微正壓模式的運(yùn)行環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

［關(guān)鍵詞］微正壓模式；環(huán)境調(diào)控；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

［中圖分類號(hào)］TM595 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）11–0012–03

1目的和意義

基于上述問(wèn)題，提出了一種全新的基于微正壓模式的運(yùn)行環(huán)境智能調(diào)控裝置。通過(guò)對(duì)基于微正壓模式的運(yùn)行環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的研究，逐漸掌握基于傳感器應(yīng)用、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和流體力學(xué)、數(shù)值傳熱學(xué)等理論相結(jié)合的智能化應(yīng)用系統(tǒng)，并熟悉基于氣流置換原理的氣流組織和空氣調(diào)節(jié)的技術(shù)手段，為后續(xù)系統(tǒng)大膽突破現(xiàn)有傳統(tǒng)通風(fēng)降溫模式的局限，采用了氣流控制與組織的全新技術(shù)，在系統(tǒng)化、智能化、一體化解決變電站不良環(huán)境及環(huán)境品質(zhì)主動(dòng)控制的技術(shù)手段上進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新，著力打造一個(gè)干燥、潔凈、溫度適宜、均衡穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要

2.1系統(tǒng)組成

該運(yùn)行環(huán)境智能調(diào)控系統(tǒng)主要由5 部分組成：環(huán)境數(shù)據(jù)采集、智能新風(fēng)系統(tǒng)、環(huán)境調(diào)控、消除有毒有害氣體模塊、室內(nèi)主機(jī)。系統(tǒng)集組合過(guò)濾段、溫濕度預(yù)處理段、風(fēng)機(jī)段及新風(fēng)智能控制器于一身，可滿足室內(nèi)通風(fēng)換氣的需要，保持潔凈、維持室內(nèi)外微正壓（依據(jù)室內(nèi)外壓差傳感器，使室外有毒氣體進(jìn)不來(lái)，只能從裝有過(guò)濾凈化網(wǎng)的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，達(dá)到防塵的目的）。系統(tǒng)帶有溫濕度預(yù)處理功能，通過(guò)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行主動(dòng)的降溫、升溫、除濕等處理，確保新風(fēng)送風(fēng)溫度與室內(nèi)空調(diào)回風(fēng)溫度相近，在夏季高濕季節(jié)將新風(fēng)內(nèi)的水分除去，完美解決新風(fēng)引進(jìn)帶來(lái)的新風(fēng)結(jié)露、溫度梯度等問(wèn)題，為室內(nèi)配電設(shè)施（含輔助設(shè)施）提供一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境，從而為提高供電可靠性指標(biāo)及用戶滿意度保駕護(hù)航。系統(tǒng)組成如圖1 所示。

2.1.1環(huán)境數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)通過(guò)室內(nèi)外安裝的各類傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度、濕度、PM2.5、壓差、水浸、有氧度、煙霧、SF6 濃度等指標(biāo)，將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，為環(huán)境調(diào)控提供依據(jù)，形成歷史數(shù)據(jù)和遙測(cè)曲線，在顯示終端上全方位展示。

2.1.2智能新風(fēng)系統(tǒng)

智能新風(fēng)系統(tǒng)包括室內(nèi)外循環(huán)切換裝置、新風(fēng)置換單元、空氣過(guò)濾及空氣凈化組件、風(fēng)道、出風(fēng)導(dǎo)向控制單元、電動(dòng)進(jìn)氣窗，主要由室內(nèi)主機(jī)內(nèi)置智能調(diào)控控制器依據(jù)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)和室內(nèi)外壓差，打開電動(dòng)進(jìn)氣窗，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)速度，將室外新鮮空氣經(jīng)過(guò)風(fēng)道，過(guò)濾后送入室內(nèi)。

2.1.3環(huán)境調(diào)控

系統(tǒng)根據(jù)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)，按設(shè)定的控制邏輯實(shí)時(shí)控制相關(guān)設(shè)備的工作模式及工作狀態(tài)，達(dá)到環(huán)境調(diào)控功能。如啟動(dòng)制冷模塊調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，啟動(dòng)新風(fēng)系統(tǒng)快速降溫除濕，啟動(dòng)除濕模塊快速除濕，啟動(dòng)循環(huán)風(fēng)機(jī)模塊消除溫差，使室內(nèi)溫濕度均衡等。環(huán)境調(diào)控部分包括室外加熱制冷主機(jī)、電動(dòng)排風(fēng)窗、開關(guān)柜體內(nèi)置電加熱板、增強(qiáng)型除濕模塊、室內(nèi)主機(jī)內(nèi)置智能調(diào)控控制器、語(yǔ)音報(bào)警音箱。這部分主要是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在系統(tǒng)完成環(huán)境量采集后，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)啟動(dòng)室外主機(jī)制冷或制熱。

