智能变电站户外二次设备环境适应性技术方案研究

石国良 范 岩 黄 珊

(中国电力技术装备有限公司郑州电力设计院，河南 郑州 450000)

智能变电站户外二次设备环境适应性技术方案研究

石国良 范 岩 黄 珊

(中国电力技术装备有限公司郑州电力设计院，河南 郑州 450000)

围绕“模块化建设”的核心理念，分析了常见温控方案的优缺点，并结合天津宝北500 kV变电站工程实例，提出采用集中式环境控制技术，经实践证明，该方案能够较好的完成温湿度控制，达到保证二次设备及电网的安全运行目的。

二次智能设备，环境自适应，集中式环境控制，温控系统

0 引言

中国的国土幅员辽阔，气候特征气象万千，不同地域的环境条件差异很大。比如说中国北方冬天气温严寒，中国南方夏季高温日照灼热，西部的沙尘，东南部的潮湿和台风加强降雨等。另外空气中的污染物，像酸雨、盐雾、工业粉尘，以及电磁干扰，时刻都会对户外设备带来有害影响。

为了提高智能变电站户外二次设备对运行环境的适应能力，智能控制柜应有如下功能要求：

1)控温功能；2)除湿功能；3)屏蔽电磁干扰功能；4)其他功能：智能控制柜柜体还应具有防水、防尘、防腐蚀、防昆虫及龋齿动物等功能。

结合天津宝北500 kV变电站工程500 kV开关及线路保护、测控、交换机、智能组件就地布置于500 kV配电区的实际情况，在比较常见的环境适应方案后，本文提出一种新的适用于该工程的500 kV预制式一体化组合设备柜的环境自适用技术方案。

1 常见温控方案分析

目前国内外在智能户外柜的环境控制上有如下3个技术模式：空调冷却技术；热交换器技术；强迫风冷技术。三个方案在设计性能、运行可靠性、生产成本、节能环保、后期维护等方面存在较大差异。

空调的优点是温控效果好，可有效的将柜内温度控制在设定温度的状态。但其缺点是价格昂贵、能耗高，不符合当前绿色环保的科技主题。且如空调发生故障，不仅现场维护困难，且由于没有冗余设计，会使柜内温控系统失效，产生重大安全隐患。

热交换器技术优点：功耗相对较低，防护等级高(内外循环隔离)，柜内不易进灰，寿命相对长。缺点：成本高于风扇，噪声相对风扇偏高。特别是如果调试时空气湿度较大，则当柜门关闭后，潮湿的空气将始终在柜内循环，导致湿气无法散出柜外，当白天温度较高时，水蒸气溶解在空气中，而夜晚温度较低的情况下，潮湿的空气极易产生凝露现象，对柜内设备产生不利影响。

强迫风冷散热技术优点：功耗较低，多个风扇可以互相备份，噪声相对低，结构简单，重量成本都很低。缺点：风扇一般寿命较短，2年～3年需要更换，内外循环无隔离，灰尘不易控制，需采用过滤除尘措施。

2 集中式环境适应系统

通过温控方案分析，在结合传统温控技术优点的同时，针对500 kV保护、测控、交换机、智能组件装置下放至配电区的情况，为了降低空调制冷能耗，减少环境适应系统建设投资，提高温控系统工作的可靠性，降低其维护难度，本文提出了一种新的集中式环境控制系统方案。

2.1 500 kV预制式一体化组合设备环境调控系统配置

根据本工程本期/远期规模，按照每串1套500 kV预制式一体化组合设备考虑。500 kV预制式一体化组合设备尺寸为：4 500×1 000×2 000(长×深×高)，面积为4.5 m2。发热源单位体积制冷量按250 W考虑，每面智能柜制冷量需1 125 W，考虑远期500 kV建设7串，共需制冷量7 875 W。为了提高温控系统的可靠性，本工程空调设备冗余配置2台。一台检修维护或故障退出运行时，另一台工作维持二次设备工作环境。500 kV预制式一体化组合设备环境调控系统图见图1。

考虑到主风管从空调送至智能柜中存在温度衰减，采用保温管输送的低温空气距离不能过长。根据站500 kV区域总平面，将空调机设置在第四串附近区域，如图2所示。同时，主送风管布置于电缆沟下方，拉长与沟外空气的距离，减少温度损耗，温控装置选用具有超长送风能力的空调机。

