箱柜内部一体化环境综合监测及智能调节系统应用

王海鹏 胡多 邢明路

摘要：本文通过对户外箱、柜建模仿真研究，差异化提出各类箱柜的最优设计方案，以提高整体防护水平;运用科技手段远程智能监控，达到环境预报、实时诊断、自我防护的目的，全面替代人工巡视，大幅提升户外箱、柜综合防护水平及运行可靠性。项目研究成果可大大提高箱柜的防护等级及运行可靠性，实现箱柜远程智能监控，提升设备运维检修的便捷性。

关键字：户外控制柜;智能系统;硬件设计;

0引言

随着我国工业经济的快速发展，电力需求高速增长，国家电网规模实现了跨越式增长，并将在未来较长的一段时期内持续高速发展。电力设备状态对电网运行安全至关重要，一旦电力设备发生故障，会造成不同程度的经济损失和严重后果。而停电造成的直接电量损失、间接损失和社会损失更大，所以就需要运用高科技手段提供可靠的远程监控手段。

1户外控制柜环境分析

智能变电站普遍采用过程层设备就地布置的形式，合并单元、智能终端以及在线监测装置安装于户外智能控制柜中，面临高温度、高湿度、强电磁干扰等恶劣运行环境的挑战。

中国的国土幅员辽阔，气候特征多样，不同地域的环境条件、空气中的污染物，像酸雨、盐雾、工业粉尘，以及电磁干扰程度也有较大的差异，因此需要结合地区环境，因地制宜地开展户外智能控制柜的环境适应性研究。

戶外控制柜柜内环境异常的时候，柜体内部的电气设备、线缆会发生很多不可预知的问题。在柜体内部高湿度的环境下电气元器件容易产生锈蚀和霉菌，在温度降低的情况下，水蒸气经常容易凝结附着在设备的表面，尤其是金属材质的设备，这样非常容易造成短路情况;湿度变大后，会降低高压的空气击穿距离，高压的空气击穿距离会大大缩短，这样高压设备中的三相电之间容易与地产生击穿放电的危险性大大提高，不仅对设备造成很大的损害还会影响到电网其他设备的正常运行;电气绝缘降低，某些材质在高湿度的环境下绝缘能力会变差，容易发生短路，影响电器元件使用功能和寿命，并且电气设备严重受潮、凝露后容易会造成绝缘下降或电气击穿事故从而对输电线路造成影响。环境异常对柜内设备线缆等造成的影响是巨大的。比如在线缆受潮的情况下，当通电运行时，电缆会在电缆屏蔽层剥取部分即电缆热缩附件产生强电场，由于电泳效应，在电缆附件周围的潮湿空气中的水及灰尘等微小颗粒会在电场的作用下定向移运靠近运行电缆，大部分虽然被热缩附件阻挡，但仍有一部分会通过附件及绝缘层的微孔进入电缆附件及电缆绝缘层内部。大量的水和灰尘颗粒吸附在电缆绝缘层外表面凝结后的水珠介电常数很高，造成该点电缆绝缘层的绝缘电阻的急剧下降;如果水珠进一步扩大，运动则容易激发电缆绝缘层表面放电，降低电缆绝缘，使得电缆局部放电发热，使电压沿面分配不均匀，长时间运行使绝缘层表面过热，局部绝缘碳化形成漏电痕迹，及常见的“水树枝”，最终导致电缆表面沿面放电击。再有就是潮湿空气进入电机等设备时，首先会降低绕组绝缘材料的绝缘及导热性能，对转子及定子上的金属器件造成锈蚀，轴承、支座等转动部件受潮后性能改变，容易导致电机机械性能出现问题。

2系统工作原理

基于智能变电站户外控制柜环境调节一体化装置采用半导体制冷技术、热管换热技术和智能控制技术。工作时半导体制冷器使冷凝器温度降低，当利用风扇形成的循环气流通过冷凝器时，湿空气中所含水分在冷凝器表面凝结聚集，滴入集水槽并经管道排至密封空间外部，从而达到降低电气设备内部空间湿度目的。半导体制冷技术，制冷片为核心部件，冷端产生非常低的温度，形成凝水面，使空气中水分冷凝在凝水面，并通过排水孔排出箱外。由于柜内水分不断减少排出箱外，空气中湿度显著下降。即使环境温度变化，由于柜内空气中水分非常少，也不会再产生凝露，从根本上解决了湿度高的问题。智能温度环境调节。温度传感器实时监测环境温度，当温度过高时，及时发出报警命令，并通过启动半导体制冷器和风扇，将环境温度降低在合理的范围内。当温度过低时，及时通过启动加热器和风扇，将环境温度加热到合理的范围内，避免温度过低出现凝露，导致除湿无法工作。同时防止温度过低而导致变电站内的设备无法启动或损坏等情况的发生。

3系统总体方案及硬件设计

基于智能变电站户外控制柜环境调节一体化装置的技术设计主要由湿度传感器模块、温度传感器模块、通信模块、环境参数调节模块、处理器单元以及上位机软件组成。系统框图如图1所示。传感器模块主要是分为湿度传感器和温度传感器，以及相应的电路，主要功能是获取当前环境的湿度参数、温度参数;通信模块主要负责将当前环境参数上送至中控室，并根据中控室指令对装置进行一系列的操作;环境参数调节模块包括风扇模块、加热模块及半导体制冷模块，可以对现场环境进行调节;处理器单元对传感器采集的数据进行分析并控制数据上送、指令接收、指令应答等操作;上位机软件可在监控室帮助用户直接看到各个现场的环境状况、调节状况，并进行一些简单的指令操作。其主要功能如下。（1）实时环境监测：可实现柜内温度、湿度的实时在线监测。（2）自动环境调节功能：当系统检测到柜内的温度或湿度不在正常范围内，即启动自动环境调节功能，将柜内环境调整到正常范围之内，保证设备正常运行。（3）定时除湿功能：可设定启停时间，每日将在设定的时间内实现自动定时除湿功能，同时不影响其他除湿控制方式。这就为电行业除湿领域节约了成本，减少了资源浪费，具有很高的经济价值和很大的实用价值。（4） 通信功能：可将当前环境参数上送至中控室，并根据中控室指令对装置进行一系列的操作。可实现除湿工作阈值、温度工作阈值、通讯地址及波特率可调。（5）具有故障报警功能。

4 总结

对配网主动抢修关键技术研究项目的成功实施，提高配网抢修的事前预控，事中处置和事后跟踪能力，提升配网精益化管理和优质服务水平。