寒冷地區換流閥防凍棚電動卷簾門控制系統技術優化

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.06.033

中圖分類號：TM571；TP3 文獻標志碼：B 文章編碼：1672-7274（2025）06-0098-03

Technical Optimization of Electric Rolling Shutter Door Control System for Anti-Freezing Shed of Converter Valve in Cold Regions

GAOShuyong，LIUTianqi，LIUHaiqiang，PANGXin （StateGrid InnerMongolia EastElectric PowerCo.，Ltd.ElectricPower Science Research Institute，Hohhot O1oooo，China）

Abstract： In cold regions，the anti freezing shed of theconverter station is an important facility to ensure the stable operation of equipment in winter. As the world's first ±800kV high-voltage converter station with a transmission capacityof10obillion kilowats，the control methodof theanti freezing shed electric rolling shuter doorat the Ximeng converter station has problems such as cumbersome operation，delayed response，and insuficient accuracy， which affect operational efficiency.This article proposes anoptimization solution basedonPLC technology toaddress the shortcomings of existing systems： through hardwareupgrades，automated control logic design，and enhanced fault monitoring functions，remote and intellgent control of rolling shutter doors canbe achieved.The optimization plan has improved the automation and reliabilityof the system，enabling the rolling shutterdoor to dynamically adjust according toreal-time temperature，significantlyenhancing operational efficiency，safety，andintellgent management level.The research aims to provide technical support and practical experience for the inteligent operation and maintenance of converter stations in cold regions.

Keywords： cold regions; converter station; anti-freezing shed; electric roling shutter door; PLC control

寒冷地區的極端氣候對換流站的室外設備安全運行提出了嚴峻挑戰。防凍棚作為換流站冬季運行的重要保障設施，通過形成保溫環境，有效避免設備因低溫出現故障[1]。然而，目前廣泛使用的電動卷簾門控制系統存在諸多問題：手動或遙控的操作方式效率低下，無法適應溫度動態變化；控制精準性不足，難以實現卷簾門開閉自動調節；且系統缺乏故障監測功能，增加了運行風險。這些不足限制了換流站的運行效率和智能化管理水平。錫盟換流站作為全球首個輸電容量達1000億千瓦的 ±800 千伏特高壓換流站，保障系統穩定性具有重要意義。在其實際運行中，其卷簾門控制問題導致的保溫性能不足和響應滯后現象尤為突出。因此，針對現有控制系統存在的局限性，本文提出了一種基于PLC技術的優化方案，通過硬件升級、自動化控制邏輯設計及故障監測功能強化，實現對卷簾門的智能控制與遠程管理。

1 防凍棚電動卷簾門現狀分析

1.1防凍棚功能及現有控制方式

防凍棚是換流站室外設備冬季防凍保護的重要設施，由不銹鋼保溫卷簾模塊與鋼結構支撐體系組成。通過形成密閉空間產生保溫效果，確保設備在寒冷環境中也能正常運行。冬季關閉卷簾門形成保溫環境，夏季開啟實現通風散熱。目前，卷簾門主要通過手動控制和就地遙控方式實現開閉。手動控制需運維人員到現場通過控制箱按鈕切換狀態；就地遙控雖提高了便利性，但仍需人員現場操作，限制了自動化運行。這些方式無法根據實時溫度動態調整卷簾門開閉程度，難以滿足換流站高效運行需求。

1.2存在的問題

現有控制方式存在以下問題：

（1）操作效率低：手動控制需頻繁往返控制室與現場，尤其在極端寒冷天氣下，操作煩瑣、耗時長，不僅增加運維負擔，還存在安全隱患。

（2）精準性不足：無法根據實時環境溫度或設備運行狀態動態調整卷簾門，難以充分發揮防凍棚保溫或散熱效果。

（3）現場依賴性強：需人員現場操作，無法實現遠程監控和控制，不符合換流站智能化、無人化管理需求[2]。

（4）缺乏智能監測：系統缺乏故障報警功能，當卷簾門異常或出現故障時，無法及時反饋，增加運行風險。

上述問題制約了防凍棚的高效應用，不利于換流站智能化管理和運行效率提升。

2 技術優化方案設計

2.1目標與原則

優化目標是提升防凍棚卷簾門控制系統的自動化與智能化水平，具體包括以下四點：一是實現實時溫度監測與卷簾門自動開閉，滿足夏季通風散熱和冬季保溫需求；二是實現與后臺監控系統聯動，支持遠程操作和故障報警，提高響應速度；三是采用模塊化升級原則，盡量利用現有設備和結構，降低改造成本；四是確保系統高效可靠，避免因故障導致設備凍結或散熱不良。

