智能电网数字化变电站智能组件箱应用研究

向 平，王坤华

(重庆电力高等专科学校，重庆400053)

0 引言

随着智能电网的建设，控制设备将大量安装于户外。户外电气设备因潮湿、结露、温度过高(低)而引发的各类事故几率增加，保障高效的自动化作业的环境问题显得日趋突出。

目前，变电站中户外智能设备的运行环境，通常为强制性通风方式，进出风口处设置了一层空气过滤网，但这种运行方式无法适应重庆地区湿度大、酸雨重，特别是夏季高温的恶劣气候环境。

1 智能电网数字化变电站智能组件箱方案介绍

根据设计要求，智能组件箱环境条件见表1，电气控制部分描述见图1，结合图1描述智能组件箱技术要求见表2。

表1 智能组件箱外环境条件

图1 智能组件箱电气控制图

表2 智能组件箱技术要求

技术要求通讯功能 能用以太网进行数据远程传输。功能做温、湿度以及振动数据判断，发出故障以及报警信号。①当压缩机工作一段时间后，温、湿度未发生变化，发出故障以及报警信号。②当加热器工作一段时间后，温度未发生变化，发出故障以及报警信号。③当振动值超过规定值时，发出故障以及报警信号。以上报警上位机作报警提示和历史记录功能;GUI用户程序和界面可以根据使用要求定制;温度、湿度数据的实时显示及保存功能(主要有压缩机、加热器正常启动的启、停值，压缩机运行、停止时间);且绘制温度、湿度曲线。设备运行的震动数据实时显示及保存功能，且绘制震动曲线。智能组件箱运行参数修改功能(主要有压缩机、加热器启动的启、停值及各种报警的报警值)。数据修改 可以在PLC修改，也可以在上位机修改。运行要求 运行时，实时读取运行数据，实时发出故障及报警信号。其它要求 对装置内运行参数实时读取、打印与修改。上位机及PLC功能

2 箱体部分描述

2.1 结构部分

由于该装置户外安装，在装置的结构中，箱体采用双层结构，其层间采用具有高防火性能的复合硅酸铝镁保温材料进行保温，如图2所示。其中，箱体的顶部采用双层保温措施，第一层由保温材料隔热，第二层有空气隔热。设备材料采用高强度的0Cr18Ni9不锈钢板材。其中，箱体外层采用0Cr18Ni9/δ2 ，内层采用 0Cr18Ni9/δ1.5 ，安装龙骨采用 0Cr18Ni9/δ3 ，设备机座采用 0Cr18Ni9/δ3 。该材料具有防腐、防水、防潮功能，且韧性好，易于造型设计、折弯加工和焊接性能强等特点。

图2 智能恒温组件箱结构图

根据设备的使用功能，将设备的内箱设计成三 个工作单元。其中，接线单元与6U单元由安装龙骨隔断，气流贯通，恒温设备单元由保温层隔断，每个单元均有各自独立的安装通道与门，各单元的型腔尺寸根据箱内电气硬件的外形尺寸，电气设备及元件安装时所需的安全距离来确定。为防止內箱的能量损失，在门与门框密封的设计中，采用德国进口的气囊式门框密封条，关闭门时，压迫气囊变形，使变形的气囊紧贴于箱门的内侧，从而达到门框与门密封的目的。为防止雨水的渗入，在外箱体与箱盖、箱体门框与箱门的密闭结构中，采用防雨结构设计(见图2中的A、B局部放大图)。制冷系统的冷凝水，通过不锈钢软管接到装置外。

由于结构的限制，恒温设备单元的工业空调属于悬背式安装，不利于设备的减震，为了最大限度的消除空调运行带来的震动，在空调的底部加装有减震吸收调节器，震动通过减震吸收调节器传至设备基础，从而削弱震动危害(见图2中的C局部放大图)。

6U单元的设备安装可实现以下两种方式:

(1)可接受标准6U电气设备的嵌入式安装;

(2)可接受抽屉式电气设备安装。

当需要更改电气设备的安装方式时，只需在安装横担上拆、装滑轨，就可以实现两种安装方式的互换。

2.2 恒温部分计算

2.2.1 设备所需总热负荷

式中;Qjr——设备结构温差传热量;Qfr——附加热负荷;Qgr——设备工作腔容积空气热负荷;Qyr——电气硬件安装功率或散热量。

计算得:Qzr=610 W。

2.2.2 设备所需总冷负荷

式中:Qjl——设备结构温差传冷量;Qfl——附加冷负荷;Qql——设备工作腔容积空气冷负荷，Qyl——电气硬件安装功率或散热量。

计算得:Qzl=2111.94 W。

根据以上冷、热负荷计算，选用工业空调的型号为:

①型 号——FK2500B;②制冷量——2500W;③制热量——700W;④加热器——PVC形式加热;⑤风机内循环——2500r/min;⑥风机外循环——1200r/min⑦重量:75kg。

智能恒温组件箱外形尺寸:长×宽×高=1810×860×1760，重量:495kg(含空调重量)。

3 自然环境温、湿度参数与通风式组件箱(1#机)与智能组件箱(2#机)运行参数比对

3.1 自然环境温、湿度数据(采集时间:2010年8月16日)

3.2 箱内温度比对(数据采集时间:2010年8月16日)

3.3 箱内湿度比对(数据采集时间:2010年8月16日)

3.4 2#机箱内震动曲线(数据采集时间:2010年8月16日)

3.5 智能组件箱温度、湿度、振动运行综合曲线

根据上位机截图的智能组件箱的温度、湿度、振动综合曲线图示反映，温度、湿度、振动三条工作曲线的峰值均在压缩机的运行时刻发生较大的变化，其中，湿度曲线下降最明显，温度曲线下降平缓，两峰值之间为压缩机停机的时间段，总体来讲，智能组件箱内的环境运行曲线处于平稳状态。

3.6 采集数据比对结果

3.6.1 温度参数

(1)通风式组件箱的箱内温度曲线受外界环境温度的影响很大(箱内温度曲线值与环境温度当日采集的数据相同);

(2)智能恒温组件箱箱内温度曲线波动很小，始终控制在一定的范围以内，仅仅在压缩机的启、停过程中发生变化。

3.6.2 湿度参数

(1)通风式组件箱的箱内湿度与环境湿度一样;

(2)智能恒温组件箱箱内湿度曲线波动很小，始终控制在一定的范围以内，仅仅在压缩机的启、停过程中发生变化。

3.6.3 振动比对

(1)通风式组件箱的箱内振动值为零(箱内未安装振动检测一次仪表，理论上讲，轴流风机的运行也会产生一定的振动，但不会出现振动峰值);

(2)智能恒温组件箱箱内振动峰值仅仅出现在压缩机的启动时刻，但压缩机的振动能量不会危及到箱内电气元件的螺纹连接。

4 结论

2010年8月至9月，在重庆市电力科学研究院对通风式组件箱与智能恒温组件箱进行为期二个月的运行跟踪与数据监测，通过数据比对，通风式组件箱不能消除箱内的高温与高湿，不适应重庆地区的环境条件。

综上所述，智能恒温组件箱的各项技术指标基本达到设计要求，因此，采用智能恒温组件箱，更能适应重庆地区智能变电站的建设与改造。

［1］曾志诚.城市冷、暖、汽三联供手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1995.

［2］俞炳丰.中央空调新技术及其应用［J］.北京:化学工业出版社2005.