微正壓敞開式GIS安裝潔凈棚系統(tǒng)設(shè)計

摘"要：針對GIS安裝對空氣潔凈度要求高、安裝質(zhì)量難以控制等問題，本文設(shè)計了一種微正壓敞頂式多變空間潔凈棚系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了溫度控制、濕度調(diào)節(jié)以及空氣凈化等多重功能于一體，既保證了內(nèi)部空間的潔凈度，又優(yōu)化了整體布局。經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用表明：此系統(tǒng)具備出色的適應(yīng)性，能夠靈活滿足不同尺寸GIS的安裝需求，同時在安裝環(huán)境中實現(xiàn)了空氣質(zhì)量達(dá)到十萬級無塵級別的卓越標(biāo)準(zhǔn)，為GIS的安裝提供了潔凈、穩(wěn)定的環(huán)境保障。

關(guān)鍵詞：潔凈棚；GIS設(shè)備；溫度控制；濕度調(diào)節(jié)；空氣凈化

隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展和電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（GIS）在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用［1］。GIS設(shè)備以其獨特的優(yōu)勢，如占地面積小、維護(hù)方便、運行可靠等，逐漸成為電力系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。然而，GIS設(shè)備的安裝對環(huán)境潔凈度要求較高，任何微小的塵埃或顆粒物都可能對設(shè)備的正常運行造成潛在威脅［2］。統(tǒng)計結(jié)果表明［3］，GIS設(shè)備的大部分故障發(fā)生在投運一年以內(nèi)，引起故障的原因如圖1所示，施工中的防塵抑塵措施不到位是造成GIS設(shè)備發(fā)生故障的主要因素。因此，提升GIS安裝空間的空氣潔凈度，是保障GIS設(shè)備安裝質(zhì)量、降低故障發(fā)生概率的主要手段。

呂陽［3］以青海某750kV變電站GIS為例，提出了六級防塵措施施工方案來保障GIS安裝質(zhì)量。吳學(xué)增［4］設(shè)計了移動式鎧甲掛裝防塵棚，基本解決了GIS安裝受戶外環(huán)境影響大的問題。劉亞騎等［5］結(jié)合GIS現(xiàn)場安裝條件，設(shè)計出了一套智慧充氣式防塵棚，主要包括充氣式防塵棚和凈化裝置兩大組成部分。然而，這兩種類型作業(yè)棚的作業(yè)空間較小，起重設(shè)備工作不便，易出現(xiàn)空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、微水超標(biāo)、雜質(zhì)氣體含量不合格、細(xì)小顆?；蚧覊m含量大等問題。因此，有必要結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)路線的優(yōu)點，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、防塵抑塵效果顯著的新型潔凈棚系統(tǒng)。

在深入剖析現(xiàn)有技術(shù)的利弊之后，我們精心構(gòu)思了一種微正壓敞頂式多變空間潔凈棚系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了溫度控制、濕度調(diào)節(jié)以及空氣凈化等多重功能于一體的空氣質(zhì)量凈化系統(tǒng)，這一系統(tǒng)安置于棚外，既保證了內(nèi)部空間的潔凈度，又優(yōu)化了整體布局。此系統(tǒng)具備出色的適應(yīng)性，能夠靈活滿足不同尺寸GIS的安裝需求，同時在安裝環(huán)境中實現(xiàn)了空氣質(zhì)量達(dá)到十萬級無塵級別的卓越標(biāo)準(zhǔn)，為GIS的安裝提供了潔凈、穩(wěn)定的環(huán)境保障。以期為相關(guān)工程實踐提供有益的參考和借鑒。

1"功能需求分析

GIS安裝潔凈棚的主要功能在于為GIS設(shè)備的安裝過程提供一個潔凈、無塵的環(huán)境，以保障設(shè)備的安裝質(zhì)量和運行安全。具體來說，潔凈棚需要滿足以下幾個方面的功能需求。

1.1"高效的空氣凈化功能

GIS設(shè)備對安裝環(huán)境的潔凈度有著極高的要求，任何微小的塵?；蝾w粒物都可能對設(shè)備的正常運行造成潛在威脅。因此，潔凈棚必須配備高效的空氣凈化系統(tǒng)，通過過濾、吸附等手段去除空氣中的塵埃、顆粒物和微生物等污染物，確保內(nèi)部空氣潔凈度達(dá)到GIS設(shè)備安裝的要求。

