寒冷地區(qū)換流閥防凍棚電動(dòng)卷簾門控制系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.06.033

中圖分類號：TM571；TP3 文獻(xiàn)標(biāo)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(qū)的極端氣候?qū)Q流站的室外設(shè)備安全運(yùn)行提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。防凍棚作為換流站冬季運(yùn)行的重要保障設(shè)施，通過形成保溫環(huán)境，有效避免設(shè)備因低溫出現(xiàn)故障[1]。然而，目前廣泛使用的電動(dòng)卷簾門控制系統(tǒng)存在諸多問題：手動(dòng)或遙控的操作方式效率低下，無法適應(yīng)溫度動(dòng)態(tài)變化；控制精準(zhǔn)性不足，難以實(shí)現(xiàn)卷簾門開閉自動(dòng)調(diào)節(jié)；且系統(tǒng)缺乏故障監(jiān)測功能，增加了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。這些不足限制了換流站的運(yùn)行效率和智能化管理水平。錫盟換流站作為全球首個(gè)輸電容量達(dá)1000億千瓦的 ±800 千伏特高壓換流站，保障系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義。在其實(shí)際運(yùn)行中，其卷簾門控制問題導(dǎo)致的保溫性能不足和響應(yīng)滯后現(xiàn)象尤為突出。因此，針對現(xiàn)有控制系統(tǒng)存在的局限性，本文提出了一種基于PLC技術(shù)的優(yōu)化方案，通過硬件升級、自動(dòng)化控制邏輯設(shè)計(jì)及故障監(jiān)測功能強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)對卷簾門的智能控制與遠(yuǎn)程管理。

1 防凍棚電動(dòng)卷簾門現(xiàn)狀分析

1.1防凍棚功能及現(xiàn)有控制方式

防凍棚是換流站室外設(shè)備冬季防凍保護(hù)的重要設(shè)施，由不銹鋼保溫卷簾模塊與鋼結(jié)構(gòu)支撐體系組成。通過形成密閉空間產(chǎn)生保溫效果，確保設(shè)備在寒冷環(huán)境中也能正常運(yùn)行。冬季關(guān)閉卷簾門形成保溫環(huán)境，夏季開啟實(shí)現(xiàn)通風(fēng)散熱。目前，卷簾門主要通過手動(dòng)控制和就地遙控方式實(shí)現(xiàn)開閉。手動(dòng)控制需運(yùn)維人員到現(xiàn)場通過控制箱按鈕切換狀態(tài)；就地遙控雖提高了便利性，但仍需人員現(xiàn)場操作，限制了自動(dòng)化運(yùn)行。這些方式無法根據(jù)實(shí)時(shí)溫度動(dòng)態(tài)調(diào)整卷簾門開閉程度，難以滿足換流站高效運(yùn)行需求。

1.2存在的問題

現(xiàn)有控制方式存在以下問題：

（1）操作效率低：手動(dòng)控制需頻繁往返控制室與現(xiàn)場，尤其在極端寒冷天氣下，操作煩瑣、耗時(shí)長，不僅增加運(yùn)維負(fù)擔(dān)，還存在安全隱患。

（2）精準(zhǔn)性不足：無法根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境溫度或設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整卷簾門，難以充分發(fā)揮防凍棚保溫或散熱效果。

（3）現(xiàn)場依賴性強(qiáng)：需人員現(xiàn)場操作，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)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(jiān)測：系統(tǒng)缺乏故障報(bào)警功能，當(dāng)卷簾門異?；虺霈F(xiàn)故障時(shí)，無法及時(shí)反饋，增加運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

上述問題制約了防凍棚的高效應(yīng)用，不利于換流站智能化管理和運(yùn)行效率提升。

2 技術(shù)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

2.1目標(biāo)與原則

優(yōu)化目標(biāo)是提升防凍棚卷簾門控制系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化水平，具體包括以下四點(diǎn)：一是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測與卷簾門自動(dòng)開閉，滿足夏季通風(fēng)散熱和冬季保溫需求；二是實(shí)現(xiàn)與后臺監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，支持遠(yuǎn)程操作和故障報(bào)警，提高響應(yīng)速度；三是采用模塊化升級原則，盡量利用現(xiàn)有設(shè)備和結(jié)構(gòu)，降低改造成本；四是確保系統(tǒng)高效可靠，避免因故障導(dǎo)致設(shè)備凍結(jié)或散熱不良。

