國(guó)電智溫——城市變電站智慧散熱技術(shù)破壁者

摘 要 ：以機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新為核心，以硬件聯(lián)網(wǎng)通信為導(dǎo)向，以數(shù)字孿生平臺(tái)為歸依，國(guó)電智溫-城市變電站智慧散熱技術(shù)破壁者在雙碳大背景下應(yīng)運(yùn)而生，研發(fā)項(xiàng)目立足節(jié)能與智能領(lǐng)域，為城市變電站存在的散熱缺失與物聯(lián)服務(wù)提出了一種嶄新的發(fā)展路徑。

關(guān)鍵詞：城市變電站；智慧散熱；無(wú)線(xiàn)通信；應(yīng)用設(shè)計(jì)

1 作品介紹

電，是一座城市的命脈，也是智慧制造和節(jié)能減排最需要落實(shí)的領(lǐng)域之一。我們的生活離不開(kāi)電力，城市變電站為我們生活提供優(yōu)質(zhì)可靠的電力供應(yīng)起到了不可小覷的作用。城市變電站自20世紀(jì)誕生，歷經(jīng)傳統(tǒng)變電站、綜合自動(dòng)化變電站、數(shù)字化變電站三個(gè)發(fā)展階段，到今日逐漸向擁有先進(jìn)、可靠、節(jié)能、環(huán)保、集成特點(diǎn)的智能變電站創(chuàng)新，城市變電站已經(jīng)成為我們生產(chǎn)、生活不可或缺的一部分。

根據(jù)圖1中官方公布的數(shù)據(jù)，2009—2010年，我國(guó)新建智能變電站46座，在運(yùn)變電站智能化改造28座；2011—

2015年，新建智能變電站8 000座，在運(yùn)變電站智能化改造50座；2016—2020年，新建智能變電站7 700座，在運(yùn)變電站智能化改造44座；“十四五”期間預(yù)測(cè)智能變電站將新建7 411座，在運(yùn)改造39座。從中我們可以看到，變電站智能化升級(jí)已經(jīng)在進(jìn)行，說(shuō)明智能變電站關(guān)鍵技術(shù)正在逐步走向成熟，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系也在逐漸確立。同時(shí)，圖2數(shù)據(jù)表明，我國(guó)變電站數(shù)量也在穩(wěn)步增加，在雙碳大背景下，對(duì)于變電站智能化改造的技術(shù)創(chuàng)新尤為重要，城市變電站智慧散熱技術(shù)的創(chuàng)新是時(shí)代所需，更是社會(huì)所望。

我們針對(duì)城市變電站存在的由于結(jié)構(gòu)不完善、控制不智能，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間工作下溫控失調(diào)，容易造成電能流失、元件老化、排放超標(biāo)等連鎖危害，甚至危害電力一線(xiàn)工作人員安全的問(wèn)題，自主設(shè)計(jì)研發(fā)城市變電站智慧散熱技術(shù)，旨在降低城市變電站由于散熱引發(fā)的一系列風(fēng)險(xiǎn)，重點(diǎn)提升其智能化的經(jīng)濟(jì)效益與綜合節(jié)能的環(huán)保能力。

2 技術(shù)原理

2.1 機(jī)械層面

機(jī)械層面為具備智慧散熱保護(hù)功能的變電站裝置，包括封閉門(mén)、電力支撐架、散熱機(jī)構(gòu)和保護(hù)機(jī)構(gòu)。散熱機(jī)構(gòu)包括散熱扇、熱交換板、循環(huán)泵、輸液管、封閉板、除塵網(wǎng)和過(guò)濾網(wǎng)。電力支撐架使得降溫效果最大化，提高了散熱能力。熱交換板內(nèi)部為中空設(shè)置，方便后續(xù)對(duì)冷凝液進(jìn)行快速風(fēng)冷降溫，進(jìn)而方便后續(xù)進(jìn)行循環(huán)導(dǎo)流。封閉板能防止冷卻空氣由下部導(dǎo)通，避免后續(xù)溫控重復(fù)。保護(hù)裝置確保了裝置使用過(guò)程中的安全性，使用過(guò)程中可以有效保護(hù)導(dǎo)線(xiàn)，避免導(dǎo)線(xiàn)斷裂，并且使內(nèi)部單元走線(xiàn)整齊，有利于城市變電站高效運(yùn)行。具有散熱保護(hù)功能的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)如圖3所示。

2.2 物聯(lián)層面

提高物聯(lián)能力需要硬件和軟件的雙重支持。其中，硬件層面為集成HPLC模塊、通信模塊、AC/DC模塊、交采板、運(yùn)算芯片、主控板的控制單元；軟件層面為以3D渲染程序?yàn)橹黧w，小程序和Web端同時(shí)兼容的互聯(lián)調(diào)度平臺(tái)。通過(guò)單片機(jī)與傳感器組裝的控制系統(tǒng)將實(shí)時(shí)溫度上傳，通過(guò)模型構(gòu)建和算法預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)城市變電站的核心組網(wǎng)，優(yōu)化智能變電站到主站調(diào)控、調(diào)度和生產(chǎn)的數(shù)據(jù)流向，提出數(shù)據(jù)優(yōu)化、告警直傳、遠(yuǎn)程瀏覽三種數(shù)據(jù)傳輸方式應(yīng)用方案，最后通過(guò)構(gòu)建輕量化3D可視化場(chǎng)景，搭建數(shù)字孿生變電站系統(tǒng)。城市變電站互聯(lián)調(diào)度與綜合管理平臺(tái)如圖4所示。

3 創(chuàng)新點(diǎn)與應(yīng)用前景

（1）適用范圍廣：可以覆蓋每個(gè)街道的城市變電站，適用于電力系統(tǒng)城網(wǎng)建設(shè)與改造，能夠解決地下變電站普遍存在的結(jié)構(gòu)不完善、散熱效果差、能耗高等問(wèn)題，提高密閉空間的空氣循環(huán)能力，保護(hù)生產(chǎn)安全，最大限度提高元件的散熱能力。

（2）社會(huì)價(jià)值顯著：可以進(jìn)一步提升城市變電站的物聯(lián)網(wǎng)交互能力，將城市變電站溫控情況反饋到系統(tǒng)中，提高工作效率，落實(shí)“人民電業(yè)為人民”的服務(wù)宗旨，構(gòu)建變電站綠色環(huán)保工程，以節(jié)約能源、減少排放、親近自然、保護(hù)自然。

（3）多學(xué)科交叉研究：此舉是機(jī)械創(chuàng)新在電氣領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，有利于帶動(dòng)電氣行業(yè)的發(fā)展和保護(hù)電力一線(xiàn)工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，可以進(jìn)一步推廣到其他相對(duì)密閉的生活生產(chǎn)場(chǎng)景，提高節(jié)能工作效率，幫助構(gòu)建和諧共生的生活環(huán)境。創(chuàng)新電力設(shè)備，深入探索研發(fā)，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，智慧建造，使電力設(shè)備具有自然環(huán)境與人民生活的雙親和力。