基于物聯(lián)網(wǎng)和可控弱氣流技術(shù)的智能變電站環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于物聯(lián)網(wǎng)和可控弱氣流技術(shù)的智能變電站環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：作為智能變電站輔助系統(tǒng)的重要組成部分，環(huán)境控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得輔助系統(tǒng)優(yōu)化控制成為可能。針對現(xiàn)有環(huán)境控制系統(tǒng)在系統(tǒng)集成性和節(jié)能環(huán)保等方面存在的問題，文章以110kV潤揚(yáng)智能變電站為例，介紹了一種基于物聯(lián)網(wǎng)和可控弱氣流對流散熱技術(shù)的集環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)于一體的智能變電站環(huán)境控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)

2、了環(huán)境控制的系統(tǒng)化，一體化解決了環(huán)境方面的問題，為智能變電站的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能運(yùn)行提供了技術(shù)支撐和重要保障。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：智能變電站、輔助系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、可控弱氣流對流散熱 </p><p>　　中圖分類號： TM411+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p><b>　　0引言 </b></p>

3、;<p>　　智能電網(wǎng)作為未來電網(wǎng)的發(fā)展方向，滲透到發(fā)電、輸電、變電、配電、用電各個(gè)環(huán)節(jié)。在上述這些環(huán)節(jié)中，智能變電站無疑是最核心的一環(huán)。智能變電站要求全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化，并可根據(jù)需要支持實(shí)時(shí)自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能1。目前，已建成的諸多智能變電站基本能夠滿足全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化的要求，但在實(shí)時(shí)自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等方面

4、尚存一定的不足，而這部分功能主要是通過輔助系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。參照《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》的相關(guān)要求，輔助系統(tǒng)優(yōu)化控制宜具備變電站運(yùn)行溫度、濕度等環(huán)境定時(shí)檢測功能，實(shí)現(xiàn)空調(diào)、風(fēng)機(jī)、加熱器的遠(yuǎn)程控制或與溫濕度控制器的智能聯(lián)動，優(yōu)化變電站管理1。作為輔助系統(tǒng)的重要組成部分，環(huán)境控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得輔助系統(tǒng)優(yōu)化控制成為可能。 </p><p>　　本文重點(diǎn)分析環(huán)境控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題，同時(shí)以110kV潤揚(yáng)智能變電站為例，介

5、紹一種基于物聯(lián)網(wǎng)和可控弱氣流對流散熱技術(shù)的集常規(guī)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)功能于一體的智能變電站環(huán)境控制系統(tǒng)，并詳細(xì)闡系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)思路和方案。 </p><p>　　1環(huán)境控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題 </p><p>　　1.1 環(huán)境控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 </p><p>　　無論是常規(guī)變電站還是智能變電站，輔助系統(tǒng)一直都是整個(gè)變電站系統(tǒng)的重要組成部分。智能變電站

6、輔助系統(tǒng)主要包含環(huán)境控制系統(tǒng)、照明動力系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等子系統(tǒng)，其中環(huán)境控制系統(tǒng)主要由環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、通風(fēng)子系統(tǒng)和空調(diào)子系統(tǒng)組成。 </p><p>　　1.2 環(huán)境控制系統(tǒng)存在的問題 </p><p>　　現(xiàn)有的環(huán)境控制系統(tǒng)主要存在以下兩方面的問題： </p><p>　　1、系統(tǒng)集成性不強(qiáng) </p><p>　　

7、現(xiàn)有環(huán)境控制系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)智能變電站運(yùn)行溫度、濕度等環(huán)境定時(shí)檢測功能，實(shí)現(xiàn)空調(diào)、風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制或與溫濕度控制器的聯(lián)動，但由于系統(tǒng)集成性不強(qiáng)，往往導(dǎo)致監(jiān)測和控制形成兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，缺乏系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致系統(tǒng)在實(shí)時(shí)自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能方面存在一定的不足。 </p><p>　　2、節(jié)能環(huán)保效應(yīng)較差 </p><p>　　長期以來，安裝強(qiáng)力風(fēng)機(jī)，通過過機(jī)械強(qiáng)迫抽

8、排方式進(jìn)行通風(fēng)或者安裝空調(diào)是大多“戶內(nèi)”或“地下”變電站普遍沿用的通風(fēng)降溫措施。但這些措施不僅效果不甚理想還衍生出大量的其他問題，例如強(qiáng)力的通風(fēng)會帶來大量的灰塵和漂浮于空氣中的鹽類或酸性物質(zhì)，它們附著于設(shè)備或絕緣體的表面形成污垢，腐蝕設(shè)備甚至構(gòu)成放電通道，引發(fā)爬電、污閃等安全事故；又如傳統(tǒng)措施在設(shè)備輕載或晚間往往會造成過度降溫，使空氣的濕容量下降，濕度上升甚至達(dá)到飽和并在設(shè)備或絕緣體的表面形成凝露，引發(fā)放電、閃絡(luò)等絕緣故障。由于傳統(tǒng)通風(fēng)

