GIS智能控制柜温度均衡及电磁屏蔽技术研究

耿飞 刘露旋 戴本圣

摘要：用于气体绝缘金属封闭开关设备（Gas-insulated metal-enclosed switchgear，GIS）的智能控制柜内通常安装有智能终端、合并单元、测控装置、交换机等多种智能电子设备，如何保障这些智能电子设备的正常运行对于GIS设备乃至整个变电站的正常运行具有重要意义。现有GIS智能控制柜一般可以实现IP55的防尘、防水性能，但在柜内温湿度控制性能及电磁屏蔽性能方面还存在不足，需要研究改进。本研究分析了现有GIS智能控制柜低温环境下柜内温差较大的原因，研究了智能控制柜温度均衡关键技术；分析了现有智能控制柜电磁屏蔽性能不良的原因，研究了智能控制柜电磁屏蔽效能提升关键技术；研制了双舱结构GIS智能控制柜样机，并进行了高低温试验和电磁屏蔽效能实验。实验结果表明：智能控制柜温度均衡关键技术和电磁屏蔽关键技术效果良好，可以推广使用。

关键词：智能控制柜；温度均衡技术；电磁屏蔽技术

中图分类号：TN03文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）35-0036-04

Research on Temperature Equalization and Electromagnetic Shielding Technology of GIS Intelligent Control Cabinet

GENG FeiLIU LuxuanDAI Bensheng（Henan Pingzhi High-Voltage Switchgear Co.， Ltd.， Pingdingshan Henan 467000）

Abstract： Intelligent control cabinets for gas-insulated metal-enclosed switchgear （GIS） are usually equipped with switchgear controller， merging units， measurement and control devices， switches and other intelligent electronic equipment. How to ensure the normal operation of these intelligent electronic devices is of great significance to the normal operation of GIS equipment and even the entire substation. The existing GIS intelligent control cabinet can generally achieve IP55 dustproof and waterproof performance， but there are still shortcomings in the temperature and humidity control performance and electromagnetic shielding performance in the cabinet， and research and improve？ ment are needed. The reasons for the large temperature difference in the GIS intelligent control cabinet under the low temperature environment are analyzed. The key technologies of temperature equilibrium in intelligent control cabinet are researched. The reasons for the poor electromagnetic shielding performance of intelligent control cabinet are ana？ lyzed. The key technologies to promote intelligent control cabinet electromagnetic shielding effectiveness are re？ searched. Developed a dual-cabin structure of GIS intelligent control cabinet prototype， and carried out high and low temperature test and electromagnetic shielding effectiveness experiment. The experimental results show that the key technologies of temperature equilibrium and the key technologies of electromagnetic shielding are effective and can be widely used.

Keywords： intelligent control cabinet；temperature equalization technology；electromagnetic shielding technology

智能控制柜（匯控柜）是智能变电站功能实现的关键设备之一，对现场环境条件、电磁环境的耐受能力会直接影响智能变电站的安全运行。《智能变电站智能控制柜技术规范》（Q/GDW 1430—2015）增加了智能控制柜温湿度调节性能和电磁屏蔽效能的要求。关于温湿度调节性能，规范要求智能控制柜内上部、中部、下部温度差值不大于10℃；关于电磁屏蔽效能，规范要求其符合《电子设备机械结构公制系列和英制系列的试验第3部分：机柜、机架和插箱的电磁屏蔽性能试验》（GB/T 18663.3—2007）的1级要求[1]。国家电网公司委托中国电力科学研究院组织国内智能控制柜生产厂家按照相关规范研制智能控制柜样机，并集中进行温湿度调节性能和电磁屏蔽性能检测。首批进行测试的9个厂家的17台智能控制柜存在两个突出的问题：①低温环境下（-45℃），部分厂家智能控制柜内上、下部温差可达40℃（上部+20℃，下部-20℃）；②电磁屏蔽效能均不能达到GB/T 18663.3—2007的1级要求。

针对上述问题，研制了一种改进的气体绝缘金属封闭开关设备（Gas-Insulated metal-enclosed Switchgear，GIS）智能控制柜产品。该产品在中国电力科学研究院完成了所有性能检测实验，包括柜内温差和电磁屏蔽效能在内的各项性能均满足标准要求。

1GIS智能控制柜温度均衡技术研究

1.1现有GIS智能控制柜温度控制系统缺陷

智能控制柜内通常安装有智能终端、合并单元、测控装置、交换机等多种智能电子设备。为保障这些电子设备正常运行，普遍采用机柜空调器控制柜内空气温湿度。220 kV及以上电压等级GIS产品配套使用的智能控制柜一般采用双舱结构，每个舱室均安装有智能组件和其他电气元件。出于成本和运维考虑，一般仅在其中一个舱室安装机柜空调器，柜内的空气循环由机柜空调器控制。为保障夏季空调的制冷效果最佳，空调器一般安装在柜门中上部位。当冬季智能控制柜运行环境温度较低时，空调器吹出的热空气在柜体顶部聚集，柜体下部空气得不到有效加热，导致柜体上、下部温差较大。柜内空气循环主要在安装空调的舱室中进行，导致另一个舱室内空气温度偏低。