2.2硬件配置優化

硬件優化通過新增就地控制箱實現智能化控制。控制箱配置一臺高瀾200CPU型PLC作為主控制器，負責采集傳感器數據、邏輯判斷和卷簾門控制。模擬量和數字量模塊分別采集環境和進閥溫度及控制信號，并接收限位開關反饋，確保動作精準。電源模塊提供穩定供電，卷簾門不同高度安裝限位開關檢測位置。這些升級在保留現有結構的基礎上，提升自動化功能，施工便捷且高效。

2.3自動化控制邏輯設計

控制邏輯分為手動和自動兩種模式。手動模式通過按鈕或遙控器直接操作，適用于設備調試或檢修。自動模式以實時監測環境和進閥溫度為核心，通過預設參數智能控制卷簾門。夏季模式中，當環境溫度超過高溫閾值，卷簾門全開以提升散熱性能；冬季模式下，根據進閥和環境溫度調整卷簾門開啟高度，確保適當保溫。PLC采集溫度參數后執行邏輯判斷并輸出控制信號，調節卷簾門至目標位置。每個高度由限位開關反饋信號確認，如長時間無反饋，系統報警提示故障[3]。

2.4安全與故障反饋

系統強化限位保護和故障報警功能。每個卷簾門配置頂部、最低點和中間限位開關，確保動作精準，避免過沖或未到位問題。當控制信號有效但未收到限位反饋時，系統觸發報警，將異常信息傳至后臺，便于快速排查問題，防止設備損壞或運行中斷。此外，邏輯設計中預留冗余保護，當某限位開關信號丟失時，其他檢測點可評估設備狀態，進一步提高系統可靠性。

3 施工與調試

3.1硬件安裝

硬件安裝包括控制箱、電纜、限位開關、傳感器和電動機構的安裝。控制箱按圖紙安裝在靠近防凍棚的指定位置，滿足IP65防護等級，內部配置高瀾200CPU型PLC，負責信號處理和邏輯運算，配備8位模擬量模塊采集溫度數據及8位數字量模塊控制卷簾門啟停，同時采集限位開關信號。控制箱內設置直流電源模塊，將220V交流電轉換為24V直流電，并加裝短路保護，確保用電安全。電纜選用耐低溫、防水型線纜，敷設在保護管內防止機械損傷或環境腐蝕，信號線與電源線分開布置以減少干擾。每條電纜兩端清晰標記，便于后續維護。限位開關安裝于卷簾門頂部、底部及中間關鍵位置，確保動作到位時準確反饋信號，避免因位置不當影響運行。安裝時保證開關與卷簾門間距合理，接線牢固無松動。傳感器結合實際環境安裝，進閥溫度傳感器靠近閥門確保數據真實，環境溫度傳感器安裝在避風遮陽處減少誤差，保證傳感器與電動機構、限位開關協作準確，避免動作遲滯或反饋異常。

3.2軟件調試

軟件調試以PLC程序開發與驗證為核心，編寫控制邏輯程序涵蓋夏季和冬季模式切換、卷簾門分段控制及故障報警功能。邏輯設定為：環境溫度高于 35^°C 時系統進入夏季模式，卷簾門全開保證散熱；環境溫度低于 .5^°C 或進閥溫度接近凍結點時進入冬季模式，根據保溫需求調整開度至 20% 、 50% 、 80% 或全開。PLC通過數字量輸出控制電動機構動作，采集限位信號驗證完成情況，未收到反饋觸發報警。對輸入輸出信號進行測試，驗證傳感器能準確采集環境和進閥溫度并傳輸至PLC，限位開關信號正確傳遞并清晰穩定。通過模擬溫度變化場景測試系統邏輯運行效果，如設定環境溫度從 40^°C 降至 ?10^°C ，觀察系統切換模式并自動調整卷簾門狀態。模擬限位開關異常或電動機構失效時，測試報警功能是否及時觸發并上傳至后臺。

3.3系統聯調

系統聯調是在實際運行環境中驗證硬件與軟件整合性能的關鍵環節。連接所有硬件至后臺監控平臺，檢查控制箱、PLC、傳感器、限位開關及電動機構間信號傳遞是否通暢。通過遠程操作測試后臺對系統的控制能力和響應速度。模擬溫度波動場景，觀察模式切換是否平穩、卷簾門開閉是否與溫度參數匹配。如環境溫度升至 40^°C 時，卷簾門應在5s內完全開啟；溫度降至- .15^°C 時， 2min 內調整至 20% 保溫狀態。同時記錄限位開關反饋時間及動作延遲（小于 200ms ）。測試系統對異常情況的處理能力，如模擬限位開關故障或信號丟失，觀察是否觸發報警并正確記錄故障類型，后臺監控界面是否實時顯示設備狀態4。根據聯調結果優化系統參數和程序邏輯，如調整卷簾門停留時間或修正溫度閾值，確保運行更貼合實際需求。

