典型极端天气环境的模拟技术研究

杨志义 诸晓颖

摘要：极端天气给电网的稳定运行带来重大影响，为了解及分析不同设备材料受到不同环境的影响情况，本文设计一套不同极端环境模拟技术，可以模拟光照强度、温度、湿度、风速、降雨、起雾及降雪的控制等气候现象，模拟一种理想的人工环境，通过控制设备可模拟出不同强度的极端环境，满足电缆在不同环境下的性能测试要求，提升电力设备的材质要求，为电网稳定运行打下坚实的基础。可满足相关产品的研究与测试等要求。

关键词：极端环境;环境模拟;电力设备

引言

随着国内经济的不断发展，如何在现有资源储备下保证充足的电力供应已成为产业发展与创新的重点。借助电力工程技术，建设智能电网以降低生产和输电过程中的成本和电力资源损失，确保供电效率，已成为解决发展矛盾的主要策略之一，电网工程的主要问题是如何应对雨雪的极端环境，当冰雪，雨雪，雨雪等极端环境发生时，许多省份的电力系统运行受到严重影响。输电线路，输电塔，变电站和高压开关上的冰雪凝结，导致系统短路。不堪重负的输电塔坍塌，电线断裂，导致整个电网严重受损。因此，有必要建立一套极端天气的模拟实验室，通过模拟不同的极端环境，来检测电网设备材料性能，一方面有助于事先选择合适的产品，另一方面通过对线缆或设备在不同气候下的使用状况进行监测和统计分析，可使运行人员全面掌握其工作状况，在必要时结合实际气候情况提出检修计划，避免或减少故障的发生，提高供电系统安全性、可靠性，从而促进供电企业增收节支，提高经济效益。

1不同功能的模拟

本文主要設计一种可以模拟光照强度、温度、湿度、风速、降雨、起雾及降雪的控制等气候现象的高精度的冷热恒温设备，提供一种理想的人工气候室环境，以满足客户进行相关领域的研究、测试等要求。其工作原理是在气候舱内安装温度、湿度和风速传感器等检测设备，来对温度、湿度和风速进行检测，然后将检测数据传送到控制系统并进行数据的分析处理，根据处理的结果来控制制冷、制热设备、加湿、除湿设备、淋雨设备、造雪设备和风机设备的工作状态，从而达到精确控制人工气候舱体内部的温度、湿度和风速等参数，最终实现客户对环境的需求。

1.1温度、湿度和风速控制模块

该模块由制冷机组、蒸发器、加湿器、加热管、铝合金风道、空调风机等实现室内制冷和升温，由温控仪控制加热管对室内加热，双方通过无超调PID算法共同完成室内温度的精确控制，并通过控制设备完成对加热、压机和风机的手动或自动控制。由加湿、除湿器配合控制实现试验室湿度控制。

型式试验室风道设计为左右水平风，两侧为中央离散风口（送风道及回风道放置于实验室的顶部，采用吊装结构）、回风为单面风口的形式，进风和回风共用风机的设计，构成闭环风路以确保试验室温湿度控制。采用制冷机组、蒸发器、空调风机通过铝合金回风道实现型式试验室室内温度制冷。采用2组SR93系列的带无超调PID算法的温控表，通过温控表分别控制不锈钢加热管进行加热，并与制冷设备联合实现0～60℃的温度控测范围及不低于±0.5℃的控制精度;温度、湿度、制冷的控制主要由PLC控制器进行调节控制。

风数模拟由变频风机完成，风机风量不低于8000m³/h.机通过变频器可以控制风机转速。可模拟实验室风速0～7.5m/s（连续可调）。

1.2降雨降雪和起雾模块

降雨功能较为简单，实验室配有变频水泵和储水箱、水管及回水槽。回水槽由水管接入储水箱，水管出口有过滤器。变频泵采用变频器可以控制流量，如此可以控制降雨的强弱。实验室内水管布置在实验室顶部，均匀分布，水管下方接有喷淋头。模拟降雨时，雨滴由地面四周回水槽到储水箱。

造雪的原理是来自水泵的高压水与来自空气压缩机的高压空气在双流喷嘴处混合形成细水雾，利用压缩空气体积膨胀带走热量和室内冷却空气冷却形成降雪。空气压缩机用来产生压缩空气，变频水泵提供水量，将压缩空气和水流提供给双流喷嘴箱，喷嘴箱产生细颗粒水雾（平均粒径20微米），在冷空气下形成降雪。

喷嘴箱内含有多个双流喷嘴，双流喷嘴含有气路接口和水路接口。压缩空气和水流在喷嘴口混合喷出，压缩空气将水流打碎，形成细小颗粒水雾，双流喷嘴结构可见下图1：

1.3光照模拟模块

采用短弧氙灯加滤光片模拟太阳光。此种短弧氙灯可发出接近太阳光的全光谱的灯光，配合滤光片可模拟太阳光。此种灯电流可以调节，可以控制等输出，可控制光照强度1500～6000全光谱卤素太阳灯连续可调，短弧氙灯较卤素灯而言模拟太阳光效果更佳。氙灯的成本比卤素灯高，但性能优越，亮度、色温和耐用等方面氙灯都比卤素灯好。

通过以上功能的模拟，基本能模拟出不同的极端环境，详细功能如表1所示。

2结束语

作为直接服务于用户的关键环节，配电网在极端天气情况下的正常运行，对保障人们生产生活、抵御灾害事故、推动社会发展具有重要意义，配电网的灾害应对能力由此受到了广泛的关注。尤其沿海地区，极容易受极端天气影响，因此迫切需要一种能用于电网设备材料检测的典型极端气候模拟设施，本文研究了一种可以模拟出光照强度、温度、湿度、风速、降雨及降雪等气候现象的高精度冷热恒温设备，通过控制设备可模拟出不同强度的极端环境，满足电缆在不同环境下的性能测试要求，提升电力设备的材质要求，为电网稳定运行打下坚实的基础。