極端環境模擬實驗室溫濕度控制技術研究

鮑 眺 王 楊 景無為 張蔡洧 金 濤

（浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波315100）

1 概述

隨著全球氣候變化，極端天氣災害發生日益頻繁，所造成的大規模停電事故頻發，由此帶來巨大的經濟損失和政治社會影響。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，配電網的災害應對能力由此受到了廣泛的關注。自2008 年1 月中旬以來，中國經歷了四次大規模的雨雪凍結天氣過程，持續時間為22 至25 天。雨雪的冰凍天氣符合電線結冰的條件：（1）地面溫度的長期平均溫度接近或低于0℃；（2）連續降水，相對濕度高；（3）在地面附近形成有利的雨層當雨滴進入靠近地面的冷氣層時，反演層迅速冷卻，成為過冷的雨滴，并在與電線碰撞時以適當的風速凍結，從而凍結。下雨。凍結強度反映在許多地區的覆冰超過30mm，并且某些區域的最大覆冰超過80mm，遠遠超過了生產線的設計標準。雨雪極端環境的另一個顯著特征是冰和冰范圍的擴大。過去，覆冰與海拔高度直接相關。通常，海拔越高，冰的厚度越大。例如，2005 年初中國中部雨雪造成的極端環境破壞發生在海拔較高的地區。尤其沿海地區，極容易受極端天氣影響，因此迫切需要電網設備材料典型極端氣候模擬設施試制及應用，而極端環境模擬實驗室的建設過程中，最關鍵的環節就是溫濕度的控制，本文提出一套針對極端環境模擬實驗室的溫濕度控制技術。

2 溫濕度調節

空氣調節處理系統是為了保證實驗室內的溫濕度要求，空氣處理機組的結構如圖1 所示?？諝馓幚頇C組由不銹鋼定制，放置在風機房，其主要由蒸發盤管、電加熱器、循環風機、加濕蒸汽管等組成。加濕采用定制的蒸汽加濕器，加濕器的結構如圖2所示。加濕器主要由補水箱和加熱箱組成，補水箱和加熱箱的底部由水管相連組成連通器，當水位下降時，補水箱內的浮球閥打開為水箱補水，使水箱內的水位維持在一定高度。加熱箱安裝電加熱，加熱所產生的蒸汽通過加熱箱頂部的蒸汽管送入空氣處理機組的蒸汽噴管，從而實現為室內加濕的功能。加濕器外殼、內膽和隔板均采用不銹鋼板焊接制成，為防止加熱箱燙傷實驗人員并減小熱損失，在加熱箱外殼和內膽之間采用聚氨酯發泡進行保溫；補水箱內設置浮子水位報警器，當水位低于安全水位時報警并切斷加熱器電源以防止電加熱干燒。

圖1 空氣處理機組

圖2 加濕器設計

3 溫度控制

電加熱器對實驗室溫度的控制原理如下：首先，控制器按一定時間間隔讀入溫度設定值，然后將溫度傳感器定實時測出的實際溫度值（反饋）與設定值進行比較，該差值經過比例- 積分- 微分（PID）運算后，輸出采樣周期內態繼電器SSR 應導通的時間，該導通時間與采樣周期之比（通斷比）相當于實際加熱量與SSR 完全導通時的加熱量之比，調控的流程如圖3 所示。當實際溫度遠低于設定溫度時，SSR 應完全導通，隨著實際溫度逐漸接近設定溫度，一個周期內SSR 的導通時間會逐漸減小，最后將溫度穩定在設定值附近，此時SSR 的導通時間也將穩定在某個值附近，同時加裝周波控制器ZAO 以提高控制精度。

圖3 溫度調控流程

4 濕度控制

實驗室的空氣濕度主要以濕球溫度的形式進行測試。電熱式加濕器對空氣濕度的控制原理如下：首先，控制器按一定時間間隔讀入濕度設定值，然后將濕度傳感器定時測出的實際濕度值（反饋）與設定值進行比較，該差值經過比例- 積分- 微分（PID）運算后，輸出采樣周期內固態繼電器SSR 應導通的時間，該導通時間與采樣周期之比（通斷比）相當于實際加熱量與SSR 完全導通時的加熱量之比，調控的流程如圖4 所示。當實際濕度遠低于設定濕度時，SSR 應完全導通，隨著實際濕度逐漸接近設定濕度，一個周期內SSR 的導通時間會逐漸減小，最后將濕度穩定在設定值附近，此時SSR 的導通時間也將穩定在某個值附近，加裝周波控制器ZAO 以提高控制精度。

圖4 濕度調控流程

5 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，配電網的災害應對能力由此受到了廣泛的關注。尤其沿海地區，極容易受極端天氣影響，因此迫切需要電網設備材料典型極端氣候模擬設施試制及應用，而極端環境模擬設施的建設過程中，最關鍵的環節就是溫濕度的控制，本文提出一套針對極端環境模擬實驗室的溫濕度控制技術，能很好地解決該問題，為極端環境模擬設施的建設提供了重要的基礎。