取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果;文獻(xiàn)[11]通過改造10 kV高壓室通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口位置,提高了通風(fēng)效率;文獻(xiàn)[12]選擇最有效的空調(diào)方式,盡可能充分地利用自然通風(fēng),并利用室內(nèi)散熱的熱循環(huán)替代了電暖氣,達(dá)到節(jié)電目標(biāo),可以起到節(jié)能效果。上述系統(tǒng)均獨(dú)立運(yùn)行,缺乏聯(lián)動(dòng)控制,智能化水平低,不能有效提高GIS室通風(fēng)效率,且上述系統(tǒng)目前采用人工的周期性巡視方法并存在通風(fēng)設(shè)備隱患,該方法存在巡視工作量大、智能化水平低、易失誤等問題,且無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常狀態(tài),造成室內(nèi)環(huán)境出現(xiàn)不符合正常運(yùn)行條件的情況。

為了解決上述變電站通風(fēng)系統(tǒng)問題,本文采用可控弱氣流通風(fēng)技術(shù)、微正壓空調(diào)技術(shù)、風(fēng)機(jī)控制與狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、防塵通風(fēng)控制技術(shù)和智能聯(lián)動(dòng)控制技術(shù),提出并研制了變電站GIS預(yù)制艙室通風(fēng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了GIS室內(nèi)風(fēng)機(jī)、空調(diào)、除濕機(jī)、空氣凈化器及防塵通風(fēng)裝置實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、控制、診斷、預(yù)警功能,及時(shí)發(fā)現(xiàn)通風(fēng)設(shè)備故障狀況,并通知運(yùn)維人員進(jìn)行處理。

1 變電站GIS預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

變電站GIS預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)控制器、傳感器、通風(fēng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)裝置組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 變電站GIS預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

傳感器包括氣體傳感器、溫濕度傳感器、紅外測溫儀、熱釋電人體感應(yīng)傳感器、火災(zāi)探測器。氣體傳感器安裝在GIS預(yù)制艙設(shè)備附近底部,用于監(jiān)測O2、SF6濃度和空氣質(zhì)量(甲醛含量、TVOC含量、PM2.5);溫濕度傳感器安裝在墻上,用于監(jiān)測室內(nèi)溫濕度;紅外測溫儀位置正對著GIS設(shè)備,用于監(jiān)測設(shè)備溫度;熱釋電人體感應(yīng)傳感器安裝在艙門前,用于監(jiān)測是否工作人員進(jìn)入室內(nèi);火災(zāi)探測器安裝在艙內(nèi)頂部,用于監(jiān)測室內(nèi)火災(zāi)。各傳感器將采集的數(shù)據(jù)上傳至微機(jī)控制器。

通風(fēng)設(shè)備包括風(fēng)機(jī)、空調(diào)、除濕機(jī)、空氣凈化器、防塵通風(fēng)裝置,用于調(diào)節(jié)GIS室內(nèi)O2濃度、SF6濃度、溫濕度、凈化室內(nèi)空氣,確保室內(nèi)GIS設(shè)備安全可靠運(yùn)行和環(huán)境空氣質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

微機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)對傳感器數(shù)據(jù)采集并上傳至監(jiān)控系統(tǒng),執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)的控制指令,控制通風(fēng)設(shè)備啟停機(jī);監(jiān)測傳感器、通風(fēng)設(shè)備及微機(jī)控制器的運(yùn)行信息或故障狀態(tài)至監(jiān)控系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)對GIS預(yù)制艙O2濃度、SF6濃度、溫濕度、空氣質(zhì)量進(jìn)行集中管理,制定、發(fā)布通風(fēng)設(shè)備的控制策略,實(shí)時(shí)采集傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、決策,實(shí)時(shí)在線監(jiān)測各通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并預(yù)警故障信息,有效管控GIS室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)裝置主要由交換器、光纖收發(fā)器、調(diào)制解調(diào)器、光纜、網(wǎng)線等構(gòu)成。傳感器與微機(jī)控制器通過網(wǎng)線或RS-485串口通信,微機(jī)控制器與調(diào)制解調(diào)器采用ZigBee無線通信技術(shù)進(jìn)行通信,調(diào)制解調(diào)器與交換機(jī)采用網(wǎng)線或光纖通信,而交換機(jī)則與監(jiān)控系統(tǒng)之間采用網(wǎng)線通信。

1.2 功能設(shè)計(jì)