2.1.4消除有毒有害氣體模塊

消除有毒有害氣體模塊包括進(jìn)氣柵格網(wǎng)、風(fēng)道、有毒有害氣體控制終端、化學(xué)添加劑、活性炭吸附等，本模塊是選配模塊，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要選配安裝，其功能主要是消除環(huán)境中的有毒有害氣體。

2.1.5室內(nèi)主機(jī)

室內(nèi)主機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的主要核心部件，包括內(nèi)置智能調(diào)控控制器、變頻器、風(fēng)機(jī)、全熱交換器、觸摸屏。調(diào)控控制器PLC 完成環(huán)境數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，控制室外制冷制熱主機(jī)工作狀態(tài)，以及通過(guò)PID 調(diào)節(jié)，控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的調(diào)控，抑制凝露的發(fā)生，保證室內(nèi)空氣新鮮潔凈。

2.1.6通信模塊

系統(tǒng)提供豐富的通信接口，內(nèi)嵌多種通信協(xié)議，可接入其他智能系統(tǒng)，如開關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，防雷檢測(cè)系統(tǒng)、配用電系統(tǒng)等。設(shè)備對(duì)外提供多路網(wǎng)口、串口、現(xiàn)場(chǎng)總線等，提供標(biāo)準(zhǔn)的IEC101、IEC104、Modbus 等通信協(xié)議，可接入到其他監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)或主站系統(tǒng)。設(shè)備具備遠(yuǎn)程設(shè)置、遠(yuǎn)程維護(hù)功能，支持遠(yuǎn)方修改設(shè)定參數(shù)，支持遠(yuǎn)方更新程序。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)組網(wǎng)典型架構(gòu)如圖2 所示，多站點(diǎn)運(yùn)行環(huán)境調(diào)控裝置一體化管理平臺(tái)如圖3 所示。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵與難點(diǎn)

3.1維持室內(nèi)外靜壓差在9 Pa以上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)除塵

根據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)室內(nèi)應(yīng)維持一定正壓，與室外靜壓差不應(yīng)小于9 Pa。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，開閉所、配電室等層高3 m、面積大于85 m2 以上時(shí)，配備的智能新風(fēng)系統(tǒng)出風(fēng)量應(yīng)不小于3 000 m3/h。如果風(fēng)量小于1 200 m3/h，則達(dá)不到室內(nèi)微正壓而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)除塵的功能。采用增大裝置出風(fēng)口排風(fēng)量，并同時(shí)對(duì)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)行合理設(shè)計(jì)；采用多點(diǎn)精確測(cè)量加進(jìn)風(fēng)口可調(diào)聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)控制設(shè)計(jì)，維持室內(nèi)外靜壓差在9 Pa 以上，達(dá)到自動(dòng)除塵功能。

3.2溫度均衡，杜絕凝露

運(yùn)行環(huán)境智能調(diào)控系統(tǒng)的另一個(gè)重要功能就是實(shí)現(xiàn)配電室內(nèi)不同空間環(huán)境溫度的均衡，以防止凝露造成誤跳閘現(xiàn)象。如果采用下出風(fēng)口，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)配電房空間下部的溫度較低，上部的溫度較高，不利于整個(gè)房間的空氣對(duì)流及熱量交換，導(dǎo)致房間不同空間出現(xiàn)較大的溫差，容易在設(shè)備表面形成凝露。如果配電房高度超過(guò)3 m，上下溫差更大，更容易產(chǎn)生凝露。系統(tǒng)采用合理的出風(fēng)口位置設(shè)計(jì)、多點(diǎn)精確測(cè)量及溫度平滑調(diào)節(jié)措施，采用上、前出風(fēng)口，達(dá)到配電房上下不同空間的溫度均衡，杜絕凝露。

3.3帶風(fēng)道的新風(fēng)系統(tǒng)

智能新風(fēng)是運(yùn)行環(huán)境智能調(diào)控系統(tǒng)中的另一個(gè)重要功能，市面上的產(chǎn)品大多采用背面進(jìn)風(fēng)，沒(méi)有外置風(fēng)道。安裝時(shí)，將室內(nèi)主機(jī)置于墻體邊，然后再在墻體上開洞，由開鑿的洞口直接進(jìn)風(fēng)，但是這種模式帶來(lái)了比較大的問(wèn)題：①洞口高度必須與室內(nèi)主機(jī)高度一致；②安裝時(shí)為了保證進(jìn)風(fēng)口的密封性，主機(jī)必須緊貼墻體，主機(jī)和墻體之間還必須加上密封膠，導(dǎo)致設(shè)備維保時(shí)比較煩瑣，密封膠也容易老化，進(jìn)風(fēng)口密封不好微正壓會(huì)立刻消失而失去自動(dòng)除塵功能；③當(dāng)配電所處于地下室時(shí)，四周墻體無(wú)法開洞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能新風(fēng)的功能。因此，在設(shè)計(jì)新風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，需要充分考慮用戶實(shí)際安裝工況的便利性和可操作性，自配套有風(fēng)道，風(fēng)道采用預(yù)支加工，具備直通、彎頭等多種組合，實(shí)現(xiàn)風(fēng)道可長(zhǎng)可短、不同場(chǎng)景的安裝需要。

