GIS全戶內變電站二次設備柜溫控系統選型研究

宋曉帆，董平先，申燕飛，陳 晨，樊慶玲

（國網河南省電力公司經濟技術研究院，河南 鄭州 450000）

1 概 述

智能變電站智能化水平的不斷提高，對電子設備運行環境提出了更高的要求。全戶內GIS變電站所有設備均布置在室內，室內或者柜內的溫度、濕度有可能處于過高或者過低的情況，對二次設備的運行狀況和運行壽命將產生巨大的影響。為了保障變電站二次設備安全穩定運行，并且充分考慮經濟環保節能的需要，本文將考慮全年的溫濕度因素，于夏季、冬季以及多雨季在二次設備柜內進行溫控系統的選型研究，防止設備故障的發生。

1.1 規程要求情況

《220～500 kV變電所計算機監控系統設計技術規程》中，關于溫度有如下規定：“主控室和計算機室應符合如下條件：溫度宜在18～25 ℃范圍內，溫度變化率每1 h不應超過±5 ℃，相對濕度宜為45%～75%，任何情況下無凝露”，同時還規定“繼電小室應符合如下條件：溫度變化范圍可為5～30 ℃，溫度變化率每1 h不應超過±5 ℃，相對濕度宜為45%～75%，任何情況下無凝露。”

Q/GDW441-2010《智能變電站繼電保護技術規范》要求“智能控制柜應具備溫度、濕度的采集、調節功能，且溫度應控制在-10～50 ℃”。

1.2 變電站外部及戶內環境

站址位于襄陽市襄城區東部的規劃新區內，襄陽市位于湖北省西北部，屬亞熱帶大陸性季風氣候，具有熱豐、水富、光足的氣候特征，區域自然地理氣候條件優越。

2 溫控系統選型比較

2.1 過濾器風扇

過濾器風扇，通過環境空氣來冷卻柜內空間，特別適用于經濟散熱的情況。使用的前提為外部環境空氣相對干凈，環境溫度相對于柜內低，且推薦柜內與環境溫差為10 K。空氣流動原理為熱空氣比冷空氣輕，故而柜內空氣的流向需采用下進上出式。

2.2 熱交換器

熱交換器的使用要求為當柜內外空氣循環需要隔絕時，可采用熱交換器。按冷卻介質來分類，可分為空氣/空氣熱交換器（冷卻介質為空氣）和空氣/水熱交換器（冷卻介質為水）。

2.3 空 調

空調普遍應用于家庭，在變電站中的應用也很廣泛，空調冷卻可分為外部冷卻方式和內部冷卻方式。

外部冷卻是將智能控制柜安放在裝有空調的房間內，這種冷卻方式多用在變電站二次設備室內。

內部冷卻是將小型空調放置在智能控制柜內，這種冷卻方式效果非常顯著。

3 二次設備柜溫控選型及方案應用

3.1 二次設備室內屏柜溫控方案

戶內溫度為5～30 ℃時的環境可以保證智能組件-5～45 ℃的運行工況要求。通過對氣象條件研究及對戶內各室的溫濕度研究可知，二次設備室內因有柜式空調，可將二次設備室內溫度控制在5～30 ℃。

3.2 GIS室內預制式智能控制柜溫控

由于GIS室內可以保證的最大溫度為40 ℃，比戶內環境應維持的最大溫度高10 ℃，不需要空調溫控。對于過濾器風扇溫控方式，風扇（過濾風扇）的適用條件是環境溫度低于柜內溫度。智能控制柜在運行過程中既要考慮夏季高溫散熱問題，也要考慮冬季低溫保溫問題，所以不建議采用風扇[1]。

因此，可采用熱交換器的溫控方式，充分利用機柜內部、外部環境溫差，有效地將站外的冷空氣引進來，將基站內的熱量迅速向外遷移，實現機柜內散熱。

3.3 GIS室內下放的二次組合設備柜溫控

圖1為繼電器溫濕度控制回路。該自動控制器與安裝在二次組合設備柜內的溫度傳感器連接，并且該溫度控制器的第一常開觸點J1與第一交流接觸器K1的常開觸點串聯后再與溫度控制器的第二常開觸點J2并聯；該溫度控制器的第二常開觸點J2還與第一交流接觸器K1的線圈一起串聯在二次組合設備柜的制冷機的供電電路中；該溫度控制器的第三常開觸點J3與第二交流接觸器K2的常開觸點串聯后再與溫度控制器的第四常開觸點J4并聯，該溫度控制器的第四常開觸點J4還與第二交流接觸器K2的線圈一起串聯在二次組合設備柜的加熱器的供電電路中[2]。

圖1 繼電器溫濕度控制回路

3.4 10 kV配電室開關柜溫控

考慮經濟性散熱且開關柜較多的情況，可在開關柜后柜門處安裝風扇，加快柜內柜外對流，使開關柜內熱空氣排出。裝配風扇后，若風扇處于長期運行狀態，而溫升沒有達到超標要求，就會減少風扇壽命、消耗電能。因此，可采用繼電器控制風扇運轉，且安裝微型自動檢測溫度的傳感器來實現風扇的啟動和停止。根據開關柜體溫度啟動和根據負荷電流啟動，當任一條件滿足時，風扇應自動投入運轉；當兩個條件都不滿足時，風扇應自動停止運轉[3]。

4 結 論

針對GIS變電站所處環境，參考變電站溫濕度的相關規程，對模塊化變電站戶內二次設備柜的溫濕度控制技術選型進行研究。對所有二次設備柜根據二次設備不同類型、所處不同環境得出如下結論。

（1）二次設備室內屏柜無需進行溫控措施。（保證室內柜式空調運行良好）

（2）GIS室中預制式智能控制柜加裝空氣/空氣熱交換器，充分利用機柜內部、外部環境溫差，有效地將站外的冷空氣引進來，將基站內的熱量迅速向外遷移，實現機柜內散熱，還應采用多重插指型防水結構和自動對防塵濾網進行定期除塵的智能控制柜。

（3）GIS下放的二次組合設備柜因其保護測控敏感性應加裝可自動調節溫濕度的制冷/加熱風機，輔控系統中環境監測子系統可將柜內裝設的溫濕度傳感器數據信號傳輸至柜內風機控制裝置，可自動感知溫濕度信號，自動投切風機，防止設備在超溫/超濕環境下長期運行而造成保護誤動的情況。

（4）10 kV配電室內開關柜后柜門處應安裝可自動通過負荷電流及溫度來調節過濾器風扇啟動和停止的裝置。