2.2硬件配置優(yōu)化

硬件優(yōu)化通過新增就地控制箱實(shí)現(xiàn)智能化控制?？刂葡渑渲靡慌_高瀾200CPU型PLC作為主控制器，負(fù)責(zé)采集傳感器數(shù)據(jù)、邏輯判斷和卷簾門控制。模擬量和數(shù)字量模塊分別采集環(huán)境和進(jìn)閥溫度及控制信號，并接收限位開關(guān)反饋，確保動(dòng)作精準(zhǔn)。電源模塊提供穩(wěn)定供電，卷簾門不同高度安裝限位開關(guān)檢測位置。這些升級在保留現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提升自動(dòng)化功能，施工便捷且高效。

2.3自動(dòng)化控制邏輯設(shè)計(jì)

控制邏輯分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式。手動(dòng)模式通過按鈕或遙控器直接操作，適用于設(shè)備調(diào)試或檢修。自動(dòng)模式以實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境和進(jìn)閥溫度為核心，通過預(yù)設(shè)參數(shù)智能控制卷簾門。夏季模式中，當(dāng)環(huán)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(jù)進(jìn)閥和環(huán)境溫度調(diào)整卷簾門開啟高度，確保適當(dāng)保溫。PLC采集溫度參數(shù)后執(zhí)行邏輯判斷并輸出控制信號，調(diào)節(jié)卷簾門至目標(biāo)位置。每個(gè)高度由限位開關(guān)反饋信號確認(rèn)，如長時(shí)間無反饋，系統(tǒng)報(bào)警提示故障[3]。

2.4安全與故障反饋

系統(tǒng)強(qiáng)化限位保護(hù)和故障報(bào)警功能。每個(gè)卷簾門配置頂部、最低點(diǎn)和中間限位開關(guān)，確保動(dòng)作精準(zhǔn)，避免過沖或未到位問題。當(dāng)控制信號有效但未收到限位反饋時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)報(bào)警，將異常信息傳至后臺，便于快速排查問題，防止設(shè)備損壞或運(yùn)行中斷。此外，邏輯設(shè)計(jì)中預(yù)留冗余保護(hù)，當(dāng)某限位開關(guān)信號丟失時(shí)，其他檢測點(diǎn)可評估設(shè)備狀態(tài)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠性。

3 施工與調(diào)試

3.1硬件安裝

硬件安裝包括控制箱、電纜、限位開關(guān)、傳感器和電動(dòng)機(jī)構(gòu)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(hù)等級，內(nèi)部配置高瀾200CPU型PLC，負(fù)責(zé)信號處理和邏輯運(yùn)算，配備8位模擬量模塊采集溫度數(shù)據(jù)及8位數(shù)字量模塊控制卷簾門啟停，同時(shí)采集限位開關(guān)信號。控制箱內(nèi)設(shè)置直流電源模塊，將220V交流電轉(zhuǎn)換為24V直流電，并加裝短路保護(hù)，確保用電安全。電纜選用耐低溫、防水型線纜，敷設(shè)在保護(hù)管內(nèi)防止機(jī)械損傷或環(huán)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(biāo)記，便于后續(xù)維護(hù)。限位開關(guān)安裝于卷簾門頂部、底部及中間關(guān)鍵位置，確保動(dòng)作到位時(shí)準(zhǔn)確反饋信號，避免因位置不當(dāng)影響運(yùn)行。安裝時(shí)保證開關(guān)與卷簾門間距合理，接線牢固無松動(dòng)。傳感器結(jié)合實(shí)際環(huán)境安裝，進(jìn)閥溫度傳感器靠近閥門確保數(shù)據(jù)真實(shí)，環(huán)境溫度傳感器安裝在避風(fēng)遮陽處減少誤差，保證傳感器與電動(dòng)機(jī)構(gòu)、限位開關(guān)協(xié)作準(zhǔn)確，避免動(dòng)作遲滯或反饋異常。

