智能變電站設備高效降溫方式研究

陳卓 劉秋池 張珺

摘 要：本文比較了目前在智能變電站中所采用的設備降溫方式，分析了采用這些方式所遇到的問題和存在的不足。提出了一套有效的解決方案，創建了變電站降溫系統的新方法并研究了該方法的可行性。新方法采用中央空調（制冷機）進行集中降溫，建立一個新的降溫模式，集高效、方便、節能于一體。并比較了新方法與傳統方法的優劣性和經濟性。

關鍵詞：智能變電站；降溫；中央空調

1 引言

近年來，隨著智能化電網的快速發展，目前建設智能變電站正在全面展開。在變電站智能化過程中，存在著一個不可回避的問題：與傳統變電站相比，分布式保護和網絡交換機的大量應用造成設備的發熱量大增，并且由于這些設備放置于室外，運行環境惡劣，容易降低設備運行的穩定性、可靠性，嚴重時會產生安全隱患。為此，本文提出一種行之有效的方法對設備進行降溫，以預防上述情況的發生。

2 現狀

2.1 智能變電站存在的問題

在國家電網公司頒布的企業標準Q/GDW383-2009《智能變電站技術導則》中，明確了智能變電站保護裝置獨立分散、就地安裝。國家電網公司企業標準Q/GDW393-2009《110kV——220kV智能變電站設計規范》中規定了智能變電站智能終端分散布置于配電裝置場地。

以較為常見的220kV戶外敞開式布置的變電站為例，在智能變電站設計中，通常采取將合并單元、智能終端等智能裝置組合安裝在戶外一次設備附近的智能終端控制柜內。而由眾多電子元器件構成的合并單元、智能終端工作時會發出較大的熱量，尤其是合并單元的光口較多，發熱量更大。眾多發熱元件集中組裝在一個防塵防潮的全密閉式箱體內，造成的后果是使智能終端控制柜柜內的溫度直線上升。

眾所周知，電子元器件都比較“嬌氣”。不僅懼臟怕潮，工作溫度還要求保持在-10—50攝氏度之間，低了不行，高了更不行。有資料表明，超過工作溫度后，環境溫度每升高10攝氏度，電子元器件的壽命會縮減一半。而電子元器件自身產生的熱量就能達到60攝氏度以上。現如今所運行的常規變電站中，安裝于室外的斷路器端子箱（內部不含發熱裝置）在夏季白晝時，箱內溫度可達60攝氏度以上。

因此，對設備降溫的問題如果不能有效解決，就會造成設備運行的不穩定性增加，設備的壽命大大降低。從長期來看設備的更換周期縮短，進而導致投資成本增加，獲得收益減少。

2.2 目前采用的降溫方式及效果

目前，對戶外智能終端控制柜進行降溫通采用三種方式：

（1）、采用風扇降溫。在智能終端控制柜柜體頂部安裝幾個大功率風扇，增加箱體內外氣流流通，通過人造風對箱體內進行自然降溫。該降溫方法費用較低，效果較差，與環境氣溫呈反比關系。

（2）、采用熱交換器降溫。這種方式是通過風扇和散熱片組合進行降溫。經測量統計，只有在箱體內外溫差達到10攝氏度以上時，降溫效果方才顯著。費用適中，但氣溫較高時，降溫效果不好。

（3）、采用工業空調降溫。即在智能終端控制柜柜體上安裝一個小型工業空調對箱體內部進行降溫。相比較前兩種方式，該方法降溫效果相對較好，但費用較高。

由于前兩種方式的預期效果不理想，因此目前采用第三種方式降溫的較多。但是，此種方式有一個不可避免的缺點是：每一個智能終端控制柜柜體上都需要安裝一個小型（小功率）工業空調，成本較高，效率較低。

2.3 新的解決辦法

針對上述問題，本文提出一種新的解決方法——使用中央空調（或制冷機）進行集中降溫。即在變電站安裝一個小型中央空調，通過通風管道送風對整站設備進行降溫，具體方法如下：

由于戶外智能終端控制柜體積較小并且點多面廣，而主控制室空間較大，設備集中，所以中央空調宜安裝在主控制室、高壓配電室等建筑物附近。基于縮減變電站占地面積等因素的考慮，中央空調可放置于主控制室建筑頂部（若為單層建筑時）或建筑物附近的空地中（若為雙層建筑時）。