變電站GIS預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)需集中監(jiān)測全部傳感器數(shù)據(jù),制定有效的控制策略。其主要功能如下。

a. 實(shí)時(shí)監(jiān)測、診斷、告警功能。系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測GIS預(yù)制艙O2濃度、SF6濃度、溫濕度、空氣質(zhì)量數(shù)值,對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)及時(shí)告警。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測微機(jī)控制器、傳感器、通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行狀況并上報(bào)裝置異常。上述告警信號上傳至監(jiān)控系統(tǒng),并及時(shí)發(fā)送給運(yùn)維人員,以便及時(shí)消缺。

b. 實(shí)施微機(jī)控制器及監(jiān)控系統(tǒng)控制策略。系統(tǒng)結(jié)合通風(fēng)設(shè)備聯(lián)動(dòng)組合實(shí)施調(diào)節(jié)GIS預(yù)制艙O2濃度、SF6濃度、溫濕度、空氣質(zhì)量的控制策略,可遠(yuǎn)方投退通風(fēng)設(shè)備,防止通風(fēng)設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行,降低設(shè)備故障率。

c. 定值管理。運(yùn)維人員通過微機(jī)控制器或監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行定值,主要包括通風(fēng)設(shè)備啟停機(jī)、故障定值。

d. 巡視報(bào)告自動(dòng)生成。巡檢報(bào)告內(nèi)容包括GIS預(yù)制艙O2濃度、SF6濃度、溫濕度、空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)、微機(jī)控制器及通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、異常告警信號等。

2 GIS變電站預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 可控弱氣流通風(fēng)技術(shù)

可控弱氣流通風(fēng)技術(shù)是采用置換通風(fēng)原理,將機(jī)械送風(fēng)與自然排風(fēng)進(jìn)行結(jié)合,應(yīng)用在電氣設(shè)備室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)[13]。

2.1.1 置換通風(fēng)原理

置換通風(fēng)系統(tǒng)主要是通過將室內(nèi)外的空氣置換,從而對設(shè)備及室內(nèi)空氣質(zhì)量實(shí)現(xiàn)更高效管理[14]。置換通風(fēng)原理如圖2所示。

圖2 置換通風(fēng)原理

傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)以恒定功率運(yùn)轉(zhuǎn),且啟動(dòng)后以最大功率持續(xù)運(yùn)行,因?yàn)轭A(yù)制艙空間狹小、作業(yè)空間小,風(fēng)機(jī)造成的噪音也會(huì)比較明顯,會(huì)影響作業(yè)人員作業(yè)質(zhì)量,因此降低風(fēng)機(jī)噪音很重要。通風(fēng)風(fēng)機(jī)采用變頻電機(jī)和消音罩降低噪音,根據(jù)SF6濃度調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速;發(fā)生火災(zāi)時(shí),風(fēng)機(jī)以最大功率運(yùn)行排煙。風(fēng)機(jī)長時(shí)間運(yùn)行,濾網(wǎng)上會(huì)積聚灰塵,風(fēng)機(jī)采用可拆卸的防塵網(wǎng),卡槽上設(shè)計(jì)1個(gè)把手以便拔下過濾網(wǎng)。

防塵通風(fēng)裝置由過濾器、防小動(dòng)物網(wǎng)、百葉窗、防雨罩組成,GIS預(yù)制艙通風(fēng)防塵裝置如圖3所示。防塵通風(fēng)裝置可過濾預(yù)制艙GIS室內(nèi)的粉塵并通風(fēng)。

(a)室內(nèi) (b)室外

根據(jù)氣體傳感器、熱釋電人體感應(yīng)傳感器檢測的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)控制風(fēng)機(jī)與防塵通風(fēng)裝置的啟停,使預(yù)制艙GIS室內(nèi)氣體濃度滿足預(yù)設(shè)的氣體濃度限值。

當(dāng)監(jiān)測到的SF6濃度值不小于SF6啟動(dòng)閾值或O2濃度值不大于O2啟動(dòng)閾值時(shí),啟動(dòng)風(fēng)機(jī)和防塵通風(fēng)裝置;當(dāng)監(jiān)測到的SF6濃度值小于SF6停機(jī)閾值且O2濃度值大于O2停機(jī)閾值時(shí),關(guān)閉風(fēng)機(jī)和防塵通風(fēng)裝置;當(dāng)熱釋電人體感應(yīng)傳感器檢測到工作人員進(jìn)入GIS預(yù)制艙時(shí),啟動(dòng)風(fēng)機(jī)和防塵通風(fēng)裝置,持續(xù)運(yùn)行至預(yù)設(shè)時(shí)長后,關(guān)閉風(fēng)機(jī)和防塵通風(fēng)裝置。

