智能化變電站室外匯控柜溫控方案

趙昊然　費傳鶴　侯川　項治國　龔文靜

[摘? ? 要]隨著我國經濟快速發展，我國的智能化系統也在逐漸進步，智能化變電站的室外機柜在進行溫度控制時，方案也呈現多樣化的趨勢。文章從主動散熱的角度進行探討，對于當前主流的幾種室外機柜溫度控制方法進行系統性的對比，通過對相關問題的研究，希望為當前智能化變電站室外匯控柜溫控方案提出較好解決措施，進而解決由于設備溫度過高而引起整體系統發生問題，通過對相關問題提出針對性解決措施為同行提供參考。

[關鍵詞]智能化變電站;室外匯控柜;溫度控制

[中圖分類號]TM63 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）09–00–02

[Abstract]With the rapid development of China's economy， China's intelligent system is also gradually improving. When the intelligent substation carries out temperature control in the outdoor cabinet， the scheme also shows a diversified trend. This paper discusses from the perspective of active heat dissipation， systematically compares several current mainstream outdoor cabinet temperature control methods， and hopes to put forward better solutions for the current temperature control scheme of foreign exchange control cabinet in intelligent substation room through the research on relevant problems， so as to solve the problems of the overall system caused by too high equipment temperature， Propose targeted solutions to relevant problems to provide reference for peers.

[Keywords]intelligent substation; outdoor centralized control cabinet; temperature control

隨著我國經濟的快速發展，我國智能化變電站發展越來越迅速，在我國多地紛紛投產建成智能變電站。智能變電站的發展已經成為當下電力行業的主流趨勢，是進一步推動我國電力行業有效發展的重要途徑，也是今后變電站構建的一種未來趨勢。但當前智能變電站仍存在很多技術性問題。當前智能變電站中重要的問題之一就是對于室外匯控柜防高溫控制。如果這一關鍵技術問題沒有得到解決，智能變電站就不能有效推動推廣至我國各地。當前我國大多數變電站在進行設計時，并沒有將室外匯控柜防高溫措施有效地納入當前設計總體方案中，甚至很多設計人員在進行方案規劃時，并沒有將室外柜的高溫問題進行全盤歸納，納入整體設計方案中。我國快速發展，氣候也在不斷變化，全球氣候也正在變暖。我國福源遼闊，各地區氣候均不相同，而近年來氣候不斷惡劣，很多南方地區在夏季時，平均溫度已經超過40 ℃。由于變電站的室外匯控柜長期處于露天狀態，并且沒有相關遮陽設施。由于長期陽光暴曬，使得柜內熱度無法得到有效散發。整體設備通過防水、防腐蝕、防沙塵的處防護措施，并且長期處于完全封閉的形態，設備中的熱量不能有效散發到外界。室外柜中的設備，其電路較多，并且很多終端設備以及數據單元通過光纖設備進行連接，進行程序運行時，其整體發熱量常年較大，所以室外匯控柜的溫度比起外界溫度要高很多。通過檢測人員的調查發現，在某些南方地區夏季溫度最高時，變電站內的匯控柜室內溫度最高可以達到80 ℃以上。但通常室外匯控柜設備工作溫度要穩定在-20～60 ℃，這樣設備才能正常運轉。環境溫度過高會使得機器不能正常運轉，超出當前設備所能承受的最高溫度。而變電站的室外匯控柜存在超負荷運轉時，會使得整體電路發生老化，各個元器件性能降低，對整個變電站系統的穩定性造成了威脅，嚴重情況下可能會導致變電站發生故障，對于電網的安全平穩發電造成極大的消極影響。所以變電站室外匯控柜的溫度控制時，需要給予高度重視，避免因為溫度問題而導致不能平穩安全發電。

1 智能變電站室外匯控柜溫控現狀

當前智能變電站室外匯控柜主要的控制溫度的元件組分為兩部分，其中一部分是隔熱系統。它可以通過隔熱材料將整體結構進行有效隔熱，將外界環境的熱量有效隔絕，從而確保內部溫度的降低。進行表面材料使用時，通常會采用陽光反射率較高的材料，并且整體機箱的材料選用導熱率低的材料。如果外部機箱有太陽直射的地方，可以采用雙層隔熱結構，對太陽光進行有效隔離。另一種方法是主動散熱。主動散熱采用風冷，而風冷又分為直接風冷方法和間接風冷方法。這種散熱方法使得機箱內的熱量有效發散。主動散熱可以將內部熱量運輸到外界環境中，從而達到變電站室外匯控柜溫度下降的目的。本文主要從當前主動散熱的技術出發，對主流的室外機柜溫控措施進行有效分析與比較，并結合當前智能變電站的實際情況，來進行方案制定，從而徹底解決變電站的室外匯控柜溫度問題。

