微正壓敞開式GIS安裝潔凈棚系統設計

摘"要：針對GIS安裝對空氣潔凈度要求高、安裝質量難以控制等問題，本文設計了一種微正壓敞頂式多變空間潔凈棚系統。該系統集成了溫度控制、濕度調節以及空氣凈化等多重功能于一體，既保證了內部空間的潔凈度，又優化了整體布局。經現場應用表明：此系統具備出色的適應性，能夠靈活滿足不同尺寸GIS的安裝需求，同時在安裝環境中實現了空氣質量達到十萬級無塵級別的卓越標準，為GIS的安裝提供了潔凈、穩定的環境保障。

關鍵詞：潔凈棚；GIS設備；溫度控制；濕度調節；空氣凈化

隨著電力行業的快速發展和電網規模的不斷擴大，氣體絕緣開關設備（GIS）在電力系統中得到了廣泛應用［1］。GIS設備以其獨特的優勢，如占地面積小、維護方便、運行可靠等，逐漸成為電力系統中不可或缺的重要組成部分。然而，GIS設備的安裝對環境潔凈度要求較高，任何微小的塵埃或顆粒物都可能對設備的正常運行造成潛在威脅［2］。統計結果表明［3］，GIS設備的大部分故障發生在投運一年以內，引起故障的原因如圖1所示，施工中的防塵抑塵措施不到位是造成GIS設備發生故障的主要因素。因此，提升GIS安裝空間的空氣潔凈度，是保障GIS設備安裝質量、降低故障發生概率的主要手段。

呂陽［3］以青海某750kV變電站GIS為例，提出了六級防塵措施施工方案來保障GIS安裝質量。吳學增［4］設計了移動式鎧甲掛裝防塵棚，基本解決了GIS安裝受戶外環境影響大的問題。劉亞騎等［5］結合GIS現場安裝條件，設計出了一套智慧充氣式防塵棚，主要包括充氣式防塵棚和凈化裝置兩大組成部分。然而，這兩種類型作業棚的作業空間較小，起重設備工作不便，易出現空氣質量不達標、微水超標、雜質氣體含量不合格、細小顆粒或灰塵含量大等問題。因此，有必要結合現有技術路線的優點，設計一種結構簡單、安裝方便、防塵抑塵效果顯著的新型潔凈棚系統。

在深入剖析現有技術的利弊之后，我們精心構思了一種微正壓敞頂式多變空間潔凈棚系統。該系統集成了溫度控制、濕度調節以及空氣凈化等多重功能于一體的空氣質量凈化系統，這一系統安置于棚外，既保證了內部空間的潔凈度，又優化了整體布局。此系統具備出色的適應性，能夠靈活滿足不同尺寸GIS的安裝需求，同時在安裝環境中實現了空氣質量達到十萬級無塵級別的卓越標準，為GIS的安裝提供了潔凈、穩定的環境保障。以期為相關工程實踐提供有益的參考和借鑒。

1"功能需求分析

GIS安裝潔凈棚的主要功能在于為GIS設備的安裝過程提供一個潔凈、無塵的環境，以保障設備的安裝質量和運行安全。具體來說，潔凈棚需要滿足以下幾個方面的功能需求。

1.1"高效的空氣凈化功能

GIS設備對安裝環境的潔凈度有著極高的要求，任何微小的塵?；蝾w粒物都可能對設備的正常運行造成潛在威脅。因此，潔凈棚必須配備高效的空氣凈化系統，通過過濾、吸附等手段去除空氣中的塵埃、顆粒物和微生物等污染物，確保內部空氣潔凈度達到GIS設備安裝的要求。

1.2"精確的溫濕度控制功能

GIS設備的性能和穩定性受到環境溫濕度的影響較大，過高或過低的溫度及濕度波動都可能對設備的正常運行產生不利影響。因此，潔凈棚需要配備精確的溫濕度控制系統，能夠根據環境條件和GIS設備的需求自動調節內部環境的溫濕度，使設備保持在最佳的工作狀態。

1.3"良好的密封性和防護功能

潔凈棚作為一個封閉的空間，必須具備良好的密封性和防護功能，以防止外部環境中的污染物進入內部。這要求潔凈棚的圍護結構應采用防塵、防靜電、防輻射等特殊材料構建，并確保各個接口和縫隙的密封性良好。同時，潔凈棚還應具備防止人員和設備進出時帶入污染物的措施。

1.4"實時監測與報警功能

為了方便對潔凈棚內部環境的實時監控和管理，應設置監測系統，包括粉塵度監測、溫濕度監測等。這些監測系統能夠實時反饋潔凈棚內部的環境參數，當環境參數超出設定范圍時，系統應能自動報警，提醒操作人員及時采取措施進行調整。

2"系統設計

本系統主要由潔凈棚主體結構、空氣凈化系統、溫度控制系統、濕度控制系統等組成。圖2為系統的示意圖。

2.1"空氣凈化系統

空氣凈化系統是潔凈棚的核心組成部分，其主要功能是去除空氣中的塵埃、顆粒物和微生物等污染物。該系統由空調裝置、除濕裝置、空氣凈化裝置、出風口、回風口和送風管組成?？諝鈨艋b置采用特殊材料制成，能夠有效攔截空氣中的微小顆粒；空氣循環裝置則負責將經過過濾的空氣均勻分布到潔凈棚內的各個角落；排風設備則負責將棚內的污濁空氣排出，保持內部環境的清新。