9、措施空氣流動效應(yīng)的無序性，在電氣設(shè)備周圍空間內(nèi)產(chǎn)生了大量的空氣渦流或紊流，不但無法將攜帶的熱量排至戶外，反而成為蓄熱體，為室內(nèi)溫度的升高推波助瀾?，F(xiàn)有環(huán)境控制系統(tǒng)帶來的高能耗、噪音、積灰等負(fù)面效應(yīng)，導(dǎo)致系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保效應(yīng)較差。 </p><p><b>　　2問題解決方案 </b></p><p>　　2.1 一體化的環(huán)境控制解決方案 </p><p

10、>　　與傳統(tǒng)通風(fēng)降溫措施的單一功能考慮不同，環(huán)境控制系統(tǒng)應(yīng)將變電站設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境和人身安全標(biāo)準(zhǔn)作為一個(gè)整體加以考慮，把通風(fēng)、降溫、防污、干燥、降噪、安全等的環(huán)境控制需求通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一整合和平衡，在完成通風(fēng)散熱主要效能的同時(shí)輔以空氣過濾與吸附、有害氣體及煙霧的檢測與排出、濕度控制與水位測量等措施對封閉空間的多種環(huán)境問題實(shí)施綜合治理，著力將電氣設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境調(diào)整到最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行零缺陷的主動防御。一體化的環(huán)境控制解決方案

11、如圖1所示。 </p><p>　　圖1一體化的環(huán)境控制解決方案示意圖 </p><p>　　2.2 突出節(jié)能效果和環(huán)保效應(yīng) </p><p>　　現(xiàn)有環(huán)境控制系統(tǒng)多采用對流散熱技術(shù)對設(shè)備及運(yùn)行環(huán)境的溫度進(jìn)行控制。對流散熱量計(jì)算公式： </p><p>　　式中：Q為對流散熱量, W；hC為換熱系數(shù), W/m2；A為有效換熱面積, m2；為換

12、熱表面與流體溫差,℃。 </p><p>　　通過分析對流散熱量計(jì)算公式可知，在設(shè)備和環(huán)境一定的情況下，對流散熱量是溫差的函數(shù)，而與風(fēng)量、流速沒有直接關(guān)系，因此最大限度地利用自然空氣進(jìn)行對流散熱的關(guān)鍵不在于強(qiáng)力風(fēng)機(jī)和大功率空調(diào)的應(yīng)用而在于環(huán)境溫度的控制。 </p><p>　　可控弱氣流對流散熱技術(shù)主要利用由熱空氣浮升力驅(qū)動的自然弱氣流對流，通過“矢量送風(fēng)”、“物理導(dǎo)向”、 “智能控制”等

13、技術(shù)措施對熱氣流進(jìn)行有效組織，使其形成一種橫向螺旋環(huán)繞、縱向單向可控、包覆熱源體表面的對流形態(tài)，通過自然對流與強(qiáng)制對流共同作用的復(fù)合換熱過程對電氣設(shè)備散熱降溫。通過可控弱氣流對流散熱技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)智能變電站設(shè)備安裝空間的氣流組織和局部小氣候再造，提高系統(tǒng)綜合降溫效率。由于采用了可控弱氣流對流散熱技術(shù)，取消了原有系統(tǒng)采用的強(qiáng)力風(fēng)機(jī)和空調(diào)等大功率設(shè)備，有效地解決了原有系統(tǒng)帶來的高能耗、噪音、積灰等問題，顯著提高了系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保效益。環(huán)境控制

14、系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保效益如圖2所示。 </p><p>　　圖2環(huán)境控制系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保效益圖 </p><p>　　2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用 </p><p>　　環(huán)境控制系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過對外界的感知，構(gòu)建傳感測控網(wǎng)絡(luò)。通過傳感測控網(wǎng)絡(luò)獲取變電站的綜合環(huán)境信息，經(jīng)融合處理后生成適當(dāng)?shù)目刂撇呗裕瑫r(shí)通過多種通信媒介實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行情況及告警事件的遠(yuǎn)傳，使有關(guān)運(yùn)行

15、維護(hù)人員通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)平臺能實(shí)時(shí)“感知”現(xiàn)場的環(huán)境信息并實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控。從而最大限度地保證無人值守變電站設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。 </p><p>　　傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案分為有線組網(wǎng)方式和無線組網(wǎng)方式。有線組網(wǎng)方式特點(diǎn): 通信線路穩(wěn)定可靠，維護(hù)簡單，但安裝地點(diǎn)易受限制，布線復(fù)雜；無線組網(wǎng)方式特點(diǎn): 安裝地點(diǎn)不受限制，無需布線，現(xiàn)場施工方便，但通信易受電磁干擾，抗干擾技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高2。根據(jù)變電站實(shí)際情況，環(huán)境控制系

