基于電力設(shè)備檢測的極端環(huán)境模擬技術(shù)研究

王 棟，朱拓夫，謝翱羽

（國網(wǎng)浙江寧波供電公司，浙江 寧波 315100）

0 引 言

隨著全球天氣變暖，極端天氣發(fā)生的可能性越來越高，如高溫、低溫、大雪、暴雨等。寧波屬于沿海城市，受極端天氣影響極為嚴(yán)重，如臺風(fēng)。近些年幾乎每年都有一次以上的大臺風(fēng)，給電網(wǎng)的正常穩(wěn)定運行帶來了極大危害[1]。為了保證配網(wǎng)正常運行，電網(wǎng)工作人員加強了對配電線路及設(shè)備的日常維護保養(yǎng)，也提高了對產(chǎn)品材質(zhì)的要求，但無法檢驗材料水平。因此，有必要建立一套用于電力設(shè)備檢測的極端環(huán)境模擬技術(shù)，實現(xiàn)對不同的溫濕度、太陽關(guān)照強度、風(fēng)速、降雨強度以及降雪量等環(huán)境的模擬。

1 極端天氣的模擬及實現(xiàn)

1.1 溫濕度模擬

為了使艙內(nèi)溫濕度分布均勻，采用上送下回的氣流組織方式。經(jīng)過組空處理后的空氣由風(fēng)道從組空送入艙內(nèi)吊頂層，吊頂采用孔板拼裝，氣流由吊頂孔板向下送入房間，在房間流動后從房間下部進入組空，完成循環(huán)[2]。試驗箱內(nèi)的溫濕度模擬主要由蒸發(fā)盤管、電加熱器、循環(huán)風(fēng)機以及加濕蒸汽管等組成，如圖1所示。

1.2 太陽光照模擬

該氣候室采用長弧氙模擬太陽光。此種長弧氙燈可發(fā)出接近太陽光的全光譜燈光，配合數(shù)字電源可以調(diào)節(jié)氙燈光照功率。

長弧氙燈較鹵素?zé)簦M太陽光效果更佳。氙燈的成本比鹵素?zé)舾撸阅軆?yōu)越，亮度、色溫和耐用等方面都比鹵素?zé)艉茫且环N極佳的模擬太陽光源。另外，在電纜處設(shè)置有光照度變送器，可以感知電纜處陽光照射強度。

圖1 溫濕度模擬結(jié)構(gòu)

本人工氣候艙選用3 盞2.5 kW 的長弧氙燈，組裝在一個長條形燈架上，該燈架置于被測電纜上方。

1.3 風(fēng)速模擬

風(fēng)速模擬由置于艙內(nèi)的獨立變頻風(fēng)機完成。風(fēng)機箱內(nèi)設(shè)置6 臺同型號風(fēng)機，分為上下兩層，每層各有3臺風(fēng)機。6 臺風(fēng)機通過一個變頻器控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速，可模擬氣候室風(fēng)速0～7.5 m/s（連續(xù)可調(diào)）。在風(fēng)機出口處設(shè)置有雙層百葉出口，可以改變出風(fēng)方向。在電纜旁設(shè)置有E+E 風(fēng)速變送器，能夠準(zhǔn)確測量電纜處風(fēng)速，并可與電腦通信。

1.4 淋雨模擬

氣候室配有變頻水泵、儲水箱、噴淋管、噴頭及回水排管。儲水箱為1 m3不銹鋼制品，水管出口有過濾器。變頻泵采用變頻器可以控制流量，可以控制降雨的強弱。氣候室內(nèi)噴淋管布置在氣候室中部，在被試電纜正上方和水管下方接有噴淋頭。模擬降雨時，落在地面雨水通過房間兩端的排水孔排出。被試電纜下方設(shè)置有翻斗型雨量傳感器，電腦界面可以實時在線顯示降雨量。因為房間存在零下溫度工況，所以噴頭內(nèi)殘留水有冰凍的可能。此時，可以等噴頭內(nèi)水滴盡后再進行低溫工況；可以將噴頭取下，水會隨即流盡；可以利用壓縮空氣將水管內(nèi)水吹排出。

通過泵將水箱內(nèi)水送至水管及噴頭，用于模擬降雨。泵同樣通過變頻器控制泵的轉(zhuǎn)速，進而可以實現(xiàn)不同的降雨強度。氣候室管路系統(tǒng)設(shè)置有翻斗型雨量傳感器，可以測量管路內(nèi)水流量。通過實驗可以確認(rèn)降雨強度與流量的關(guān)系，可通過設(shè)置不同的流量實現(xiàn)不同的降雨強度。

水流量的調(diào)節(jié)主要是通過水泵變頻。水泵變頻調(diào)節(jié)水流量的原理如圖2 所示。在計算機的控制軟件中輸入變頻器頻率值，數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)將該數(shù)字信號傳入變頻器的控制端，可調(diào)節(jié)水泵電機的頻率和水泵的轉(zhuǎn)速，進而達到調(diào)節(jié)水流量的目的。

1.5 降雪模擬

人工倉的飄雪機采用高新前沿技術(shù)，核心配件采用美國進口配件，保證內(nèi)機在運行中不漏氟、不跑氣，且采用世界一流品牌的壓縮機，性能穩(wěn)定，堅固耐用[3]。此外，PLC 可視化操作界面方便了操作控制，設(shè)備運行參數(shù)實時在線顯示，飄雪過程可全程控制，設(shè)備可連接電腦，實現(xiàn)遠程控制，整個飄雪過程自動進行。可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)速大小改變飄雪面積，調(diào)節(jié)電纜覆雪長度，另外，可利用風(fēng)力大小或制冰系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)雪花大小。本設(shè)備設(shè)有完善的保溫系統(tǒng)，有水盒自動加熱系統(tǒng)、進水自動保溫系統(tǒng)、低溫自動保護系統(tǒng)（水盒里水溫度下降到零度以下時，設(shè)備停止運行并自動報警）。飄雪機分為室內(nèi)機和室外機，外形如圖3 所示。降雪機內(nèi)水管和水槽裝有電加熱裝置，室溫低于零下時會自動加熱，防止水結(jié)冰，此時須保證降雪機處于通電狀態(tài)。

圖2 水流量調(diào)節(jié)圖

圖3 飄雪機室內(nèi)外機

2 結(jié) 論

作為直接服務(wù)于用戶的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，配電網(wǎng)在極端天氣情況下的正常運行，對保障人們生產(chǎn)生活、抵御災(zāi)害事故、推動社會發(fā)展具有重要意義。因此，配電網(wǎng)的災(zāi)害應(yīng)對能力受到了人們的廣泛關(guān)注。尤其沿海地區(qū)，極易受極端天氣影響，因此迫切需要一種能用于電網(wǎng)設(shè)備材料檢測的典型極端氣候模擬設(shè)施。本文研究了一種可以模擬光照強度、溫度、濕度、風(fēng)速、降雨及降雪等氣候現(xiàn)象的高精度冷熱恒溫設(shè)備，通過控制設(shè)備可模擬出不同強度的極端環(huán)境，滿足電纜在不同環(huán)境下的性能測試要求，提升電力設(shè)備的材質(zhì)要求，為電網(wǎng)穩(wěn)定運行打下了堅實基礎(chǔ)。