預制艙式通風防爆泄壓一體化通道設計與應用

廣東電網有限責任公司中山供電局 姚光久 侯 偉 陳偉明 肖 星 閆 超 孟晨旭

隨著社會經濟的發(fā)展，變電站負荷越來越重。同時變電站建設周期進一步壓縮，預制艙式變電站技術得到應用，所有一次設備、二次設備均放置在“集裝箱”內。該變電站采用模塊化設計，當變電站內的高壓設備出現超負荷、短路等不正常運行現象時，室內會出現高溫高壓氣體，這時需要通過泄壓板排出氣體，恢復室內室外的壓差，這樣對防爆泄壓提出了更高的要求[1]。本文提出一種預制艙式通風防爆泄壓一體化通道，彌補了國內空缺的開關柜泄壓的技術需求。

1 傳統(tǒng)防爆泄壓裝置的不足之處

傳統(tǒng)10kV 開關柜因為供電負荷增加、元器件老化、柜內外空氣不循環(huán)造成溫差過大等異常運行狀態(tài)時，集聚的熱氣和壓力會對開關柜造成損傷，如若不能及時泄壓和降低溫度，會導致設備不能正常運行，造成母線停電的嚴重后果[2]。該防爆泄壓方法存在以下問題。

現有泄壓裝置在泄壓口安裝封板，封板與墻體填充密封條，采用膨脹螺絲固定于墻體，單次泄壓后需要再次密封和固定于墻體，消耗人力物力[3]；由于開關柜結構分上中下三層，每層之間密封固定，防止帶電擊穿，開關柜出現爆炸時氣體無法直接向上泄壓，應保持向外泄壓[4]；傳統(tǒng)開關柜沒有泄壓通道，直排高壓室，對人身造成傷害，廢氣廢渣的處理也變的困難；泄壓通道外擋板為上方為螺絲下方膨脹螺絲，不能保證在足夠壓力下膨脹螺絲爆炸彈開泄壓板；現有泄壓通道沒有防塵、防小動物措施；防爆泄壓的有毒有害氣體影響搶修進度，爆炸產生的金屬高溫碎屑會對變電人員造成傷害，危害人員身體健康，沒有強排強抽風設備。

2 新型的通風防爆泄壓一體化通道結構組成及原理

針對傳統(tǒng)變電站防爆泄壓裝置存在的不足，本文提出一種新型的防爆泄壓一體化通道結構，優(yōu)化防爆泄壓結構，增加一體化通道、空氣流通單向閥、主動泄壓、智能控制等功能，提升空間利用率，提高內部結構合理性，為電力設備檢修維護提供便利[5-6]。

2.1 變電站通風防爆泄壓一體化通道結構組成

如圖1所示（圖中：1預制艙室內開關柜、2單向順流板、3預制艙墻體、4儲壓室、5液壓單向順流板、6液壓拉桿、7泄壓盒、8太陽能光伏板、9橫流電機、10液壓單向順流板），本文提出的一種預制艙式通風防爆泄壓一體化通道由泄壓通道、三個單向順流板、兩個液壓單向順流板、橫流風機、泄壓盒、儲壓室、鉸鏈部分組成。其中，三個單向順流板具備單向泄壓功能，即柜體到室外的氣體流動，室外到柜體的氣體反向流動無法打開單向順流板。兩個液壓單向順流板一個位于泄壓通道。一個位于風機后側緊貼于墻壁；泄壓盒位于泄壓通道最外側；儲壓室位于三個單向順流板和一個液壓單向順流板之間；各部件主要技術原理、功能如下。

圖1 一體化通道整體圖

一個泄壓通道聯通三個及以上開關柜，開關柜并聯接入泄壓通道，泄壓通道安裝于室內墻體，泄壓通道連接室內室外，開關柜之間通過單向順流板相互隔開（單向順流板向室外一個方向打開只能使壓力從室內到室外釋放，單向順流板外側的壓力溫度無法頂開單向順流板），不會影響相鄰的開關柜的正常運行；一個開關柜對應一個順流板，順流板只有單向流動性，三個單向順流板具備單向泄壓功能，即柜體到室外的氣體流動，室外到柜體的氣體反向流動無法打開單向順流板。

氣壓沿順流板往室外流動，會遇到液壓液壓單向順流板，液壓單向順流板有強制順流板打開功能，不需要氣壓作用力頂開，靠液壓力快速穩(wěn)固的打開并固定順流板，實現壓力的快速排出；三個單向順流板與液壓順流板之間的過渡艙室的儲壓室，內置溫濕度感應器、壓力感應器，當感應器檢測到數值大于額定值時，此時液壓單向順流板動作泄壓，泄壓完成后延時關閉液壓單向順流板，儲壓室繼續(xù)儲存柜內排除的壓力，當感應器檢測到數值大于額定值時，重復上述動作過程。

橫流風機位于泄壓通道的泄壓盒下側，風機后側四邊緊貼于墻壁，風機后側的墻壁打孔面積和風機后側面積一樣，風機后側與液壓單向順流板聯通，正常通風情況下，風機不動，單向順流板處于打開狀態(tài)。檢測到室內溫度或風力異常時強排循環(huán)空氣流動，此時液壓單向順流板還是打開狀態(tài)；泄壓通道內側的液壓單向順流板a 與泄壓通道外側風機后側的液壓單向順流板b，不會出現板a 板b 同時處于打開狀態(tài)。

