箱柜內(nèi)部一體化環(huán)境綜合監(jiān)測及智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用

王海鵬 胡多 邢明路

摘要：本文通過對戶外箱、柜建模仿真研究，差異化提出各類箱柜的最優(yōu)設(shè)計方案，以提高整體防護(hù)水平;運(yùn)用科技手段遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，達(dá)到環(huán)境預(yù)報、實時診斷、自我防護(hù)的目的，全面替代人工巡視，大幅提升戶外箱、柜綜合防護(hù)水平及運(yùn)行可靠性。項目研究成果可大大提高箱柜的防護(hù)等級及運(yùn)行可靠性，實現(xiàn)箱柜遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，提升設(shè)備運(yùn)維檢修的便捷性。

關(guān)鍵字：戶外控制柜;智能系統(tǒng);硬件設(shè)計;

0引言

隨著我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求高速增長，國家電網(wǎng)規(guī)模實現(xiàn)了跨越式增長，并將在未來較長的一段時期內(nèi)持續(xù)高速發(fā)展。電力設(shè)備狀態(tài)對電網(wǎng)運(yùn)行安全至關(guān)重要，一旦電力設(shè)備發(fā)生故障，會造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重后果。而停電造成的直接電量損失、間接損失和社會損失更大，所以就需要運(yùn)用高科技手段提供可靠的遠(yuǎn)程監(jiān)控手段。

1戶外控制柜環(huán)境分析

智能變電站普遍采用過程層設(shè)備就地布置的形式，合并單元、智能終端以及在線監(jiān)測裝置安裝于戶外智能控制柜中，面臨高溫度、高濕度、強(qiáng)電磁干擾等惡劣運(yùn)行環(huán)境的挑戰(zhàn)。

中國的國土幅員遼闊，氣候特征多樣，不同地域的環(huán)境條件、空氣中的污染物，像酸雨、鹽霧、工業(yè)粉塵，以及電磁干擾程度也有較大的差異，因此需要結(jié)合地區(qū)環(huán)境，因地制宜地開展戶外智能控制柜的環(huán)境適應(yīng)性研究。

戶外控制柜柜內(nèi)環(huán)境異常的時候，柜體內(nèi)部的電氣設(shè)備、線纜會發(fā)生很多不可預(yù)知的問題。在柜體內(nèi)部高濕度的環(huán)境下電氣元器件容易產(chǎn)生銹蝕和霉菌，在溫度降低的情況下，水蒸氣經(jīng)常容易凝結(jié)附著在設(shè)備的表面，尤其是金屬材質(zhì)的設(shè)備，這樣非常容易造成短路情況;濕度變大后，會降低高壓的空氣擊穿距離，高壓的空氣擊穿距離會大大縮短，這樣高壓設(shè)備中的三相電之間容易與地產(chǎn)生擊穿放電的危險性大大提高，不僅對設(shè)備造成很大的損害還會影響到電網(wǎng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行;電氣絕緣降低，某些材質(zhì)在高濕度的環(huán)境下絕緣能力會變差，容易發(fā)生短路，影響電器元件使用功能和壽命，并且電氣設(shè)備嚴(yán)重受潮、凝露后容易會造成絕緣下降或電氣擊穿事故從而對輸電線路造成影響。環(huán)境異常對柜內(nèi)設(shè)備線纜等造成的影響是巨大的。比如在線纜受潮的情況下，當(dāng)通電運(yùn)行時，電纜會在電纜屏蔽層剝?nèi)〔糠旨措娎|熱縮附件產(chǎn)生強(qiáng)電場，由于電泳效應(yīng)，在電纜附件周圍的潮濕空氣中的水及灰塵等微小顆粒會在電場的作用下定向移運(yùn)靠近運(yùn)行電纜，大部分雖然被熱縮附件阻擋，但仍有一部分會通過附件及絕緣層的微孔進(jìn)入電纜附件及電纜絕緣層內(nèi)部。大量的水和灰塵顆粒吸附在電纜絕緣層外表面凝結(jié)后的水珠介電常數(shù)很高，造成該點(diǎn)電纜絕緣層的絕緣電阻的急劇下降;如果水珠進(jìn)一步擴(kuò)大，運(yùn)動則容易激發(fā)電纜絕緣層表面放電，降低電纜絕緣，使得電纜局部放電發(fā)熱，使電壓沿面分配不均勻，長時間運(yùn)行使絕緣層表面過熱，局部絕緣碳化形成漏電痕跡，及常見的“水樹枝”，最終導(dǎo)致電纜表面沿面放電擊。再有就是潮濕空氣進(jìn)入電機(jī)等設(shè)備時，首先會降低繞組絕緣材料的絕緣及導(dǎo)熱性能，對轉(zhuǎn)子及定子上的金屬器件造成銹蝕，軸承、支座等轉(zhuǎn)動部件受潮后性能改變，容易導(dǎo)致電機(jī)機(jī)械性能出現(xiàn)問題。

