智能變電站戶外二次設備環境適應性技術方案研究

石國良 范 巖 黃 珊

(中國電力技術裝備有限公司鄭州電力設計院，河南 鄭州 450000)

智能變電站戶外二次設備環境適應性技術方案研究

石國良 范 巖 黃 珊

(中國電力技術裝備有限公司鄭州電力設計院，河南 鄭州 450000)

圍繞“模塊化建設”的核心理念，分析了常見溫控方案的優缺點，并結合天津寶北500 kV變電站工程實例，提出采用集中式環境控制技術，經實踐證明，該方案能夠較好的完成溫濕度控制，達到保證二次設備及電網的安全運行目的。

二次智能設備，環境自適應，集中式環境控制，溫控系統

0 引言

中國的國土幅員遼闊，氣候特征氣象萬千，不同地域的環境條件差異很大。比如說中國北方冬天氣溫嚴寒，中國南方夏季高溫日照灼熱，西部的沙塵，東南部的潮濕和臺風加強降雨等。另外空氣中的污染物，像酸雨、鹽霧、工業粉塵，以及電磁干擾，時刻都會對戶外設備帶來有害影響。

為了提高智能變電站戶外二次設備對運行環境的適應能力，智能控制柜應有如下功能要求：

1)控溫功能；2)除濕功能；3)屏蔽電磁干擾功能；4)其他功能：智能控制柜柜體還應具有防水、防塵、防腐蝕、防昆蟲及齲齒動物等功能。

結合天津寶北500 kV變電站工程500 kV開關及線路保護、測控、交換機、智能組件就地布置于500 kV配電區的實際情況，在比較常見的環境適應方案后，本文提出一種新的適用于該工程的500 kV預制式一體化組合設備柜的環境自適用技術方案。

1 常見溫控方案分析

目前國內外在智能戶外柜的環境控制上有如下3個技術模式：空調冷卻技術；熱交換器技術；強迫風冷技術。三個方案在設計性能、運行可靠性、生產成本、節能環保、后期維護等方面存在較大差異。

空調的優點是溫控效果好，可有效的將柜內溫度控制在設定溫度的狀態。但其缺點是價格昂貴、能耗高，不符合當前綠色環保的科技主題。且如空調發生故障，不僅現場維護困難，且由于沒有冗余設計，會使柜內溫控系統失效，產生重大安全隱患。

熱交換器技術優點：功耗相對較低，防護等級高(內外循環隔離)，柜內不易進灰，壽命相對長。缺點：成本高于風扇，噪聲相對風扇偏高。特別是如果調試時空氣濕度較大，則當柜門關閉后，潮濕的空氣將始終在柜內循環，導致濕氣無法散出柜外，當白天溫度較高時，水蒸氣溶解在空氣中，而夜晚溫度較低的情況下，潮濕的空氣極易產生凝露現象，對柜內設備產生不利影響。

強迫風冷散熱技術優點：功耗較低，多個風扇可以互相備份，噪聲相對低，結構簡單，重量成本都很低。缺點：風扇一般壽命較短，2年～3年需要更換，內外循環無隔離，灰塵不易控制，需采用過濾除塵措施。

2 集中式環境適應系統

通過溫控方案分析，在結合傳統溫控技術優點的同時，針對500 kV保護、測控、交換機、智能組件裝置下放至配電區的情況，為了降低空調制冷能耗，減少環境適應系統建設投資，提高溫控系統工作的可靠性，降低其維護難度，本文提出了一種新的集中式環境控制系統方案。

2.1 500 kV預制式一體化組合設備環境調控系統配置

根據本工程本期/遠期規模，按照每串1套500 kV預制式一體化組合設備考慮。500 kV預制式一體化組合設備尺寸為：4 500×1 000×2 000(長×深×高)，面積為4.5 m2。發熱源單位體積制冷量按250 W考慮，每面智能柜制冷量需1 125 W，考慮遠期500 kV建設7串，共需制冷量7 875 W。為了提高溫控系統的可靠性，本工程空調設備冗余配置2臺。一臺檢修維護或故障退出運行時，另一臺工作維持二次設備工作環境。500 kV預制式一體化組合設備環境調控系統圖見圖1。

考慮到主風管從空調送至智能柜中存在溫度衰減，采用保溫管輸送的低溫空氣距離不能過長。根據站500 kV區域總平面，將空調機設置在第四串附近區域，如圖2所示。同時，主送風管布置于電纜溝下方，拉長與溝外空氣的距離，減少溫度損耗，溫控裝置選用具有超長送風能力的空調機。

該系統主送風管采用內徑為250的絕熱管道，分支送風管采用內徑為180的絕熱管道。為了減少送風系統動壓，增加送風系統靜壓，穩定氣流及減少氣流震動，本工程下送風通道配置空氣靜壓箱。