2.1.2 可控弱氣流通風(fēng)技術(shù)特點(diǎn)

在變電站GIS預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)中,需保證GIS設(shè)備環(huán)境溫濕度得到有效控制,需要將通風(fēng)系統(tǒng)中的分層界面高度控制在GIS設(shè)備頂部之上,才能維持電氣設(shè)備室的環(huán)境溫度。

置換通風(fēng)需要控制出風(fēng)位置和出風(fēng)速度,由于GIS預(yù)制艙設(shè)備布置比較緊湊,室內(nèi)通風(fēng)設(shè)備或風(fēng)管布置受限因素較多,需將機(jī)械送風(fēng)與自然排風(fēng)相結(jié)合,對室內(nèi)O2濃度、SF6濃度進(jìn)行有效控制,不僅保障作業(yè)人員安全,還可降低通風(fēng)系統(tǒng)能耗。

可控弱氣流通風(fēng)的核心是“可控”和“弱氣流”?？煽刂饕峭ㄟ^室內(nèi)設(shè)備發(fā)熱量、濕度、室外氣象條件等參數(shù)對正壓通風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)量、送風(fēng)地點(diǎn)、送風(fēng)方式、送風(fēng)方向、送風(fēng)品質(zhì)等進(jìn)行控制,以維持室內(nèi)穩(wěn)定的溫度梯度和均衡的氣流分布。弱氣流基于置換通風(fēng)原理,維持室內(nèi)穩(wěn)定溫度梯度所需的最小氣流,可避免室內(nèi)局部渦流產(chǎn)生,使機(jī)械送風(fēng)與設(shè)備表面維持穩(wěn)定,并實(shí)現(xiàn)高效對流換熱。此外,弱氣流還為進(jìn)風(fēng)氣流的凈化、過濾、控濕等處理提供了良好條件,可有效保證室內(nèi)空氣品質(zhì),同時(shí)驅(qū)動(dòng)弱氣流所用的小功率風(fēng)機(jī),使風(fēng)機(jī)及氣流產(chǎn)生的噪音大大減小。

2.1.3 可控弱氣流通風(fēng)系統(tǒng)控制策略

可控弱氣流通風(fēng)是建立在熱平衡理論、置換通風(fēng)理論基礎(chǔ)之上的通風(fēng)方法,通風(fēng)原理是在強(qiáng)氣流組織的設(shè)計(jì)中,利用防塵通風(fēng)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì),使室外新風(fēng)首先通過發(fā)熱量較低的主要設(shè)備區(qū)域,最后再達(dá)到主要發(fā)熱設(shè)備,能夠降低發(fā)熱設(shè)備對室內(nèi)外其他空氣的熱污染,達(dá)到節(jié)能目的;通過將冷熱溫度邊界的溫度進(jìn)行控制,以達(dá)到對室內(nèi)外溫度的合理調(diào)節(jié),并適當(dāng)增加了通風(fēng)裝置的排風(fēng)溫度,以減少通風(fēng)裝置的通風(fēng)流量;并通過對排風(fēng)系統(tǒng)出口位置與范圍的適當(dāng)調(diào)整,維持最上部的熱壓,以保持室內(nèi)外溫度梯度,并避免了室內(nèi)系統(tǒng)噪音外泄。

系統(tǒng)主要從通風(fēng)裝置外形、風(fēng)機(jī)參數(shù)、風(fēng)機(jī)與防塵通風(fēng)裝置安裝位置等進(jìn)行優(yōu)化,通過溫濕度傳感器采集GIS預(yù)制艙室上部或出風(fēng)口的溫度數(shù)據(jù)、氣體傳感器采集室內(nèi)SF6和O2氣體濃度,采用微機(jī)控制器建立智能反饋機(jī)制,自動(dòng)控制通風(fēng)設(shè)備的輸出功率與啟停機(jī),實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)換氣量,使其與設(shè)備發(fā)熱量變化的動(dòng)態(tài)曲線相適應(yīng),達(dá)到控制室內(nèi)空氣溫濕度目的;并通過氣體傳感器、火災(zāi)探測器來實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的安全控制及異常或越限告警。