板a 板b 相互獨立，板a 作用于開關柜，板b作用于預制艙，板a 處于關閉狀態(tài)時板b 處于打開狀態(tài)，此時開關柜正常，沒有防爆泄壓需求，開關柜的防爆泄壓為打開板a、關閉板b 狀態(tài)，壓力排除室外，不會排室內，板b 處于關閉狀態(tài)，風機持續(xù)運轉，風機所有動力用于排除壓力。通過關閉液壓單向順流板關閉通風道，防止室外異常氣體對柜內設備的損傷；所述的室外異常氣體有溫濕度感應器、氣體檢測裝置智能判斷，檢測到的數據傳輸控制器，控制電機后側的液壓單向順流板關閉通風道。

如圖2所示（圖中：1橫流電機、2泄壓通道板a、3高壓室板b、4預制艙墻體、5泄壓通道壁），關閉板a、打開板b 是為了保證預制艙的通風狀況，打開板a、關閉板b 是為了將電機所有動力用于排泄壓通道壓力，如果此時板b 處于打開狀態(tài)，那么電機的動力會有一部分用于吸收預制艙氣體加速預制艙空氣流通，還有一部分開關柜廢氣廢渣排入預制艙。高壓室和開關柜的空間是相互獨立的，板a 用于開關柜泄壓通道的泄壓，板b 用于高壓室通風的開口；泄壓通道一端連接開關柜、一端連接室外，可以避免傳統(tǒng)開關柜直排高壓室，對人身造成傷害，廢氣廢渣的處理也變的困難。

圖2 風機與泄壓通道結合圖

如圖3～圖4所示，泄壓盒外側為可上下打開的水平長條片組成，泄壓盒的內側為可左右打開的豎直長條片組成，不需要泄壓的時候泄壓盒內側外側的長條片密閉，當需要泄壓的時候泄壓盒外側的水平長條片打開，然后泄壓盒內側的豎直長條片打開，通過凹槽卡住水平長條片相互固定成井字型通風，機械固定定型可以防止過大壓力對長條片的損壞。

圖3 泄壓盒水平長條片、豎直長條片打開泄壓示意圖

圖4 泄壓盒水平長條片、豎直長條片打開泄壓正面圖

如圖5所示，當碰到電弧放電、風機無法排盡壓力的時候，水平長條片、豎直長條片打開無法泄壓時，此時泄壓盒的上端鉸鏈放開泄壓盒，下端位置沒有變化，避免了傳統(tǒng)泄壓門直接飛出去傷人，也可以去掉傳統(tǒng)網門過濾廢渣，通過鉸鏈打開上端與地面成一定角度，可以避免使得高溫高壓氣體固定角度排除，泄壓完成后，收縮泄壓盒上的鉸鏈密閉泄壓口，打開收縮鉸鏈可多次重復利用；風機外置于室外，泄壓通道下側，卡扣于艙室墻壁，可以實現取下清洗更換維修等快捷方法；泄壓盒表面貼合光伏板，實現自供能，儲存的能量用于液壓拉桿、橫流電機、傳感器的電源。

圖5 一體化通道整體拉鏈打開泄壓盒結構圖

2.2 一種變電站通風防爆泄壓一體化通道結構技術關鍵點

一體化通道可達到快速泄壓目的，同時可實現優(yōu)化運行環(huán)境等功能，保障10kV 開關柜的安全可靠運行，其技術關鍵點如下：

單向順流板結構：定向封閉艙室，防止外界對開關柜干擾；單向順流板向室外一個方向打開、只能使壓力從室內到室外釋放，單向順流板外側的壓力溫度無法頂開單向順流板，當一個開關柜發(fā)生電弧放電時，壓力溫度不會傳遞到相鄰的開關柜，不會影響相鄰的開關柜。

智能控制模塊：三個單向順流板與液壓順流板之間的艙室的儲壓室，內置溫濕度感應器、壓力傳感器，當感應器檢測到數值大于額定值時，此時液壓單向順流板動作泄壓，泄壓完成后延時關閉液壓單向順流板，儲壓室繼續(xù)儲存柜內排除的壓力，當感應器檢測到數值大于額定值時，重復上述動作過程。

順流板的三種狀態(tài)設計：泄壓通道內側的液壓單向順流板a 與泄壓通道外側風機后側的液壓單向順流板b 處于三種不同狀態(tài)，即板a 處于關閉狀態(tài)時，板b 處于打開狀態(tài)；板a 處于打開狀態(tài)時，板b 處于關閉狀態(tài)；板a 處于關閉狀態(tài)時，板b 處于關閉狀態(tài)；不會出現板a 板b 同時處于打開狀態(tài)。

泄壓盒的多方位打開方式：泄壓盒的外側為可上下打開的水平長條片組成，泄壓盒的內側為可左右打開的豎直長條片組成，不需要泄壓的時候泄壓盒內側外側的長條片密閉，當需要泄壓的時候泄壓盒外側的水平長條片打開，然后泄壓盒內側的豎直長條片打開，通過凹槽卡住水平長條片相互固定成井字型通風，機械固定定型可以防止過大壓力對長條片的損壞。如圖6所示，廣東電網公司中山供電局在110kV 同福變電站內試點應用了變電站預制艙式高壓室結構，達到了改造目的，驗證了該裝置實用有效性。

圖6 同福站一體化通道結構

3 結語

本文提出的一種預制艙式通風防爆泄壓一體化通道，彌補了國內空缺的開關柜泄壓的技術需求，徹底杜絕了被動泄壓、達到過大壓力值才泄壓、泄壓后重新維護安裝、泄壓調節(jié)不靈活，沒有防高溫金屬碎屑防塵防小動物等問題，可以實現泄壓裝置的多次循環(huán)利用，減少壓力未能及時排出損壞開關柜及其引起的設備停電，降低泄壓板損耗，提升了10kV 開關柜設備可靠性。