3.4溫濕度閉環(huán)控制

空調(diào)的開啟沒(méi)有和除濕機(jī)、環(huán)境溫濕度采集器等相關(guān)聯(lián)，只是溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)空調(diào)開啟，濕度達(dá)到設(shè)定值上限除濕機(jī)開始工作，甚至是在臨界狀態(tài)下頻繁開啟、停止，縮短了設(shè)備的使用壽命。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，采用環(huán)境智能調(diào)控裝置所有的控制均是在環(huán)境數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，根據(jù)室內(nèi)外溫度、濕度，以及根據(jù)環(huán)境溫度、濕度和露點(diǎn)溫度的關(guān)聯(lián)，采用多傳感器、多維度數(shù)據(jù)采集，結(jié)合先進(jìn)的PID 優(yōu)化算法及科學(xué)地啟動(dòng)或停止相關(guān)設(shè)備聯(lián)動(dòng)，使整個(gè)控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

3.5設(shè)備具備自檢及防盜功能

系統(tǒng)中的運(yùn)行環(huán)境智能調(diào)控裝置具有實(shí)時(shí)自檢功能，主機(jī)實(shí)時(shí)查詢每個(gè)部件工作狀態(tài)及設(shè)定數(shù)據(jù)的正確性，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，實(shí)時(shí)報(bào)警并短信提示相關(guān)維護(hù)人員。另外，設(shè)備具備智能防盜功能，當(dāng)室外機(jī)和室內(nèi)機(jī)無(wú)法通信，且室外機(jī)內(nèi)置的傳感器數(shù)據(jù)異常、室外機(jī)功率消耗為零時(shí)，會(huì)發(fā)出告警信息，提示室外機(jī)被盜。當(dāng)室內(nèi)紅外探測(cè)器檢測(cè)到人體移動(dòng)、門徑系統(tǒng)遭非法破壞或非法入侵時(shí)，系統(tǒng)可語(yǔ)音及短信報(bào)警。

3.6遠(yuǎn)程升級(jí)及監(jiān)控

該運(yùn)行環(huán)境智能調(diào)控裝置主機(jī)帶有嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄整點(diǎn)遙測(cè)數(shù)據(jù)曲線及設(shè)備運(yùn)行曲線，記錄各告警信息和異常信息，方便現(xiàn)場(chǎng)事故查詢和故障追憶，提高了故障分析及處理效率。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，最多可存儲(chǔ)6 個(gè)月歷史數(shù)據(jù)。所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可通過(guò)界面實(shí)時(shí)查詢，可通過(guò)U 盤完成拷貝及備份。主機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮具備GPRS 通信接口、短信功能（或手機(jī)App 功能），還具備兩個(gè)以太網(wǎng)口、兩個(gè)獨(dú)立的串口，方便與其他智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整合、互聯(lián)互通、多方聯(lián)動(dòng)，充分考慮實(shí)際運(yùn)行環(huán)境無(wú)人值守的應(yīng)用工況，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程程序設(shè)計(jì)和維護(hù)，升級(jí)后，不改變?cè)械脑O(shè)置，歷史數(shù)據(jù)不丟失。

4結(jié)束語(yǔ)

用于調(diào)控變電站的高壓室、主控室、配電室、機(jī)房等地方的環(huán)境指標(biāo)如果得不到合理監(jiān)控，會(huì)大幅降低運(yùn)行設(shè)備的可靠性，并縮短其使用壽命?；谖⒄龎耗Ｊ降倪\(yùn)行環(huán)境智能調(diào)控系統(tǒng)為全方位改善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境而設(shè)計(jì)，其集組合過(guò)濾段、溫濕度預(yù)處理段（可選功能）、風(fēng)機(jī)段及新風(fēng)智能控制器于一身，可滿足室內(nèi)通風(fēng)換氣的需要，保持潔凈、維持室內(nèi)外微正壓；并帶有溫濕度預(yù)處理功能，通過(guò)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行主動(dòng)的降溫、升溫、除濕等處理，確保新風(fēng)送風(fēng)溫度與室內(nèi)空調(diào)回風(fēng)溫度相近，在夏季高濕季節(jié)將新風(fēng)內(nèi)的水分除去，完美解決新風(fēng)引進(jìn)帶來(lái)的新風(fēng)結(jié)露、溫度梯度等問(wèn)題，為室內(nèi)配電設(shè)施（含輔助設(shè)施）提供一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境，為提高供電可靠性指標(biāo)及用戶滿意度保駕護(hù)航。