2 室外匯控柜溫度控制解決措施

2.1 機柜空調器單一溫控方案

機柜空調器單一溫控技術，是指在戶外的匯控柜上安裝空調器，從而實現對室外匯控柜的降溫目的。機柜空調器主要由冷凝器、制冷裝置、溫度控制器、蒸發裝置、鼓風機等多個零部件構成。在采用機柜空調器控制時，蒸發器一般位于機箱內部;冷凝裝置則在外部蒸發器中，制冷物質在鼓風機的作用下被吹入壓縮機中。容易沸騰的制冷液再進入壓縮機后，由于物理變化會變成液態材料。在進行制冷時，溫度逐漸上升，當不斷超過機柜內的溫度時，熱量則通過冷凝裝置向周圍空間進行熱量發散。冷凝劑通過毛細管裝置進入后續的蒸發裝置中，從而將機箱內的全部熱量轉化為氣態，然后壓縮機將裝置內的空氣吸入腔體內，排到外界。蒸發出的熱量在匯控柜內不斷循環，反復制冷，最終實現匯控柜內的溫度降低的目的。機柜空調器傳輸效率較高，其可以將空氣中的水汽以及腐蝕性氣體，阻隔到匯控柜外部，保證了內部熱量降低，整體設備在運行時不會出現熱量問題。其次，換熱器在進行熱量交換時，運輸效率較高，可以將內部熱量進行運輸。并且整體結構堅固，可以將外部的灰塵以及污漬有效防護，抗腐蝕效果比較好。進行機柜空調器安裝時，整體安裝過程簡單，并且整體使用的冷卻液環保節能。通過搭配監控系統，可以對當前工作設備內的溫度進行實時監控，當發生問題時，可以及時控制，有效提升了匯控柜溫度控制的安全性以及準確性。但機柜空調器還存在很多問題，比如，設備運行時能量消耗較大，且設備造價較高，很多變電站不能大規模使用。

2.2 風扇單一溫控方案

風扇單一溫控方案是在機柜的某些部位進行開孔處理，安裝外部風扇。通過運行風扇將匯控柜內部的空氣排入環境中，將環境中的冷空氣流入機柜內，進而實現匯控柜溫度降低的目的。這種降溫特點有很多優勢，降溫方式簡單，功耗較低，在安裝時也比較容易。這種溫度控制方案缺點也十分明顯，由于風扇的準確性與可靠性相對較差，風扇的長期旋轉不能對匯控柜溫度下降做到立竿見影的效果，所以導致維修成本進一步增高，設備運行存在的風險也較多。此外由于匯控柜內的空氣可以與外界空氣進行直接交換，風扇并不能隔絕掉外部空氣中的水汽以及其他雜質氣體，隨著設備的長期運轉，會導致匯控柜內的灰層集聚，并且由于其他腐蝕物會對內部元件造成腐蝕，加速匯控柜內設備的老化，使得變電站內的設備整體性能下降，從而不能達到穩定發電的效果。

2.3 機柜空調器+熱交換器的溫度控制

機柜空調器+熱交換器，這種溫度控制原理是將機柜空調器與熱交換器進行充分配合，從而實現匯控柜內溫度全面降低的目的。設計的總體思路，通過將有規律的冷空氣進行有效利用，通過熱交換來實現匯控柜內部溫度降低的目的。這種溫度控制方案是將匯控柜外的新鮮空氣進行利用，在與匯控柜內的空氣進行熱量交換后，再次反送至匯控柜內部，柜內的空氣與外界環境不產生直接交換，從而達到了隔絕水汽以及其他腐蝕性氣體的作用，進一步增強了設備的運行穩定性。通過智能設備的有效控制，使得熱交換器與機柜空調器進行有效聯動，通過信息設備來檢驗當前匯控柜外部的實際溫度，當外界新風的含量不能排出當前匯控柜內的熱量時，空調器就會自動打開，從而穩定匯控柜內的工作溫度保持在正常范圍中。

通過智能設備的配合，當前這種控制方案在正常工作狀態時可以將溫度控制在合理的區間范圍內。當熱交換器開始運行時，相關設備會按照當前實際情況來進行運轉，從而達到熱量交換的目的。如果此時匯控柜內的實際溫度逐漸升高，當溫度達到設定的閾值時，匯控柜內的空調器就會運轉，進行熱量交換以及空調制冷。溫度到達合適溫度時，匯控柜內的空調器則會停止運轉，從而穩定當前溫度，保持在合適的工作范圍內。只要設備外的溫度始終維持一定范圍熱交換器就會一直運轉，保證當前匯控柜內的實際溫度保持在合理的工作區間內，并且穩定運行。

當前這種溫度交換系統通過兩套工作裝置來進一步提高溫度控制的準確性與穩定性。對于不同的設備，兩套智能系統可以單獨工作，并且在溫度出現變化時也可以同時進行。這兩套系統在進行工作時比起單一的溫度控制調節來看，節約電能提高40%，使得機柜空調器的工作時間有效加長，并且將設備使用壽命進一步延長，降低了企業維護相關設備的費用。并且智能設備可以通過遠程監控來實現對于設備的控制，可以及時發現相關問題。這兩套系統對匯控柜可以進行全面控制，阻止了外界環境的腐蝕和水汽，進一步提高機柜內部的工作穩定性，隔絕了各種污染。

2.4 機柜空調+風扇的溫度控制措施

這種控制方案是指在匯控柜的內部，采取機柜空調裝置與風扇裝置有效結合的方式來實現溫度降低。這種溫度控制方式將風扇作為溫度降低的輔助裝置，在空調發生設備故障或者外部溫度較高情況時，來輔助內部空調器的運作。當外界溫度比較低的時候，讓機箱內的空調停止運轉，通過風扇來實現匯控柜內部與外部環境的空氣發生對流，從而將機柜內的熱量有效排出到環境中，將環境中的冷空氣注入到機箱中，從而實現溫度降低。通過風扇與機柜空調的有效聯動，實現機箱內空調器的自動調節，外界溫度出現波動時，匯控柜內的溫度仍處于正常工作范圍中。這種溫度控制方案成本較低，并且節約能量，維護費用較低。然而這種控制措施缺點較為明顯，在進行空氣對流時對于匯控柜內元器件會造成腐蝕，設備性能下降速度快。

3 結束語

綜上所述，多種匯控柜方案的比較來看，機柜空調+熱交換器與機柜空調+風扇，這兩種溫度控制方案比其他的降溫方案明顯有較大優勢，可以有效提升當前能源控制效率，以及控制能量消耗，進一步提升設備壽命，從而使得匯控柜能夠可靠運行，進一步提升發電質量，從而為企業獲得更好的經濟收益。

參考文獻

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