3.4數據配置與質量保障

施工與調試過程中的數據配置需嚴格遵循設計要求。PLC程序中的溫度閾值、開度比例及動作延遲參數與換流站運行環境匹配，傳感器和限位開關校準數據與標準設備對標，確保測量與反饋誤差不超過 ±1% 。全過程記錄電纜敷設位置、限位開關安裝點、傳感器校準結果及聯調測試數據，匯總生成完整的施工與調試報告，為后續運行維護提供參考。施工期間嚴格執行安全規范，布線和設備安裝需經專人驗收，確保接線正確、設備固定穩固。調試環節安排技術人員實時監控，防止誤操作導致設備損壞或安全隱患。最終根據動作精準性、響應靈敏性及運行穩定性三大指標驗收整體改造效果，確保系統完全達成優化目標。

4 優化效果分析

4.1操作效率顯著提升

系統通過引入PLC控制實現自動化運行，減少了運行人員現場操作的需求。傳統模式下，卷簾門開閉依賴人工，尤其在冬季效率低下，耗時費力。優化后，系統支持后臺遠程操作，響應迅速，無須人員到場，大幅降低勞動強度。系統還能根據溫度自動調節卷簾門狀態，減少人工干預，整體運行效率顯著提高。

4.2精準控制效果明顯

依托實時溫度監測和PLC邏輯判斷，系統實現了卷簾門狀態的精準控制。根據環境與進閥溫度自動判斷模式，并按需調整卷簾門開度（ 20% ， 50% 7 80% 或全開），滿足保溫或散熱需求。限位開關的多點反饋設計確保每次動作精準到位，避免誤操作。相比傳統單一開關模式，優化后的系統在適應性和控制精度上提升顯著，保障了運行安全性與能效。

4.3安全性大幅提升

優化設計加強了限位保護和故障報警功能，有效降低運行風險。卷簾門頂部、底部及中間安裝限位開關，確保動作精準到位，避免設備凍結或散熱不良。系統集成故障監測功能，未收到限位反饋時觸發報警并通知后臺，便于快速處理問題。設計中預留冗余保護，部分傳感器或限位開關失效時，系統仍可通過其他信號評估和控制，確保穩定運行。

4.4智能化管理能力提升

優化后的系統實現與后臺監控平臺無縫對接，大幅提升智能化管理水平。運行人員可遠程實時查看溫度、卷簾門位置及故障信息，提升管理效率。系統支持全天候無人值守運行，降低現場工作量，為換流站智能化運維奠定基礎。靈活的控制邏輯可根據不同需求調整溫度閾值，適應復雜氣候和設備運行模式，并為未來升級（如大數據和AI融合）預留接口，進一步提升系統應用潛力。

5 結束語

換流站在特高壓輸電系統中的穩定運行至關重要，尤其是在寒冷地區，其室外設備需應對極端氣候挑戰。本文所述方案通過優化防凍棚電動卷簾門的控制系統，實現了操作效率的提升、精準控制的優化、安全性保障的強化以及智能化管理能力的增強，顯著改善了換流站的運行效果。系統采用自動化控制邏輯，結合溫度實時監測和多點限位保護，能夠快速響應環境變化并確保運行安全。遠程監控和故障報警功能的集成，進一步降低了人工干預需求，為實現無人化運維創造了條件。未來，隨著數字化和智能化技術的不斷發展，可以進一步結合大數據分析和人工智能技術，推動換流站管理的全面升級，實現更加高效、安全的運行模式。

參考文獻

[1]李云龍，蔡常群，江龍，等.一種閥冷系統室外換熱設備防凍棚電動卷閘門自動控制方法[J].自動化應用，2018（7）：29-30.

[2]張月橋.基于PLC智能倉庫卷簾門的優化與設計[J].智慧中國，2023（4）：80-81.

[3]國網青海省電力公司超高壓公司，國網青海省電力公司，國家電網有限公司.一種換流站閥冷系統防凍棚卷閘門自動控制方法及系統：CN202211452065.0[P].2023-03-14.

[4]國網甘肅省電力公司檢修公司，蘭州理工大學.一種換流站防凍棚全天候自適應溫度控制裝置：CN202123006898.8[P].2022-04-08.