1.2"精確的溫濕度控制功能

GIS設(shè)備的性能和穩(wěn)定性受到環(huán)境溫濕度的影響較大，過高或過低的溫度及濕度波動都可能對設(shè)備的正常運行產(chǎn)生不利影響。因此，潔凈棚需要配備精確的溫濕度控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)環(huán)境條件和GIS設(shè)備的需求自動調(diào)節(jié)內(nèi)部環(huán)境的溫濕度，使設(shè)備保持在最佳的工作狀態(tài)。

1.3"良好的密封性和防護(hù)功能

潔凈棚作為一個封閉的空間，必須具備良好的密封性和防護(hù)功能，以防止外部環(huán)境中的污染物進(jìn)入內(nèi)部。這要求潔凈棚的圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)采用防塵、防靜電、防輻射等特殊材料構(gòu)建，并確保各個接口和縫隙的密封性良好。同時，潔凈棚還應(yīng)具備防止人員和設(shè)備進(jìn)出時帶入污染物的措施。

1.4"實時監(jiān)測與報警功能

為了方便對潔凈棚內(nèi)部環(huán)境的實時監(jiān)控和管理，應(yīng)設(shè)置監(jiān)測系統(tǒng)，包括粉塵度監(jiān)測、溫濕度監(jiān)測等。這些監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r反饋潔凈棚內(nèi)部的環(huán)境參數(shù)，當(dāng)環(huán)境參數(shù)超出設(shè)定范圍時，系統(tǒng)應(yīng)能自動報警，提醒操作人員及時采取措施進(jìn)行調(diào)整。

2"系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)主要由潔凈棚主體結(jié)構(gòu)、空氣凈化系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)等組成。圖2為系統(tǒng)的示意圖。

2.1"空氣凈化系統(tǒng)

空氣凈化系統(tǒng)是潔凈棚的核心組成部分，其主要功能是去除空氣中的塵埃、顆粒物和微生物等污染物。該系統(tǒng)由空調(diào)裝置、除濕裝置、空氣凈化裝置、出風(fēng)口、回風(fēng)口和送風(fēng)管組成?？諝鈨艋b置采用特殊材料制成，能夠有效攔截空氣中的微小顆粒；空氣循環(huán)裝置則負(fù)責(zé)將經(jīng)過過濾的空氣均勻分布到潔凈棚內(nèi)的各個角落；排風(fēng)設(shè)備則負(fù)責(zé)將棚內(nèi)的污濁空氣排出，保持內(nèi)部環(huán)境的清新。

2.2"溫濕度控制系統(tǒng)

溫濕度控制系統(tǒng)是保障GIS設(shè)備在適宜環(huán)境下運行的關(guān)鍵，該系統(tǒng)主要由空調(diào)機組、加濕器和溫濕度傳感器等組成?？照{(diào)機組負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)潔凈棚內(nèi)的溫度，通過制冷或制熱功能使環(huán)境溫度保持在設(shè)定范圍內(nèi)；加濕器則負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)濕度，通過向空氣中加入適量的水蒸氣來保持濕度的穩(wěn)定；溫濕度傳感器則實時監(jiān)測棚內(nèi)的溫濕度變化，并將數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，以便進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。

在溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計中，需要考慮設(shè)備的選型、容量和布局等因素，以滿足潔凈棚內(nèi)部環(huán)境的實際需求。同時，還應(yīng)關(guān)注系統(tǒng)的節(jié)能性和穩(wěn)定性，以降低運行成本并提高使用壽命。

2.3"潔凈棚主體結(jié)構(gòu)

潔凈棚主體由不銹鋼骨架、PVC密封簾等組成，如圖3所示。不銹鋼框架設(shè)計為模塊化配件，可在安裝現(xiàn)場進(jìn)行裝配，實現(xiàn)便捷運輸與快速安裝，解決了目前潔凈棚運輸不靈活的問題。防護(hù)結(jié)構(gòu)采用PVC密封簾，其主要作用是防止外部環(huán)境中的污染物進(jìn)入內(nèi)部。防護(hù)結(jié)構(gòu)通常采用防塵、防靜電、防輻射等特殊材料構(gòu)建，具有良好的密封性和防護(hù)性能。在防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，需要關(guān)注材料的選擇、接口的密封性以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等方面，以確保其能夠有效地隔絕外部污染物。

此外，為了方便人員進(jìn)出和設(shè)備運輸，防護(hù)結(jié)構(gòu)還應(yīng)設(shè)置合理的開啟和關(guān)閉方式，如采用自動門或滑動門等形式。同時，還應(yīng)在防護(hù)結(jié)構(gòu)上設(shè)置觀察窗或攝像頭等設(shè)備，以便于實時監(jiān)測潔凈棚內(nèi)部的情況。

2.4"監(jiān)測與報警系統(tǒng)