该系统主送风管采用内径为250的绝热管道，分支送风管采用内径为180的绝热管道。为了减少送风系统动压，增加送风系统静压，稳定气流及减少气流震动，本工程下送风通道配置空气静压箱。

2.2 柜体底部进风口于顶部出风口设计

科学合理的布置柜内设备并设置通风风道可以保证设备良好散热。设计提出柜内设备等高布置，如图2所示。宽度一致的设备尽量布置同一排，发热量较大的装置靠近风口。

在基于IEC61850标准构建的智能变电站中，保护、测控、智能终端、故障录波器甚至交直流电源系统都可以提供IEC61850接口，直接与变电站网络交换信息，体现了信息共享、无缝通信的特点。此种温控方案，使得智能柜密闭性能更高，使得柜内二次设备不受外界环境影响，降低空调能耗的同时，也提高了降温/升温速度。

3 500 kV预制式一体化组合设备温控系统运行控制分析

该系统空调配置有智能变频、制热除湿、湿冷及启停控制模块。由于该系统是集中式温度调节系统，可在1面智能柜外装设温度，在各个智能柜内分别装设湿度传感器。本工程在中间串(第四串)柜顶设置温度传感器，在3面柜内分别装设温湿度传感器。

设定柜内正常温度范围：t1～t2(t1

工作模式有：

1)传感器A(1，2，3)检测到柜内温度t1

2)传感器A(1，2，3)检测到柜内温度Tmin

3)传感器A(1,2,3)检测到柜内温度Tmax>t2，空调工作在制冷模式，向智能柜内输送低温空气，降低柜内环境温度；

4)传感器B(1，2，3)检测到柜内湿度W>w2，空调工作在除湿模式。

正常情况下，2台空调互为备用，仅1台空调工作，实现环境调节。当出现温度过高，1台空调工作在30 min内不能将温度降低至设定范围值内，通过检测温度传感器的信息，控制器自动启动另外1台空调，2台空调同时工作，迅速实现柜内温度控制。

4 结语

本工程户外二次设备户外智能控制柜结合站址所在地天津渠阳站周围的环境气候条件，选择适用的温控和防潮技术方案：

1)温控方案。

针对500 kV二次设备保护测控等就地化方案，采取集中式环境控制系统。根据远期规模选择空调的制冷量，配置2台外置空调机，互为备用，通过布置于电缆沟底部的保温通风管接至各个就地控制柜。

2)风道配置方案。

空调出风口处设置空气静压箱，增大送风距离；在500 kV预制式一体化组合设备底部设置空调进风管和回风管。不再考虑柜内与外通风，柜内冷热空气自动循环，不受外界环境影响。

3)防护措施。

回风分支管设置了防火隔板，防止柜内火烟雾窜入通风主管道影响其他柜体及制冷设备。设置防凝露出风罩板，防止柜底部二次设备因距低温出风口近，而出现凝露。

以上针对智能柜的环境适用型设计方案，能够较好的完成温湿度控制，保证二次设备的正常运行，保障电网的安全运行。智能控制柜和预制舱内均配置智能温控装置，采集柜内/舱内温湿度状态、加热除湿状态信息，实现通风散热系统与环境自动联动，并具备实时监控和信息报警远传功能，实现柜内环境状态可视化。

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[2] 任万荣，李艳丽，束 娜，等.智能变电站智能控制柜温控系统选型研究[J].电工技术，2013(8)：8-10.

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[5] 余建组.电子设备热设计及分析技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

Research on environmental adaptability technology scheme of intelligent substation outer secondary equipment

Shi Guoliang Fan Yan Huang Shan

(ZhengzhouElectricPowerDesignInstitute,ChinaElectricPowerTechnology&EquipmentLimitedCompany,Zhengzhou450000,China)

Based on the core idea of “modular construction”, this paper analyzed the advantages and disadvantages of common temperature control schemes, and combining with Tianjin Baobei 500 kV substation engineering example, put forward using centralized environment temperature control technology, the practice proved that the scheme could achieve good temperature and humidity control, gained the safe operation of secondary equipment and power grid.

secondary intelligent equipment, environment self-adaptation, centralized environment control, temperature control system

1009-6825(2017)01-0149-02

2016-10-25

石国良(1990- )，男，助理工程师； 范 岩(1989- )，男，助理工程师； 黄 珊(1989- )，女，助理工程师

TM632

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