戶外智能設備運行環境溫度調控系統研究

霍菲陽 馬蕊 聶文海 李海濱 劉麗 周潔 宋堃 梁大鵬 張嵩 張璐 劉珅

摘 要：區域集中式溫度調控系統由智能控制柜組根據各智能柜溫度及智能柜本體參數判斷通風量并控制溫度調控設備工作，通過送風管道將戶外新風送入智能柜并打開智能柜中的通風設備及溫度調控設備；預制艙溫度調控系統根據密閉的要求采用柜內溫度調控器和柜外溫度調控器混合方式進行溫度調控。最后根據實際使用智能柜的數量、發熱量及戶外氣溫進行了排風量計算并設計了實際使用數量，結果證明溫度調控系統能滿足最高氣溫，最大發熱量狀態下的運行要求。

關鍵詞：區域集中式 智能柜 預制艙 溫度調控系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（c）-0005-02

變電站中的智能電子設備大量布置于戶外開關場[1]，智能組件柜中電子元件發熱量大、太陽暴曬使智能柜外表溫度高以及夏季進風溫度高等問題[2]導致智能變電站二次設備運行環境溫度較高。由某電網公司2013年夏二次設備故障統計表的數據可知智能變電站二次設備故障與運行環境溫度偏高有較為明顯的關聯性[3-4]。

目前變電站常用的戶外智能設備運行環境溫度調控系統是分散伴隨式溫度調控系統。柜外溫度調控器方式受限于沒有壓縮機和冷媒循環，制冷量低，容易造成柜內靠近柜外溫度調控器一側和遠離其一側的區間溫度差。柜內溫度調控器方式制冷效果比柜外溫度調控器好，但能耗大、費用高、體積大、難以雙重化配置。因此在變電站中大量使用預制式二次設備艙的大前提下研究新型的預制艙溫度調控系統很有必要。

1 區域集中式智能設備運行環境溫度調控系統系統設計

1.1 區域集中式運行環境系統設計

該系統包括柜式智能通風機組、送風管道、分支管道防火閥、防凝露出風罩、柜頂通風止回閥、柜頂防雨罩等。智能通風機組雙重化配置，每套主要設備包括有風機、初效過濾器、中效過濾器、進風口、調節閥等。根據需要還可以配置基于新型熱交換技術的制冷通風模塊，進一步降低送風溫度。考慮到管道送風風阻和溫度衰減，采用保溫管道輸送距離不能太長。考慮到變電站智能組件柜布置分散，設計采用區域集中式送風模式[5]。

1.2 智能組件柜通風設計

室外新風由頂部風口進入柜式智能通風機組，通過兩重過濾器由風機升壓送入保溫防潮風管，進入各智能組件柜冷卻，將熱量從頂部排風口帶到柜外。進入各智能組件柜的分支風管設有防火閥，以防止火焰煙霧竄入通風主管道。管道配送范圍內的智能組件柜配置溫濕度傳感器，通過智能變頻控制及啟停模塊控制風量及啟停系統。

智能通風機組互為備用，當過濾器阻力大于設定值時，或風機故障，另一臺機組自啟，從而確保智能組件柜不因風冷系統故障而影響電網安全運行。為了冬季保暖，智能組件柜內應至少配置兩套加熱器，分別用于驅潮和溫度控制。

1.3 預制艙系統設計

考慮到預制艙內二次設備運行環境的可靠性，預制艙配備兩臺工業柜內溫度調控器，工作狀態按一定的邏輯程序控制，保證艙體內始終有一臺正常運行。當一臺柜內溫度調控器出現故障時，及時切換至另一臺運行，同時發出故障警報，保障艙內環境的穩定。兩臺柜內溫度調控器設定不同的啟動溫度，可保證當邏輯控制系統發生故障，艙內溫度升至一定高度時，備用柜內溫度調控器及時啟動，實現控制系統的雙冗余保障，大大提高了溫濕度控制系統的可靠性。預制艙內配置1臺內外換氣風扇，啟動換氣風扇，形成空氣流通，保障人員有健康的工作環境。

2 應用

某國網公司實際工程中共使用智能組件柜75臺，其中1.6×0.8×2.2柜46臺，單體柜29臺（0.8×0.8×2.0柜）。根據場地布局，共設置智能通風機組12套，該系統主管道采用內徑φ200絕熱管道，滿足最遠端智能組件柜風壓的送風半徑約35 m，按一用一備裝設額定功率1.1 kW低噪聲離心風機2臺，變頻控制器2套，另配有多重過濾器、調節閥等。

柜內熱量從兩部分而來，一是設備運行產生的損耗熱量，發熱量在300～600 W之間；二是太陽輻射使智能柜外殼溫度升高，將熱量傳導至柜內，該部分熱量按最保守最安全的方法計算。

每只組合柜外表傳入柜內熱量為320 W，每個單體柜外表傳入柜內熱量為190 W，總熱量為620 W～920 W。按需要從柜內排出的熱量最多920 W（單體柜按490 W分析）計算分析降溫通風方案，工程當地的夏季室外通風計算溫度28.7 ℃，排風溫度45 ℃計算，需要通風量按照下式計算：

L =3600[Q/c×（tp-twf）×rp]

式中L為通風的排量（m3/h），Q為通風熱負荷（kW），c為空氣比熱（kJ/（kg·℃）），tp為排風溫度（℃），twf為夏季室外通風計算溫度（℃），rp為排風溫度下的干空氣密度（kg/m3）。

按照排風溫度45 ℃、室外通風計算溫度28.7 ℃計算，可得所需通風為183 m3/h。

根據可查資料，某縣氣象站有記錄的極端最高氣溫為40.3 ℃。按最不利氣象條件保守計算，取站址場地室外進風最高溫度43 ℃計算，排風溫度為53 ℃（按照《智能變電站智能終端技術規范》（Q/GDW428-2010），戶外智能組件柜內部環境溫度需控制在55 ℃以內），計算得每只組合柜排風量為306 m3/h，單體柜排風量為163 m3/h。

根據以上計算，在假設智能組件柜中電子元件發熱量最大、太陽暴曬使智能柜外表溫度最高，以及進風溫度是歷年極端最高的情況下，計算所需要排風量有非常可靠的裕度。

3 結語

文中介紹了智能設備運行環境溫度調控系統，其中包括戶外智能柜區域集中式溫度調控系統和預制艙的溫度調控系統，介紹了各自的工作原理并根據實際工況對溫度調控系統進行了設計，最后分析了智能組件柜產生的熱量以及所需的通風量并進行計算。計算結果表明該系統能滿足最大所需排風量，滿足系統發熱量最大時的溫度調控要求。

參考文獻

[1] 向平，王坤華.智能電網數字化變電站智能組件箱應用研究[J].重慶電力高等專科學校學報，2011，16（5）：72-74.

[2] 黃朝陽，焦云峰.智能變電站智能終端柜恒溫措施的探討[J].企業技術開發，2014，33（22）：46-48.

[3] 牛強，鐘加勇，陶永健.智能變電站二次設備就地化防護技術[J].輸配電技術，2014，35（9）：76-81.

[4] 朱海峰，黃國棟，陳志軍.蘇州500 kV變電站無人值守模式可行性探析[J].華東電力，2008，36（1）：44-46.

[5] 鄭連清，曾朱文.基于運動檢測的變電站遙視技術[J].電力系統自動化，2005，29（22）：82-85.