16、統(tǒng)的傳感網(wǎng)絡(luò)采用有線組網(wǎng)方式，以降低成本且便于維護(hù)。 </p><p><b>　　3應(yīng)用效益分析 </b></p><p>　　以110kV潤揚(yáng)智能變電站為例，該智能變電站為全戶內(nèi)變電站，設(shè)置電纜半層，GIS設(shè)備室、主變室和開關(guān)室布置于一層，電容器室和二次設(shè)備室布置于二層。環(huán)境控制系統(tǒng)由7臺模塊機(jī)組組成，對整個(gè)110kV站進(jìn)行環(huán)境控制。 </p>&l

17、t;p>　　電纜層作為整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口，安裝6組進(jìn)風(fēng)過濾模塊，用于空氣凈化，防止積灰、積垢和有害氣體侵蝕；安裝3套送風(fēng)模塊機(jī)組，從電纜層吸入空氣用風(fēng)管送至各散熱器室的散熱器底部；安裝2臺排風(fēng)機(jī)，用于事故排煙。 </p><p>　　GIS室安裝1臺模塊機(jī)組，機(jī)組從底部吸入電纜層新風(fēng)，再次過濾后壓入GIS室；室內(nèi)上部設(shè)有電動防雨閥窗，室內(nèi)多余的溫、濕度空氣經(jīng)電動閥窗溢出戶外，室內(nèi)底部SF6泄漏氣體經(jīng)下部排風(fēng)口

18、溢出戶外；同時(shí)在室內(nèi)上部與下部各安裝2臺排風(fēng)機(jī)，用于事故排風(fēng)，上面兩臺向室內(nèi)送風(fēng)，底面兩臺向戶外排風(fēng)，平時(shí)SF6泄漏氣體則在模塊機(jī)組送風(fēng)下自行從底部風(fēng)機(jī)口溢出戶外。 </p><p>　　開關(guān)室在墻邊安裝2臺帶有輔助制冷制熱模塊機(jī)組，該機(jī)組從底部吸入電纜層新風(fēng)，再次過濾并控溫、濕后分別從兩側(cè)壓入開關(guān)室內(nèi)，對電氣設(shè)備控溫。 </p><p>　　主變室樓板留有460×360孔洞，用

19、消聲彎型風(fēng)管與散熱器室風(fēng)管對接，直接將新風(fēng)送入散熱器室；主變室與熱散器室上部設(shè)通風(fēng)格柵，用于將主變熱空氣排入散熱器室，該方法即可提升散熱器上部加溫，增加熱壓差，又可減少戶外塵埃對主變絕緣的破壞。 </p><p>　　電容器室墻體下部留有800×350孔洞，用于安裝防爆防火隔煙散流器，下層開關(guān)室空氣經(jīng)散流器流入各電容器室，經(jīng)熱交換后從各自上部排風(fēng)口溢入散熱器室排出戶外；同時(shí)安裝1臺排風(fēng)機(jī)，用戶事故排煙。

20、 </p><p>　　二次設(shè)備室墻體安裝1臺帶有制冷制熱的模塊機(jī)組，機(jī)組從后背吸入新風(fēng)，經(jīng)過濾控濕、溫后壓入主控室，經(jīng)熱交換后的濕熱空氣從上部電動閥窗溢出戶外；該閥窗自行溫控啟閉，冬季關(guān)閉后室內(nèi)保溫，節(jié)約能源。 </p><p>　　環(huán)境控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)通風(fēng)降溫措施效益對比情況如表1所示： </p><p>　　表1環(huán)境控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)通風(fēng)降溫措施效益對比表 <

21、/p><p><b>　　4結(jié)論 </b></p><p>　　智能變電站環(huán)境控制系統(tǒng)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、空氣動力學(xué)、熱力學(xué)、傳熱學(xué)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動控制技術(shù)等理論和技術(shù)高度集成的一種智能化應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了智能變電站環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和優(yōu)化控制，解決了環(huán)境控制問題與變電站設(shè)備運(yùn)行安全功效的關(guān)系，有效降低了系統(tǒng)能耗和噪聲污染，為智能變電站的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能運(yùn)

22、行提供了技術(shù)支撐和重要保障。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 國家電網(wǎng)公司. Q\GDW383-2009智能變電站技術(shù)導(dǎo)則[S]. 北京: 國家電網(wǎng)公司, 2009. </p><p>　　[2] 魯東海, 孫純軍, 秦華. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站輔助控制與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 華東電力

23、, 2011, 39(4): 567–571. </p><p><b>　　作者簡介： </b></p><p>　　孫為兵（1980－），男，江蘇建湖人，工程師，研究方向?yàn)殡娏κ袌?、智能變電站設(shè)計(jì)、配電網(wǎng)規(guī)劃。 </p><p>　　注：（作者聯(lián)系方式：孫為兵，13615251368，0514-87683237，88543578@QQ.co