3.2軟件調(diào)試

軟件調(diào)試以PLC程序開發(fā)與驗(yàn)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(bào)警功能。邏輯設(shè)定為：環(huán)境溫度高于 35^°C 時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入夏季模式，卷簾門全開保證散熱；環(huán)境溫度低于 .5^°C 或進(jìn)閥溫度接近凍結(jié)點(diǎn)時(shí)進(jìn)入冬季模式，根據(jù)保溫需求調(diào)整開度至 20% 、 50% 、 80% 或全開。PLC通過數(shù)字量輸出控制電動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，采集限位信號驗(yàn)證完成情況，未收到反饋觸發(fā)報(bào)警。對輸入輸出信號進(jìn)行測試，驗(yàn)證傳感器能準(zhǔn)確采集環(huán)境和進(jìn)閥溫度并傳輸至PLC，限位開關(guān)信號正確傳遞并清晰穩(wěn)定。通過模擬溫度變化場景測試系統(tǒng)邏輯運(yùn)行效果，如設(shè)定環(huán)境溫度從 40^°C 降至 ?10^°C ，觀察系統(tǒng)切換模式并自動(dòng)調(diào)整卷簾門狀態(tài)。模擬限位開關(guān)異?；螂妱?dòng)機(jī)構(gòu)失效時(shí)，測試報(bào)警功能是否及時(shí)觸發(fā)并上傳至后臺。

3.3系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中驗(yàn)證硬件與軟件整合性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。連接所有硬件至后臺監(jiān)控平臺，檢查控制箱、PLC、傳感器、限位開關(guān)及電動(dòng)機(jī)構(gòu)間信號傳遞是否通暢。通過遠(yuǎn)程操作測試后臺對系統(tǒng)的控制能力和響應(yīng)速度。模擬溫度波動(dòng)場景，觀察模式切換是否平穩(wěn)、卷簾門開閉是否與溫度參數(shù)匹配。如環(huán)境溫度升至 40^°C 時(shí)，卷簾門應(yīng)在5s內(nèi)完全開啟；溫度降至- .15^°C 時(shí)， 2min 內(nèi)調(diào)整至 20% 保溫狀態(tài)。同時(shí)記錄限位開關(guān)反饋時(shí)間及動(dòng)作延遲（小于 200ms ）。測試系統(tǒng)對異常情況的處理能力，如模擬限位開關(guān)故障或信號丟失，觀察是否觸發(fā)報(bào)警并正確記錄故障類型，后臺監(jiān)控界面是否實(shí)時(shí)顯示設(shè)備狀態(tài)4。根據(jù)聯(lián)調(diào)結(jié)果優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)和程序邏輯，如調(diào)整卷簾門停留時(shí)間或修正溫度閾值，確保運(yùn)行更貼合實(shí)際需求。

3.4數(shù)據(jù)配置與質(zhì)量保障

施工與調(diào)試過程中的數(shù)據(jù)配置需嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求。PLC程序中的溫度閾值、開度比例及動(dòng)作延遲參數(shù)與換流站運(yùn)行環(huán)境匹配，傳感器和限位開關(guān)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備對標(biāo)，確保測量與反饋誤差不超過 ±1% 。全過程記錄電纜敷設(shè)位置、限位開關(guān)安裝點(diǎn)、傳感器校準(zhǔn)結(jié)果及聯(lián)調(diào)測試數(shù)據(jù)，匯總生成完整的施工與調(diào)試報(bào)告，為后續(xù)運(yùn)行維護(hù)提供參考。施工期間嚴(yán)格執(zhí)行安全規(guī)范，布線和設(shè)備安裝需經(jīng)專人驗(yàn)收，確保接線正確、設(shè)備固定穩(wěn)固。調(diào)試環(huán)節(jié)安排技術(shù)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止誤操作導(dǎo)致設(shè)備損壞或安全隱患。最終根據(jù)動(dòng)作精準(zhǔn)性、響應(yīng)靈敏性及運(yùn)行穩(wěn)定性三大指標(biāo)驗(yàn)收整體改造效果，確保系統(tǒng)完全達(dá)成優(yōu)化目標(biāo)。