2系統(tǒng)工作原理

基于智能變電站戶外控制柜環(huán)境調(diào)節(jié)一體化裝置采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)、熱管換熱技術(shù)和智能控制技術(shù)。工作時半導(dǎo)體制冷器使冷凝器溫度降低，當(dāng)利用風(fēng)扇形成的循環(huán)氣流通過冷凝器時，濕空氣中所含水分在冷凝器表面凝結(jié)聚集，滴入集水槽并經(jīng)管道排至密封空間外部，從而達(dá)到降低電氣設(shè)備內(nèi)部空間濕度目的。半導(dǎo)體制冷技術(shù)，制冷片為核心部件，冷端產(chǎn)生非常低的溫度，形成凝水面，使空氣中水分冷凝在凝水面，并通過排水孔排出箱外。由于柜內(nèi)水分不斷減少排出箱外，空氣中濕度顯著下降。即使環(huán)境溫度變化，由于柜內(nèi)空氣中水分非常少，也不會再產(chǎn)生凝露，從根本上解決了濕度高的問題。智能溫度環(huán)境調(diào)節(jié)。溫度傳感器實時監(jiān)測環(huán)境溫度，當(dāng)溫度過高時，及時發(fā)出報警命令，并通過啟動半導(dǎo)體制冷器和風(fēng)扇，將環(huán)境溫度降低在合理的范圍內(nèi)。當(dāng)溫度過低時，及時通過啟動加熱器和風(fēng)扇，將環(huán)境溫度加熱到合理的范圍內(nèi)，避免溫度過低出現(xiàn)凝露，導(dǎo)致除濕無法工作。同時防止溫度過低而導(dǎo)致變電站內(nèi)的設(shè)備無法啟動或損壞等情況的發(fā)生。

3系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計

基于智能變電站戶外控制柜環(huán)境調(diào)節(jié)一體化裝置的技術(shù)設(shè)計主要由濕度傳感器模塊、溫度傳感器模塊、通信模塊、環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)模塊、處理器單元以及上位機(jī)軟件組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。傳感器模塊主要是分為濕度傳感器和溫度傳感器，以及相應(yīng)的電路，主要功能是獲取當(dāng)前環(huán)境的濕度參數(shù)、溫度參數(shù);通信模塊主要負(fù)責(zé)將當(dāng)前環(huán)境參數(shù)上送至中控室，并根據(jù)中控室指令對裝置進(jìn)行一系列的操作;環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)模塊包括風(fēng)扇模塊、加熱模塊及半導(dǎo)體制冷模塊，可以對現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié);處理器單元對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并控制數(shù)據(jù)上送、指令接收、指令應(yīng)答等操作;上位機(jī)軟件可在監(jiān)控室?guī)椭脩糁苯涌吹礁鱾€現(xiàn)場的環(huán)境狀況、調(diào)節(jié)狀況，并進(jìn)行一些簡單的指令操作。其主要功能如下。（1）實時環(huán)境監(jiān)測：可實現(xiàn)柜內(nèi)溫度、濕度的實時在線監(jiān)測。（2）自動環(huán)境調(diào)節(jié)功能：當(dāng)系統(tǒng)檢測到柜內(nèi)的溫度或濕度不在正常范圍內(nèi)，即啟動自動環(huán)境調(diào)節(jié)功能，將柜內(nèi)環(huán)境調(diào)整到正常范圍之內(nèi)，保證設(shè)備正常運(yùn)行。（3）定時除濕功能：可設(shè)定啟停時間，每日將在設(shè)定的時間內(nèi)實現(xiàn)自動定時除濕功能，同時不影響其他除濕控制方式。這就為電行業(yè)除濕領(lǐng)域節(jié)約了成本，減少了資源浪費(fèi)，具有很高的經(jīng)濟(jì)價值和很大的實用價值。（4） 通信功能：可將當(dāng)前環(huán)境參數(shù)上送至中控室，并根據(jù)中控室指令對裝置進(jìn)行一系列的操作。可實現(xiàn)除濕工作閾值、溫度工作閾值、通訊地址及波特率可調(diào)。（5）具有故障報警功能。

4 總結(jié)

對配網(wǎng)主動搶修關(guān)鍵技術(shù)研究項目的成功實施，提高配網(wǎng)搶修的事前預(yù)控，事中處置和事后跟蹤能力，提升配網(wǎng)精益化管理和優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平。