2.2"溫濕度控制系統

溫濕度控制系統是保障GIS設備在適宜環境下運行的關鍵，該系統主要由空調機組、加濕器和溫濕度傳感器等組成。空調機組負責調節潔凈棚內的溫度，通過制冷或制熱功能使環境溫度保持在設定范圍內；加濕器則負責調節濕度，通過向空氣中加入適量的水蒸氣來保持濕度的穩定；溫濕度傳感器則實時監測棚內的溫濕度變化，并將數據反饋給控制系統，以便進行精確調節。

在溫濕度控制系統的設計中，需要考慮設備的選型、容量和布局等因素，以滿足潔凈棚內部環境的實際需求。同時，還應關注系統的節能性和穩定性，以降低運行成本并提高使用壽命。

2.3"潔凈棚主體結構

潔凈棚主體由不銹鋼骨架、PVC密封簾等組成，如圖3所示。不銹鋼框架設計為模塊化配件，可在安裝現場進行裝配，實現便捷運輸與快速安裝，解決了目前潔凈棚運輸不靈活的問題。防護結構采用PVC密封簾，其主要作用是防止外部環境中的污染物進入內部。防護結構通常采用防塵、防靜電、防輻射等特殊材料構建，具有良好的密封性和防護性能。在防護結構的設計中，需要關注材料的選擇、接口的密封性以及結構的穩定性等方面，以確保其能夠有效地隔絕外部污染物。

此外，為了方便人員進出和設備運輸，防護結構還應設置合理的開啟和關閉方式，如采用自動門或滑動門等形式。同時，還應在防護結構上設置觀察窗或攝像頭等設備，以便于實時監測潔凈棚內部的情況。

2.4"監測與報警系統

監測與報警系統是對潔凈棚內部環境進行實時監測和管理的重要手段。該系統主要由粉塵度監測儀、溫濕度傳感器、報警裝置等組成。這些設備能夠實時采集潔凈棚內部的環境參數，并通過數據處理和分析，判斷環境是否滿足GIS設備安裝的要求。當環境參數超出設定范圍時，報警裝置會發出警報信號，提醒操作人員及時采取措施進行調整。

在監測與報警系統的設計中，需要關注設備的選型、精度和可靠性等方面，以確保其能夠準確反映潔凈棚內部的環境狀況。同時，還應建立完善的數據記錄和分析機制，以便于對潔凈棚的運行狀態進行長期跟蹤和評估。

2.5"控制模塊設計

為了實現自動、精確的控制，上位機軟件需要對STM32中央處理下發指令，通過STM32對各個控制模塊進行調節或者啟停。在程序設計中，程序啟動后，先進行溫濕度傳感器、壓力傳感器、空氣質量傳感器、采集模塊、調節器設備等相關設備的初始化和接入?；诔绦虻慕】敌院筒僮鞯陌踩钥紤]，在進行下一步操作前，設備狀態的檢查是必需的。設備狀態正常接入后，通過展示窗口，引導客戶通過界面操作，便于下一步操作。

溫濕度傳感器、壓力傳感器、空氣質量傳感器程序開發環境為Windows或Linux，用C語言進行編程、用Web構建用戶界面，使用MySQL數據庫開存儲數據，通過隊列消息實現實時報警通知功能并上傳到運算控制芯片，和設定值進行對比確定是否啟動空氣質量處理系統?？紤]傳感器的時漂和零漂，系統除了硬件補償修改外，對監測到的數據結合傳感器的參數使用線性修正和二次方程修正，流程如圖4所示。

控制系統采用PID控制算法，其原理如圖5所示。PID控制是一種線性控制，它將給定值r（t）與實際輸出值y（t）的偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）通過線性組合形成控制量，對被控對象進行控制，表達式見下式所示：

u（t）=Kpe（t）+1Ti∫t0E（t）dt+Tdde（t）dt

式中，e（t）是控制的輸入，即偏差，e（t）=R（t）-y（t），是被控量與給定值的偏差；u（t）是控制的輸出；Kp是比例系數；Ti是積分時間常數；Td是微分時間常數。

3"結論

本文旨在解決GIS設備在安裝過程中因防塵抑塵措施不足而頻繁發生故障的問題，為此提出了一種微正壓敞頂式多變空間潔凈棚系統的設計構想。該設計將空氣凈化、溫濕度控制、實時監測與報警等多項功能融為一體，旨在為GIS設備的安裝工作提供一個潔凈且穩定的環境保障。這一新型潔凈棚系統的設計特色在于結構簡潔、安裝便捷，采用模塊化設計，不僅方便運輸與安裝，還集成了高效的空氣凈化系統和精確的溫濕度控制系統，從而確保GIS設備安裝環境的潔凈度和溫濕度始終處于最佳狀態。此外，系統還配備了實時監測與報警功能，能夠即時反饋潔凈棚內部的環境參數，一旦環境參數超出預設范圍，系統將自動觸發報警機制，提醒操作人員迅速采取相應措施進行調整。

參考文獻：

［1］劉靖羽.GIS設備現場安裝工藝和質量控制要點［J］.電工電氣，2023（08）：5560.

［2］陳學斌.變電站GIS安裝技術分析［J］.集成電路應用，2023，40（09）：414415.

［3］呂陽.750kVGIS安裝的六級防塵措施研究［J］.機電信息，2020（26）：8384.

［4］吳學增.針對GIS安裝環境的移動式鎧甲掛裝防塵棚設計及應用［D］.北京：華北電力大學，2018.

［5］劉亞騎，張成，魏永樂，等.智慧充氣式防塵棚在GIS無塵化安裝中的應用［J］.山東電力技術，2023，50（12）：8488.

作者簡介：劉國彪（1977—"），男，漢族，廣東東莞人，本科，工程師，研究方向：電力工程施工技術。