预制舱式通风防爆泄压一体化通道设计与应用

广东电网有限责任公司中山供电局 姚光久 侯 伟 陈伟明 肖 星 闫 超 孟晨旭

随着社会经济的发展，变电站负荷越来越重。同时变电站建设周期进一步压缩，预制舱式变电站技术得到应用，所有一次设备、二次设备均放置在“集装箱”内。该变电站采用模块化设计，当变电站内的高压设备出现超负荷、短路等不正常运行现象时，室内会出现高温高压气体，这时需要通过泄压板排出气体，恢复室内室外的压差，这样对防爆泄压提出了更高的要求[1]。本文提出一种预制舱式通风防爆泄压一体化通道，弥补了国内空缺的开关柜泄压的技术需求。

1 传统防爆泄压装置的不足之处

传统10kV 开关柜因为供电负荷增加、元器件老化、柜内外空气不循环造成温差过大等异常运行状态时，集聚的热气和压力会对开关柜造成损伤，如若不能及时泄压和降低温度，会导致设备不能正常运行，造成母线停电的严重后果[2]。该防爆泄压方法存在以下问题。

现有泄压装置在泄压口安装封板，封板与墙体填充密封条，采用膨胀螺丝固定于墙体，单次泄压后需要再次密封和固定于墙体，消耗人力物力[3]；由于开关柜结构分上中下三层，每层之间密封固定，防止带电击穿，开关柜出现爆炸时气体无法直接向上泄压，应保持向外泄压[4]；传统开关柜没有泄压通道，直排高压室，对人身造成伤害，废气废渣的处理也变的困难；泄压通道外挡板为上方为螺丝下方膨胀螺丝，不能保证在足够压力下膨胀螺丝爆炸弹开泄压板；现有泄压通道没有防尘、防小动物措施；防爆泄压的有毒有害气体影响抢修进度，爆炸产生的金属高温碎屑会对变电人员造成伤害，危害人员身体健康，没有强排强抽风设备。

2 新型的通风防爆泄压一体化通道结构组成及原理

针对传统变电站防爆泄压装置存在的不足，本文提出一种新型的防爆泄压一体化通道结构，优化防爆泄压结构，增加一体化通道、空气流通单向阀、主动泄压、智能控制等功能，提升空间利用率，提高内部结构合理性，为电力设备检修维护提供便利[5-6]。

2.1 变电站通风防爆泄压一体化通道结构组成

如图1所示（图中：1预制舱室内开关柜、2单向顺流板、3预制舱墙体、4储压室、5液压单向顺流板、6液压拉杆、7泄压盒、8太阳能光伏板、9横流电机、10液压单向顺流板），本文提出的一种预制舱式通风防爆泄压一体化通道由泄压通道、三个单向顺流板、两个液压单向顺流板、横流风机、泄压盒、储压室、铰链部分组成。其中，三个单向顺流板具备单向泄压功能，即柜体到室外的气体流动，室外到柜体的气体反向流动无法打开单向顺流板。两个液压单向顺流板一个位于泄压通道。一个位于风机后侧紧贴于墙壁；泄压盒位于泄压通道最外侧；储压室位于三个单向顺流板和一个液压单向顺流板之间；各部件主要技术原理、功能如下。

图1 一体化通道整体图

一个泄压通道联通三个及以上开关柜，开关柜并联接入泄压通道，泄压通道安装于室内墙体，泄压通道连接室内室外，开关柜之间通过单向顺流板相互隔开（单向顺流板向室外一个方向打开只能使压力从室内到室外释放，单向顺流板外侧的压力温度无法顶开单向顺流板），不会影响相邻的开关柜的正常运行；一个开关柜对应一个顺流板，顺流板只有单向流动性，三个单向顺流板具备单向泄压功能，即柜体到室外的气体流动，室外到柜体的气体反向流动无法打开单向顺流板。

气压沿顺流板往室外流动，会遇到液压液压单向顺流板，液压单向顺流板有强制顺流板打开功能，不需要气压作用力顶开，靠液压力快速稳固的打开并固定顺流板，实现压力的快速排出；三个单向顺流板与液压顺流板之间的过渡舱室的储压室，内置温湿度感应器、压力感应器，当感应器检测到数值大于额定值时，此时液压单向顺流板动作泄压，泄压完成后延时关闭液压单向顺流板，储压室继续储存柜内排除的压力，当感应器检测到数值大于额定值时，重复上述动作过程。

横流风机位于泄压通道的泄压盒下侧，风机后侧四边紧贴于墙壁，风机后侧的墙壁打孔面积和风机后侧面积一样，风机后侧与液压单向顺流板联通，正常通风情况下，风机不动，单向顺流板处于打开状态。检测到室内温度或风力异常时强排循环空气流动，此时液压单向顺流板还是打开状态；泄压通道内侧的液压单向顺流板a 与泄压通道外侧风机后侧的液压单向顺流板b，不会出现板a 板b 同时处于打开状态。