1.2GIS智能控制柜温度均衡技术方案

GIS智能控制柜温度均衡方案如图1所示。由图1可知，GIS智能控制柜采用双舱结构，左右舱中均安装有电气元件。左右舱中间设置有隔板，隔板由横撑和立柱构成，横撑、立柱之间的空隙供空气流通，隔板两侧安装有部分电气元件。左舱后门中上部位安装有一台机柜空调器，空调器具有制冷和加热功能。该功能由空调器内置的温湿度传感器和温湿度控制器控制。空调器柜内空气循环方式为上进风、下出风。左右舱底板各安装有一个加热器，隔板上部和下部各安装一个嵌入式小型风扇。底部风扇的吹风方向为左舱至右舱，顶部风扇的吹风方向为右舱至左舱。隔板上安装有独立的温度控制器，用于控制左右舱底板加热器和隔板风扇的启停，与温度控制器配套的温度传感器安装在隔板下部。

低温环境下智能控制柜温度均衡过程如下：当智能控制柜内温度低于设定值T1时，空调器启动加热功能，对左舱中上部的空气进行循环加热；隔板上安装的温度控制器检测到柜体下部空气温度低于设定值T1时，启动左右舱底板加热器和隔板上下部风扇；底板加热器对左右舱下部空气进行加热，并在柜体下部形成局部空气循环；隔板下部风扇将空调器出风口热风导入右舱，隔板顶部风扇将右舱空气导入左舱，左右舱之间形成空气大循环。智能控制柜内空气温度达到设定值T2时，空调器停止加热，左右舱底板加热器和隔板风扇停止工作[2-3]。

高温环境下，单纯依靠空调器即可维持柜内空气温度均衡，其过程不再详述。

2GIS智能控制柜电磁屏蔽技术研究

2.1现有GIS智能控制电磁屏蔽缺陷

GIS智能控制柜柜门与柜体之间的密封条为绝缘材料，柜门虽然通过接地线与柜体外壳电气导通，但其作用仅为保证人员安全。柜门四周与柜体外壳没有连续电气导通，不导电间隙为电磁波泄漏提供了通道。机柜空调器嵌入式安装在后门上，空调器四周与柜门接触部位采用绝缘材质的密封条，空调器与柜门的不导电间隙为电磁泄漏提供了通道。空调器的进风口与出风口破坏了空调器外壳的导电连续性，进而影响智能控制柜的电磁屏蔽效能。

2.2GIS智能控制柜电磁屏蔽技术方案

纯碳填充的高温固化的导电硅膠（简称导电密封条）具有优异的导电性能和机械性能，可以制备成屏蔽产品，其具备防尘、防水的密封性能。根据智能控制柜柜门密封原理，选用D形截面导电密封条，如图2所示。导电密封条设置有居中背胶，可将密封条与智能控制柜柜门可靠地粘贴在一起。密封条背胶两侧的部分与柜门直接接触并电气导通。导电密封条采用四角斜切45°拼接的方式进行粘圈，可以保证密封条的平整性和导电连续性，如图3所示。柜门关闭后导电密封条分别与柜体外壳和柜门接触并电气导通，柜门与柜体外壳构成电磁屏蔽效果较好的导电连续体。

因空调器采用固定安装方式，可将空调器现有密封条更换为金属丝网橡胶复合密封条，金属丝网密封条将空调器外壳与柜门连续电气导通，减少电磁波泄漏，如图4所示。空调器进风口和出风口无法封闭，可在进风口和出风口内增加一层截止波导板，减少电磁波泄漏，如图5所示[4-9]。

3智能控制柜温度均衡技术实验验证

在中国电力科学研究院电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心进行了-45℃低温实验和+45℃高温实验。实验在高低温、湿度综合环境模拟箱中进行，如图6所示。-45℃低温实验持续进行24 h；+45℃高温实验持续进行72 h，其中24 h伴有1 120 W/m2模拟太阳光照。智能控制柜内设置有14个温度传感器对柜内空气温度进行连续监测，14个温度传感器布置在智能控制柜的左舱、右舱及上中下各个部位。实验室每1 h记录一次传感器的测量值，计算智能控制柜内的温度平均值和差值。低温实验部分数据见表1，高温实验部分数据见表2。采用温度均衡技术后，智能控制柜温差不大于6℃，满足温差不大于10℃的标准要求。

4智能控制柜电磁屏蔽效能实验

在中国电力科学研究院电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心进行了智能控制柜电磁屏蔽效能实验，实验在电磁兼容实验室10米法半电波暗室进行。实验场景见图7，垂直极化屏蔽效能实验结果见表3，水平极化屏蔽效能实验结果见表4。实验结果表明，智能控制柜电磁屏蔽效能达到GB/T 18663.3—2007的1级要求。

5结语

通过分析现有GIS智能控制柜存在温差较大及电磁屏蔽性能不良情况的原因，研究了智能控制柜温度均衡及电磁屏蔽关键技术；研制了双舱结构GIS智能控制柜样机，并进行了高低温实验和电磁屏蔽效能实验，验证了技术方案的正确性和实用性。实验结果表明：研究提出的智能控制柜温度均衡关键技术和电磁屏蔽关键技术效果良好，可以推广使用。

参考文献：

[1]国家电网公司.智能变电站智能控制柜技术规范：Q/ GDW 1430—2015[S/OL]. （2016-11-15）[2021-10-08]. https：// max.book118.com/html/2019/0912/8047125122002047.shtm.

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