2.2 微正壓空調(diào)技術(shù)

對于多塵、高濕、高溫地區(qū)的變電站,GIS預(yù)制艙內(nèi)應(yīng)采用微正壓技術(shù),使內(nèi)部氣壓值為環(huán)境壓力值的1.05倍,這種設(shè)計(jì)具有防塵、除濕、防凝露功能,確保GIS設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

微正壓空調(diào)將微正壓技術(shù)與空調(diào)制冷技術(shù)結(jié)合。當(dāng)壓力傳感器檢測到室內(nèi)氣壓值不大于環(huán)境壓力值的1.05倍時(shí),微正壓空調(diào)將室外空氣經(jīng)過過濾、除濕、微增壓后經(jīng)出風(fēng)管道抽入室內(nèi);當(dāng)壓力傳感器檢測到室內(nèi)氣壓值等于環(huán)境壓力值的1.05倍時(shí),停止送風(fēng),預(yù)制艙門窗縫隙處的空氣向室外流動(dòng),室外灰塵、濕氣、高溫氣體不能通過門窗縫隙進(jìn)入室內(nèi),具有防塵、除濕、防凝露等功能[15],微正壓防塵原理如圖4所示。另外,微正壓空調(diào)主要調(diào)節(jié)艙內(nèi)溫度,除濕機(jī)主要調(diào)節(jié)艙內(nèi)濕度,以確保艙內(nèi)運(yùn)行環(huán)境的溫濕度適宜于設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

圖4 微正壓防塵原理

微正壓空調(diào)系統(tǒng)由空調(diào)主機(jī)、出風(fēng)管道組成,空調(diào)主機(jī)連接出風(fēng)管道,出風(fēng)管道圍繞室內(nèi)上方一圈,每隔一段距離設(shè)置管道出風(fēng)口,空調(diào)冷空氣從上部排出,并下沉至GIS預(yù)制艙底部,實(shí)現(xiàn)冷熱空氣對流,使室內(nèi)各部位溫度均勻,保證預(yù)制艙式高壓室內(nèi)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境。

GIS預(yù)制艙內(nèi)空調(diào)與除濕機(jī)能根據(jù)室內(nèi)溫濕度情況進(jìn)行自動(dòng)投退,保證室內(nèi)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境最優(yōu)化;還可通過微機(jī)控制器或監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方投退,避免空調(diào)在不必要情況下長期運(yùn)行,降低設(shè)備故障率、延長使用壽命、節(jié)能降耗、降低維護(hù)成本。若空調(diào)發(fā)生故障,能自動(dòng)將故障告警信息發(fā)送至監(jiān)控系統(tǒng),通知運(yùn)維人員進(jìn)行維修,縮短故障時(shí)間。

等溫自由射流狀態(tài)下,射流的軸心速度計(jì)算見式(1)。

(1)

式中:vx為射程x處射流軸心速度,m/s;v0為射流出口速度,m/s;a為送風(fēng)口紊流系數(shù);d0為送風(fēng)口直徑,m;x為射流斷面至送風(fēng)口距離,m。

由式(1)可知通風(fēng)氣流的速度衰減與射程成反比,機(jī)械送風(fēng)大于機(jī)械排風(fēng)對室內(nèi)氣流的影響,微正壓空調(diào)送風(fēng)與風(fēng)機(jī)排風(fēng)系統(tǒng)可提高GIS預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)效率。

2.3 風(fēng)機(jī)控制與狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

a. 自動(dòng)啟動(dòng)

當(dāng)氣體傳感器采集的SF6濃度定值不小于風(fēng)機(jī)啟動(dòng)SF6濃度定值時(shí),經(jīng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)延時(shí)定值時(shí)間后啟動(dòng)風(fēng)機(jī);當(dāng)氣體傳感器采集的O2濃度定值不大于風(fēng)機(jī)啟動(dòng)O2濃度定值時(shí),經(jīng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)延時(shí)定值時(shí)間后啟動(dòng)風(fēng)機(jī);當(dāng)熱釋電人體感應(yīng)傳感器檢測到工作人員即將進(jìn)入GIS室時(shí),風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。

b. 手動(dòng)啟動(dòng)