板a 板b 相互独立，板a 作用于开关柜，板b作用于预制舱，板a 处于关闭状态时板b 处于打开状态，此时开关柜正常，没有防爆泄压需求，开关柜的防爆泄压为打开板a、关闭板b 状态，压力排除室外，不会排室内，板b 处于关闭状态，风机持续运转，风机所有动力用于排除压力。通过关闭液压单向顺流板关闭通风道，防止室外异常气体对柜内设备的损伤；所述的室外异常气体有温湿度感应器、气体检测装置智能判断，检测到的数据传输控制器，控制电机后侧的液压单向顺流板关闭通风道。

如图2所示（图中：1横流电机、2泄压通道板a、3高压室板b、4预制舱墙体、5泄压通道壁），关闭板a、打开板b 是为了保证预制舱的通风状况，打开板a、关闭板b 是为了将电机所有动力用于排泄压通道压力，如果此时板b 处于打开状态，那么电机的动力会有一部分用于吸收预制舱气体加速预制舱空气流通，还有一部分开关柜废气废渣排入预制舱。高压室和开关柜的空间是相互独立的，板a 用于开关柜泄压通道的泄压，板b 用于高压室通风的开口；泄压通道一端连接开关柜、一端连接室外，可以避免传统开关柜直排高压室，对人身造成伤害，废气废渣的处理也变的困难。

图2 风机与泄压通道结合图

如图3～图4所示，泄压盒外侧为可上下打开的水平长条片组成，泄压盒的内侧为可左右打开的竖直长条片组成，不需要泄压的时候泄压盒内侧外侧的长条片密闭，当需要泄压的时候泄压盒外侧的水平长条片打开，然后泄压盒内侧的竖直长条片打开，通过凹槽卡住水平长条片相互固定成井字型通风，机械固定定型可以防止过大压力对长条片的损坏。

图3 泄压盒水平长条片、竖直长条片打开泄压示意图

图4 泄压盒水平长条片、竖直长条片打开泄压正面图

如图5所示，当碰到电弧放电、风机无法排尽压力的时候，水平长条片、竖直长条片打开无法泄压时，此时泄压盒的上端铰链放开泄压盒，下端位置没有变化，避免了传统泄压门直接飞出去伤人，也可以去掉传统网门过滤废渣，通过铰链打开上端与地面成一定角度，可以避免使得高温高压气体固定角度排除，泄压完成后，收缩泄压盒上的铰链密闭泄压口，打开收缩铰链可多次重复利用；风机外置于室外，泄压通道下侧，卡扣于舱室墙壁，可以实现取下清洗更换维修等快捷方法；泄压盒表面贴合光伏板，实现自供能，储存的能量用于液压拉杆、横流电机、传感器的电源。

图5 一体化通道整体拉链打开泄压盒结构图

2.2 一种变电站通风防爆泄压一体化通道结构技术关键点

一体化通道可达到快速泄压目的，同时可实现优化运行环境等功能，保障10kV 开关柜的安全可靠运行，其技术关键点如下：

单向顺流板结构：定向封闭舱室，防止外界对开关柜干扰；单向顺流板向室外一个方向打开、只能使压力从室内到室外释放，单向顺流板外侧的压力温度无法顶开单向顺流板，当一个开关柜发生电弧放电时，压力温度不会传递到相邻的开关柜，不会影响相邻的开关柜。

智能控制模块：三个单向顺流板与液压顺流板之间的舱室的储压室，内置温湿度感应器、压力传感器，当感应器检测到数值大于额定值时，此时液压单向顺流板动作泄压，泄压完成后延时关闭液压单向顺流板，储压室继续储存柜内排除的压力，当感应器检测到数值大于额定值时，重复上述动作过程。

顺流板的三种状态设计：泄压通道内侧的液压单向顺流板a 与泄压通道外侧风机后侧的液压单向顺流板b 处于三种不同状态，即板a 处于关闭状态时，板b 处于打开状态；板a 处于打开状态时，板b 处于关闭状态；板a 处于关闭状态时，板b 处于关闭状态；不会出现板a 板b 同时处于打开状态。

泄压盒的多方位打开方式：泄压盒的外侧为可上下打开的水平长条片组成，泄压盒的内侧为可左右打开的竖直长条片组成，不需要泄压的时候泄压盒内侧外侧的长条片密闭，当需要泄压的时候泄压盒外侧的水平长条片打开，然后泄压盒内侧的竖直长条片打开，通过凹槽卡住水平长条片相互固定成井字型通风，机械固定定型可以防止过大压力对长条片的损坏。如图6所示，广东电网公司中山供电局在110kV 同福变电站内试点应用了变电站预制舱式高压室结构，达到了改造目的，验证了该装置实用有效性。

图6 同福站一体化通道结构

3 结语

本文提出的一种预制舱式通风防爆泄压一体化通道，弥补了国内空缺的开关柜泄压的技术需求，彻底杜绝了被动泄压、达到过大压力值才泄压、泄压后重新维护安装、泄压调节不灵活，没有防高温金属碎屑防尘防小动物等问题，可以实现泄压装置的多次循环利用，减少压力未能及时排出损坏开关柜及其引起的设备停电，降低泄压板损耗，提升了10kV 开关柜设备可靠性。