4 優(yōu)化效果分析

4.1操作效率顯著提升

系統(tǒng)通過引入PLC控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，減少了運(yùn)行人員現(xiàn)場操作的需求。傳統(tǒng)模式下，卷簾門開閉依賴人工，尤其在冬季效率低下，耗時(shí)費(fèi)力。優(yōu)化后，系統(tǒng)支持后臺遠(yuǎn)程操作，響應(yīng)迅速，無須人員到場，大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度。系統(tǒng)還能根據(jù)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)卷簾門狀態(tài)，減少人工干預(yù)，整體運(yùn)行效率顯著提高。

4.2精準(zhǔn)控制效果明顯

依托實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測和PLC邏輯判斷，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了卷簾門狀態(tài)的精準(zhǔn)控制。根據(jù)環(huán)境與進(jìn)閥溫度自動(dòng)判斷模式，并按需調(diào)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(guān)的多點(diǎn)反饋設(shè)計(jì)確保每次動(dòng)作精準(zhǔn)到位，避免誤操作。相比傳統(tǒng)單一開關(guān)模式，優(yōu)化后的系統(tǒng)在適應(yīng)性和控制精度上提升顯著，保障了運(yùn)行安全性與能效。

4.3安全性大幅提升

優(yōu)化設(shè)計(jì)加強(qiáng)了限位保護(hù)和故障報(bào)警功能，有效降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。卷簾門頂部、底部及中間安裝限位開關(guān)，確保動(dòng)作精準(zhǔn)到位，避免設(shè)備凍結(jié)或散熱不良。系統(tǒng)集成故障監(jiān)測功能，未收到限位反饋時(shí)觸發(fā)報(bào)警并通知后臺，便于快速處理問題。設(shè)計(jì)中預(yù)留冗余保護(hù)，部分傳感器或限位開關(guān)失效時(shí)，系統(tǒng)仍可通過其他信號評估和控制，確保穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4智能化管理能力提升

優(yōu)化后的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與后臺監(jiān)控平臺無縫對接，大幅提升智能化管理水平。運(yùn)行人員可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看溫度、卷簾門位置及故障信息，提升管理效率。系統(tǒng)支持全天候無人值守運(yùn)行，降低現(xiàn)場工作量，為換流站智能化運(yùn)維奠定基礎(chǔ)。靈活的控制邏輯可根據(jù)不同需求調(diào)整溫度閾值，適應(yīng)復(fù)雜氣候和設(shè)備運(yùn)行模式，并為未來升級（如大數(shù)據(jù)和AI融合）預(yù)留接口，進(jìn)一步提升系統(tǒng)應(yīng)用潛力。

5 結(jié)束語

換流站在特高壓輸電系統(tǒng)中的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，尤其是在寒冷地區(qū)，其室外設(shè)備需應(yīng)對極端氣候挑戰(zhàn)。本文所述方案通過優(yōu)化防凍棚電動(dòng)卷簾門的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了操作效率的提升、精準(zhǔn)控制的優(yōu)化、安全性保障的強(qiáng)化以及智能化管理能力的增強(qiáng)，顯著改善了換流站的運(yùn)行效果。系統(tǒng)采用自動(dòng)化控制邏輯，結(jié)合溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測和多點(diǎn)限位保護(hù)，能夠快速響應(yīng)環(huán)境變化并確保運(yùn)行安全。遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障報(bào)警功能的集成，進(jìn)一步降低了人工干預(yù)需求，為實(shí)現(xiàn)無人化運(yùn)維創(chuàng)造了條件。未來，隨著數(shù)字化和智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，可以進(jìn)一步結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，推動(dòng)換流站管理的全面升級，實(shí)現(xiàn)更加高效、安全的運(yùn)行模式。

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