系統(tǒng)運(yùn)維人員進(jìn)入GIS室前,通過操作微機(jī)控制器的手動(dòng)按鈕手動(dòng)投入風(fēng)機(jī),確保運(yùn)維人員安全;運(yùn)維人員通過操作微機(jī)控制器的停止按鈕手動(dòng)退出風(fēng)機(jī),通過監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方投退風(fēng)機(jī),避免風(fēng)機(jī)在不必要的情況下長期運(yùn)行,降低風(fēng)機(jī)故障率,延長風(fēng)機(jī)使用壽命。

c. 停止模式

當(dāng)氣體傳感器采集的SF6濃度定值小于風(fēng)機(jī)停機(jī)SF6濃度定值時(shí),停止風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn);當(dāng)氣體傳感器采集的O2濃度定值大于風(fēng)機(jī)停機(jī)O2濃度定值時(shí),停止風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn);當(dāng)熱釋電人體感應(yīng)傳感器檢測到工作人員進(jìn)入GIS室時(shí),風(fēng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行通風(fēng)時(shí)間定值后停機(jī)。

風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)機(jī)電流傳感器的數(shù)據(jù)判斷風(fēng)機(jī)是否發(fā)生故障,當(dāng)檢測到風(fēng)機(jī)工作電流數(shù)據(jù)不小于預(yù)設(shè)的風(fēng)機(jī)電流閾值時(shí),則判定風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常,否則判定風(fēng)機(jī)發(fā)生故障,發(fā)出告警信號至監(jiān)控系統(tǒng),運(yùn)維人員能迅速掌握風(fēng)機(jī)故障情況,及時(shí)安排風(fēng)機(jī)修理,縮短故障時(shí)間。同時(shí)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了與火災(zāi)探測器聯(lián)動(dòng)。當(dāng)室內(nèi)發(fā)生設(shè)備故障產(chǎn)生大量煙塵,能自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)快速排煙,為運(yùn)維人員進(jìn)入室內(nèi)處理故障提供支持。

2.4 多傳感器融合技術(shù)

GIS預(yù)制艙內(nèi)采用多種傳感器,包括氣體傳感器、溫濕度傳感器、紅外測溫儀、熱釋電人體感應(yīng)傳感器、火災(zāi)探測器,需綜合處理多種傳感器數(shù)據(jù),控制通風(fēng)設(shè)備啟停機(jī),確保室內(nèi)溫濕度及空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

多傳感器融合在層次結(jié)構(gòu)方面不同,包括數(shù)據(jù)層信息融合、特征層信息融合及決策層信息融合[16-17]。特征層的融合是對從原始信息中獲得的特征矢量進(jìn)行融合,并對特征矢量進(jìn)行重新表示與處理。決策層數(shù)據(jù)信息包含了初始的檢測信息預(yù)處理、對原始信息特征提取及對信息識別過程分析,通過相應(yīng)檢測數(shù)據(jù)得到最終結(jié)論,并對相關(guān)傳感器數(shù)據(jù)加以整合,從而得到檢測對象的最后結(jié)論,如圖5所示。

圖5 決策層融合過程

多傳感器融合技術(shù)通過輸入多個(gè)傳感器數(shù)據(jù),再通過各種算法處理不同數(shù)據(jù),最后達(dá)到數(shù)據(jù)融合。

2.5 智能聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)

該系統(tǒng)通過對傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析,基于歷史和當(dāng)前艙內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)、風(fēng)機(jī)電流值,通過智能算法預(yù)測通風(fēng)設(shè)備故障,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)通風(fēng)設(shè)備故障,通知運(yùn)維人員及時(shí)處理。通過智能聯(lián)動(dòng)控制技術(shù),控制通風(fēng)設(shè)備的啟停機(jī),確保室內(nèi)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境最優(yōu)化。

GIS預(yù)制艙內(nèi)SF6濃度不小于SF6啟動(dòng)閾值或O2濃度不大于啟動(dòng)閾值時(shí),啟動(dòng)風(fēng)機(jī)、防塵通風(fēng)裝置進(jìn)行通風(fēng);溫度不小于溫度定值時(shí),啟動(dòng)空調(diào)進(jìn)行制冷;濕度不小于濕度定值時(shí),啟動(dòng)除濕機(jī)進(jìn)行除濕;空氣質(zhì)量參數(shù)不小于空氣質(zhì)量定值時(shí),啟動(dòng)空氣凈化器進(jìn)行凈化;熱釋電人體感應(yīng)傳感器檢測到工作人員進(jìn)入時(shí),啟動(dòng)風(fēng)機(jī)、防塵通風(fēng)裝置,通風(fēng)15 min后停機(jī);火災(zāi)探測器監(jiān)測到有火災(zāi)時(shí),啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙,關(guān)閉空調(diào)、除濕機(jī)及防塵通風(fēng)裝置,智能聯(lián)動(dòng)控制邏輯如圖6所示。