2.2 柜體底部進風口于頂部出風口設計

科學合理的布置柜內設備并設置通風風道可以保證設備良好散熱。設計提出柜內設備等高布置，如圖2所示。寬度一致的設備盡量布置同一排，發熱量較大的裝置靠近風口。

在基于IEC61850標準構建的智能變電站中，保護、測控、智能終端、故障錄波器甚至交直流電源系統都可以提供IEC61850接口，直接與變電站網絡交換信息，體現了信息共享、無縫通信的特點。此種溫控方案，使得智能柜密閉性能更高，使得柜內二次設備不受外界環境影響，降低空調能耗的同時，也提高了降溫/升溫速度。

3 500 kV預制式一體化組合設備溫控系統運行控制分析

該系統空調配置有智能變頻、制熱除濕、濕冷及啟停控制模塊。由于該系統是集中式溫度調節系統，可在1面智能柜外裝設溫度，在各個智能柜內分別裝設濕度傳感器。本工程在中間串(第四串)柜頂設置溫度傳感器，在3面柜內分別裝設溫濕度傳感器。

設定柜內正常溫度范圍：t1～t2(t1

工作模式有：

1)傳感器A(1，2，3)檢測到柜內溫度t1

2)傳感器A(1，2，3)檢測到柜內溫度Tmin

3)傳感器A(1,2,3)檢測到柜內溫度Tmax>t2，空調工作在制冷模式，向智能柜內輸送低溫空氣，降低柜內環境溫度；

4)傳感器B(1，2，3)檢測到柜內濕度W>w2，空調工作在除濕模式。

正常情況下，2臺空調互為備用，僅1臺空調工作，實現環境調節。當出現溫度過高，1臺空調工作在30 min內不能將溫度降低至設定范圍值內，通過檢測溫度傳感器的信息，控制器自動啟動另外1臺空調，2臺空調同時工作，迅速實現柜內溫度控制。

4 結語

本工程戶外二次設備戶外智能控制柜結合站址所在地天津渠陽站周圍的環境氣候條件，選擇適用的溫控和防潮技術方案：

1)溫控方案。

針對500 kV二次設備保護測控等就地化方案，采取集中式環境控制系統。根據遠期規模選擇空調的制冷量，配置2臺外置空調機，互為備用，通過布置于電纜溝底部的保溫通風管接至各個就地控制柜。

2)風道配置方案。

空調出風口處設置空氣靜壓箱，增大送風距離；在500 kV預制式一體化組合設備底部設置空調進風管和回風管。不再考慮柜內與外通風，柜內冷熱空氣自動循環，不受外界環境影響。

3)防護措施。

回風分支管設置了防火隔板，防止柜內火煙霧竄入通風主管道影響其他柜體及制冷設備。設置防凝露出風罩板，防止柜底部二次設備因距低溫出風口近，而出現凝露。

以上針對智能柜的環境適用型設計方案，能夠較好的完成溫濕度控制，保證二次設備的正常運行，保障電網的安全運行。智能控制柜和預制艙內均配置智能溫控裝置，采集柜內/艙內溫濕度狀態、加熱除濕狀態信息，實現通風散熱系統與環境自動聯動，并具備實時監控和信息報警遠傳功能，實現柜內環境狀態可視化。

[1] 國家電網公司.智能變電站試點工程技術總結報告[R].2011.

[2] 任萬榮，李艷麗，束 娜，等.智能變電站智能控制柜溫控系統選型研究[J].電工技術，2013(8)：8-10.

[3] 智能變電站技術導則[Z].

[4] 朱云霄，朱云燦，嚴 華.智能變電站戶外智能控制柜熱設計[J].電子機械技術，2013，29(6)：18-22.

[5] 余建組.電子設備熱設計及分析技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

Research on environmental adaptability technology scheme of intelligent substation outer secondary equipment

Shi Guoliang Fan Yan Huang Shan

(ZhengzhouElectricPowerDesignInstitute,ChinaElectricPowerTechnology&EquipmentLimitedCompany,Zhengzhou450000,China)

Based on the core idea of “modular construction”, this paper analyzed the advantages and disadvantages of common temperature control schemes, and combining with Tianjin Baobei 500 kV substation engineering example, put forward using centralized environment temperature control technology, the practice proved that the scheme could achieve good temperature and humidity control, gained the safe operation of secondary equipment and power grid.

secondary intelligent equipment, environment self-adaptation, centralized environment control, temperature control system

1009-6825(2017)01-0149-02

2016-10-25

石國良(1990- )，男，助理工程師； 范 巖(1989- )，男，助理工程師； 黃 珊(1989- )，女，助理工程師

TM632

A