監(jiān)測與報警系統(tǒng)是對潔凈棚內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測和管理的重要手段。該系統(tǒng)主要由粉塵度監(jiān)測儀、溫濕度傳感器、報警裝置等組成。這些設(shè)備能夠?qū)崟r采集潔凈棚內(nèi)部的環(huán)境參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)處理和分析，判斷環(huán)境是否滿足GIS設(shè)備安裝的要求。當(dāng)環(huán)境參數(shù)超出設(shè)定范圍時，報警裝置會發(fā)出警報信號，提醒操作人員及時采取措施進(jìn)行調(diào)整。

在監(jiān)測與報警系統(tǒng)的設(shè)計中，需要關(guān)注設(shè)備的選型、精度和可靠性等方面，以確保其能夠準(zhǔn)確反映潔凈棚內(nèi)部的環(huán)境狀況。同時，還應(yīng)建立完善的數(shù)據(jù)記錄和分析機制，以便于對潔凈棚的運行狀態(tài)進(jìn)行長期跟蹤和評估。

2.5"控制模塊設(shè)計

為了實現(xiàn)自動、精確的控制，上位機軟件需要對STM32中央處理下發(fā)指令，通過STM32對各個控制模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)或者啟停。在程序設(shè)計中，程序啟動后，先進(jìn)行溫濕度傳感器、壓力傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、采集模塊、調(diào)節(jié)器設(shè)備等相關(guān)設(shè)備的初始化和接入。基于程序的健康性和操作的安全性考慮，在進(jìn)行下一步操作前，設(shè)備狀態(tài)的檢查是必需的。設(shè)備狀態(tài)正常接入后，通過展示窗口，引導(dǎo)客戶通過界面操作，便于下一步操作。

溫濕度傳感器、壓力傳感器、空氣質(zhì)量傳感器程序開發(fā)環(huán)境為Windows或Linux，用C語言進(jìn)行編程、用Web構(gòu)建用戶界面，使用MySQL數(shù)據(jù)庫開存儲數(shù)據(jù)，通過隊列消息實現(xiàn)實時報警通知功能并上傳到運算控制芯片，和設(shè)定值進(jìn)行對比確定是否啟動空氣質(zhì)量處理系統(tǒng)。考慮傳感器的時漂和零漂，系統(tǒng)除了硬件補償修改外，對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)結(jié)合傳感器的參數(shù)使用線性修正和二次方程修正，流程如圖4所示。

控制系統(tǒng)采用PID控制算法，其原理如圖5所示。PID控制是一種線性控制，它將給定值r（t）與實際輸出值y（t）的偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）通過線性組合形成控制量，對被控對象進(jìn)行控制，表達(dá)式見下式所示：

u（t）=Kpe（t）+1Ti∫t0E（t）dt+Tdde（t）dt

式中，e（t）是控制的輸入，即偏差，e（t）=R（t）-y（t），是被控量與給定值的偏差；u（t）是控制的輸出；Kp是比例系數(shù)；Ti是積分時間常數(shù)；Td是微分時間常數(shù)。

3"結(jié)論

本文旨在解決GIS設(shè)備在安裝過程中因防塵抑塵措施不足而頻繁發(fā)生故障的問題，為此提出了一種微正壓敞頂式多變空間潔凈棚系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)想。該設(shè)計將空氣凈化、溫濕度控制、實時監(jiān)測與報警等多項功能融為一體，旨在為GIS設(shè)備的安裝工作提供一個潔凈且穩(wěn)定的環(huán)境保障。這一新型潔凈棚系統(tǒng)的設(shè)計特色在于結(jié)構(gòu)簡潔、安裝便捷，采用模塊化設(shè)計，不僅方便運輸與安裝，還集成了高效的空氣凈化系統(tǒng)和精確的溫濕度控制系統(tǒng)，從而確保GIS設(shè)備安裝環(huán)境的潔凈度和溫濕度始終處于最佳狀態(tài)。此外，系統(tǒng)還配備了實時監(jiān)測與報警功能，能夠即時反饋潔凈棚內(nèi)部的環(huán)境參數(shù)，一旦環(huán)境參數(shù)超出預(yù)設(shè)范圍，系統(tǒng)將自動觸發(fā)報警機制，提醒操作人員迅速采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整。

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［5］劉亞騎，張成，魏永樂，等.智慧充氣式防塵棚在GIS無塵化安裝中的應(yīng)用［J］.山東電力技術(shù)，2023，50（12）：8488.

作者簡介：劉國彪（1977—"），男，漢族，廣東東莞人，本科，工程師，研究方向：電力工程施工技術(shù)。