圖6 智能聯(lián)動(dòng)控制邏輯

3 應(yīng)用實(shí)例

110 kV同福變電站是南方電網(wǎng)首個(gè)全設(shè)備預(yù)制艙式模塊化變電站,也是南方電網(wǎng)裝配式技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目。本文研制的變電站GIS預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)已安裝應(yīng)用于110 kV同福變電站,在110 kV GIS室安裝了微正壓空調(diào)、除濕機(jī)、事故風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、防塵通風(fēng)裝置等通風(fēng)設(shè)備和氣體傳感器、溫濕度傳感器、熱釋電人體感應(yīng)傳感器、火災(zāi)探測器、風(fēng)機(jī)電流傳感器等檢測設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了GIS室內(nèi)風(fēng)機(jī)、空調(diào)、除濕機(jī)、空氣凈化器及防塵通風(fēng)裝置狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、控制、診斷和預(yù)警功能。GIS預(yù)制艙外觀如圖7所示。

圖7 GIS預(yù)制艙外觀

運(yùn)維人員通過微機(jī)控制器查看GIS室內(nèi)環(huán)境實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),方便運(yùn)維人員巡視。圖8為GIS室內(nèi)溫濕度、O2濃度、SF6濃度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集界面。

圖8 GIS室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集界面

通過將110 kV同福變電站和110 kV福隆變電站(非預(yù)制艙)GIS室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)在2022年9月的溫度、含氧量進(jìn)行分析。圖9為室內(nèi)溫度對比圖,同福站GIS室內(nèi)溫度在25.5～27.5 ℃,同福站與福隆站的室內(nèi)溫度差最高、最低、平均值分別為3.0 ℃、1.2 ℃、2.0 ℃,同福站GIS室內(nèi)溫度均低于福隆站。圖10為室內(nèi)含氧量對比圖,110 kV同福變電站GIS室的含氧量在21%～22%,兩站室內(nèi)含氧量差最高、最低、平均值分別為3.5%、1.9%、2.8%,雖均高于《中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力安全工作規(guī)程》中GIS室運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的含氧量要求(不低于18%),但同福站GIS室內(nèi)含氧量均高于福隆站。變電站GIS預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)提高了GIS室的通風(fēng)效率。

圖9 溫度對比

圖10 含氧量對比

110 kV同福變電站GIS預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行后,實(shí)現(xiàn)了GIS預(yù)制艙O2濃度、SF6濃度、溫濕度、空氣質(zhì)量在線監(jiān)測、預(yù)警和通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在線監(jiān)測、故障診斷、異常預(yù)警。實(shí)時(shí)掌握預(yù)制艙內(nèi)通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行狀況,及時(shí)通知運(yùn)維人員進(jìn)行維護(hù),確保了預(yù)制艙內(nèi)環(huán)境滿足運(yùn)行要求。

4 結(jié)語

針對當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)采集判據(jù)信息單一、缺乏聯(lián)動(dòng)、智能化水平低且采用人工周期性巡視方法發(fā)現(xiàn)通風(fēng)設(shè)備隱患問題,本文研制了變電站GIS預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)。該變電站GIS預(yù)制艙通風(fēng)系統(tǒng)集成應(yīng)用了可控弱氣流通風(fēng)技術(shù)、微正壓空調(diào)技術(shù)、風(fēng)機(jī)控制與狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)和智能聯(lián)動(dòng)控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)檢測GIS預(yù)制艙室內(nèi)的SF6濃度、O2濃度、溫濕度、空氣質(zhì)量及風(fēng)機(jī)、空調(diào)、除濕機(jī)、空氣凈化器、防塵通風(fēng)裝置的運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)可查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)并自動(dòng)上報(bào)GIS預(yù)制艙環(huán)境監(jiān)測異常數(shù)據(jù)、通風(fēng)設(shè)備異常狀態(tài)等告警信息,提高了GIS預(yù)制艙室通風(fēng)效率,保證了運(yùn)維人員人身安全及設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。