對于室內設備，可以通過空調的通風管道對主控制室、高壓配電室室內設備進行降溫，同時可以取消建筑物的室內空調。

對于室外設備，可以利用變電站內的電纜溝敷設主通風管道，在每個戶外箱（柜）體底部接入分支通風管道，對戶外智能終端控制柜內部設備進行降溫。

2.4 與目前使用方法的比較

以220kV戶外敞開式布置的智能變電站為例，使用中央空調集中降溫與采用工業空調降溫法進行比較分析：

2.4.1降溫效果分析：

采用工業空調對戶外箱體降溫，由于安裝空間有限，小型工業空調的功率較低，降溫效果不理想。經過在夏季較長時期內觀察統計，發現經過一天的充分烤曬后，智能終端控制柜柜體內溫在下午達到高峰期時，與外溫平均溫差在10攝氏度左右。

智能終端柜內溫度為38℃

例如，在2012年8月28日，該天天氣晴朗，少云，日照充足。于下午4點，測得某220千伏智能變電站室外氣溫為31.5攝氏度，智能終端控制柜柜體內部溫度計顯示為38攝氏度（如圖）。而合并單元裝置外殼溫度達到48攝氏度，以手背觸之，有微燙的感覺。

采用中央空調對戶外智能終端控制柜體降溫，雖然目前沒有數據，但在一個較小的全密閉箱體中通入冷氣降溫，效果肯定很好。

2.4.2成本分析：

（1）、通常在設備廠房內會配備6—8臺柜式空調，對設備進行降溫，而采用中央空調經過通風管道降溫后，不但省掉了柜式空調的費用還可以節省室內空調的占用空間，從而減少建筑物的總體積，節約了土建費用。

如果在有人值班變電站，主控制樓房間多，所需空調數量進一步增加，若采用中央空調集中制冷，會節約更多成本。

（2）、按照國家電網變電站典型設計方案，戶外220千伏站3臺主變規模為例，全站戶外箱體的數量大約為30個左右；每個戶外箱體的體積按2m*1m*1m=2m3計（通常柜高1.85m柜寬1m柜深0.8m，實際柜體小于1.5m3）。因此，戶外需降溫的空間不超過2m3*30=60 m3。如果采用安裝工業空調降溫，共計需要安裝30臺空調，約需資金36萬元。用這么一大筆資金對60m3的空間降溫，性價比太低。并且工業空調每2—3年就需更換一次風葉，維護費用較高。

（3）、與戶內空間相比，戶外需降溫的空間較小。采用中央空調或制冷機降溫，可以大大減少對戶外設備降溫的投資。對于整個變電站，安裝一套小型中央空調即可滿足設備降溫、保暖運行條件。

變電站現行的室內柜式空調+室外工業空調方案，空調費用為40萬元左右。而安裝一套中央空調，根據目前市場價格只需花費20多萬元。遠遠少于安裝戶外工業空調和室內柜式機的投資。如果沒有加熱需求，可以把中央空調換為制冷機，費用會進一步降低。

（4）、采用工業空調降溫的方法，布點多，安裝設備多，運行費效比高，設備故障率高。采用中央空調或制冷機集中降溫，安裝設備少，運行費效比低，節約能源，設備故障率低。

（5）、采用中央空調對戶外箱體降溫，可以利用變電站電纜溝敷設通風管道，不改變變電站設備布置方式，不用發生額外的土建費用。此外，對于變電站后期擴建也容易實施對接，不會影響設備運行。

綜上所述，安裝中央空調的成本遠低于安裝工業空調和室內柜式機的成本。并且集中制冷，運行成本低。

2.4.3外觀分析：

（1）、中央空調放置于主控制室房頂，不會“引人注目”，通風管道位于室內墻體與天花板交界處，同建筑物構成一個天然的整體，自然和諧。而柜式空調與四周的保護屏柜無論從外形還是顏色都不協調；柜式空調主機和進風管道裸露于建筑物外墻，顯得很突兀、凌亂。

（2）、中央空調的通風管道隱蔽安裝于電纜溝內，不影響變電站外觀。而工業空調安裝在智能終端控制柜上，使整個箱體多出一塊，不太協調。

3應用

采用中央空調集中制冷、供暖效率高，運行成本低，安裝隱蔽。敷設于電纜溝內的通風管道不會影響同溝電纜、光纜運行的安全穩定，也不會對裝置產生電磁干擾。

需要注意的是，在設計過程中必須校驗中央空調安放位置是否滿足防雷等要求。

4結束語

采用中央空調或制冷機對裝置進行降溫，效果好、成本低，是一種有效的降溫方式。并且不改變國網公司所頒布的典型設計方案，不會對變電站整體布局產生影響，前景可期。

參考文獻

[1] Q/GDW383-2009國家電網公司企業標準《智能變電站技術導則》，2009-12-25.

[2] Q/GDW393-2009國家電網公司企業標準《110kV——220kV智能變電站設計規范》，2010-02-22.

[3] 國家電網公司輸變電工程通用設計（2013年版），110（66）—220kV智能變電站施工圖設計.