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(jì)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(bào)、實(shí)時(shí)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(xiàng)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(shí)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(jì);

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(shí)現(xiàn)了跨越式增長，并將在未來較長的一段時(shí)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(huì)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(huì)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(shí)候，柜體內(nèi)部的電氣設(shè)備、線纜會(huì)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(huì)降低高壓的空氣擊穿距離，高壓的空氣擊穿距離會(huì)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(xiǎn)性大大提高，不僅對設(shè)備造成很大的損害還會(huì)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(huì)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(huì)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(shí)，電纜會(huì)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(huì)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(huì)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(dòng)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(shí)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(shí)，首先會(huì)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(dòng)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(shí)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(shí)，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(huì)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(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境溫度，當(dāng)溫度過高時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警命令，并通過啟動(dòng)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(shí)，及時(shí)通過啟動(dòng)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(shí)防止溫度過低而導(dǎo)致變電站內(nèi)的設(shè)備無法啟動(dòng)或損壞等情況的發(fā)生。

3系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)

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(jì)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€(gè)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(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測：可實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)溫度、濕度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。（2）自動(dòng)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(dòng)自動(dòng)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(shí)除濕功能：可設(shè)定啟停時(shí)間，每日將在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定時(shí)除濕功能，同時(shí)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(jià)值和很大的實(shí)用價(jià)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(shí)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(bào)警功能。

4 總結(jié)

對配網(wǎng)主動(dòng)搶修關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目的成功實(shí)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。