基于電力設備檢測的極端環境模擬技術研究

王 棟，朱拓夫，謝翱羽

（國網浙江寧波供電公司，浙江 寧波 315100）

0 引 言

隨著全球天氣變暖，極端天氣發生的可能性越來越高，如高溫、低溫、大雪、暴雨等。寧波屬于沿海城市，受極端天氣影響極為嚴重，如臺風。近些年幾乎每年都有一次以上的大臺風，給電網的正常穩定運行帶來了極大危害[1]。為了保證配網正常運行，電網工作人員加強了對配電線路及設備的日常維護保養，也提高了對產品材質的要求，但無法檢驗材料水平。因此，有必要建立一套用于電力設備檢測的極端環境模擬技術，實現對不同的溫濕度、太陽關照強度、風速、降雨強度以及降雪量等環境的模擬。

1 極端天氣的模擬及實現

1.1 溫濕度模擬

為了使艙內溫濕度分布均勻，采用上送下回的氣流組織方式。經過組空處理后的空氣由風道從組空送入艙內吊頂層，吊頂采用孔板拼裝，氣流由吊頂孔板向下送入房間，在房間流動后從房間下部進入組空，完成循環[2]。試驗箱內的溫濕度模擬主要由蒸發盤管、電加熱器、循環風機以及加濕蒸汽管等組成，如圖1所示。

1.2 太陽光照模擬

該氣候室采用長弧氙模擬太陽光。此種長弧氙燈可發出接近太陽光的全光譜燈光，配合數字電源可以調節氙燈光照功率。

長弧氙燈較鹵素燈，模擬太陽光效果更佳。氙燈的成本比鹵素燈高，但性能優越，亮度、色溫和耐用等方面都比鹵素燈好，是一種極佳的模擬太陽光源。另外，在電纜處設置有光照度變送器，可以感知電纜處陽光照射強度。

圖1 溫濕度模擬結構

本人工氣候艙選用3 盞2.5 kW 的長弧氙燈，組裝在一個長條形燈架上，該燈架置于被測電纜上方。

1.3 風速模擬

風速模擬由置于艙內的獨立變頻風機完成。風機箱內設置6 臺同型號風機，分為上下兩層，每層各有3臺風機。6 臺風機通過一個變頻器控制風機轉速，可模擬氣候室風速0～7.5 m/s（連續可調）。在風機出口處設置有雙層百葉出口，可以改變出風方向。在電纜旁設置有E+E 風速變送器，能夠準確測量電纜處風速，并可與電腦通信。

1.4 淋雨模擬

氣候室配有變頻水泵、儲水箱、噴淋管、噴頭及回水排管。儲水箱為1 m3不銹鋼制品，水管出口有過濾器。變頻泵采用變頻器可以控制流量，可以控制降雨的強弱。氣候室內噴淋管布置在氣候室中部，在被試電纜正上方和水管下方接有噴淋頭。模擬降雨時，落在地面雨水通過房間兩端的排水孔排出。被試電纜下方設置有翻斗型雨量傳感器，電腦界面可以實時在線顯示降雨量。因為房間存在零下溫度工況，所以噴頭內殘留水有冰凍的可能。此時，可以等噴頭內水滴盡后再進行低溫工況；可以將噴頭取下，水會隨即流盡；可以利用壓縮空氣將水管內水吹排出。

通過泵將水箱內水送至水管及噴頭，用于模擬降雨。泵同樣通過變頻器控制泵的轉速，進而可以實現不同的降雨強度。氣候室管路系統設置有翻斗型雨量傳感器，可以測量管路內水流量。通過實驗可以確認降雨強度與流量的關系，可通過設置不同的流量實現不同的降雨強度。

水流量的調節主要是通過水泵變頻。水泵變頻調節水流量的原理如圖2 所示。在計算機的控制軟件中輸入變頻器頻率值，數據控制系統將該數字信號傳入變頻器的控制端，可調節水泵電機的頻率和水泵的轉速，進而達到調節水流量的目的。

1.5 降雪模擬

人工倉的飄雪機采用高新前沿技術，核心配件采用美國進口配件，保證內機在運行中不漏氟、不跑氣，且采用世界一流品牌的壓縮機，性能穩定，堅固耐用[3]。此外，PLC 可視化操作界面方便了操作控制，設備運行參數實時在線顯示，飄雪過程可全程控制，設備可連接電腦，實現遠程控制，整個飄雪過程自動進行?？梢酝ㄟ^調節風速大小改變飄雪面積，調節電纜覆雪長度，另外，可利用風力大小或制冰系統的旋轉速度調節雪花大小。本設備設有完善的保溫系統，有水盒自動加熱系統、進水自動保溫系統、低溫自動保護系統（水盒里水溫度下降到零度以下時，設備停止運行并自動報警）。飄雪機分為室內機和室外機，外形如圖3 所示。降雪機內水管和水槽裝有電加熱裝置，室溫低于零下時會自動加熱，防止水結冰，此時須保證降雪機處于通電狀態。

圖2 水流量調節圖

圖3 飄雪機室內外機

2 結 論

作為直接服務于用戶的關鍵環節，配電網在極端天氣情況下的正常運行，對保障人們生產生活、抵御災害事故、推動社會發展具有重要意義。因此，配電網的災害應對能力受到了人們的廣泛關注。尤其沿海地區，極易受極端天氣影響，因此迫切需要一種能用于電網設備材料檢測的典型極端氣候模擬設施。本文研究了一種可以模擬光照強度、溫度、濕度、風速、降雨及降雪等氣候現象的高精度冷熱恒溫設備，通過控制設備可模擬出不同強度的極端環境，滿足電纜在不同環境下的性能測試要求，提升電力設備的材質要求，為電網穩定運行打下了堅實基礎。