“区域集中式”智能设备环境控制系统研究

“区域集中式”智能设备环境控制系统研究

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（1.2.4.河南送变电工程公司河南省450051；3.国网河南省电力公司建设管理中心河南省450051）

摘要：针对分散安装于智能组件柜上热交换器、空调等温控系统可靠性差（无双重化）、可维护性差、能耗高等缺点，创新提出了区域集中式智能设备运行环境控制系统，采用最优化智能变频控制技术的低能耗智能通风降温系统，主机双重化，管道配送低温新风至各智能组件柜，分支风管设有防火阀，智能组件柜外壳顶部设置通风止回阀，夏季高温时系统运行以降低智能组件柜内环境温度，冬季低温时防火阀和止回阀关闭，智能组件柜内驱潮加热装置运行。

关键词：智能组件柜；集中式；环境控制系统

引言

随着智能电网的快速发展，户外智能组件柜的采用越来越普遍。考虑到变电站智能组件柜布置分散，本项目提出一种新型的区域集中式智能设备运行环境控制方案，具备较高的性价比和广泛的适应性。

区域集中式智能设备运行环境调控系统包括柜式智能通风机组、送风管道、分支管道防火阀、防凝露出风罩、柜顶通风止回阀、柜顶防雨罩等。智能通风机组双重化配置，每套主要设备包括有风机、初效过滤器、中效过滤器、进风口、调节阀等。根据需要还可以配置基于新型热交换技术的制冷通风模块，进一步降低送风温度。

1运行方式与温度控制

室外新风由顶部风口进入柜式智能通风机组，通过初效过滤器、中效过滤器，由风机升压送入保温防潮风管，然后进入各智能组件柜，与智能组件柜中空气混合后，将热量从顶部排风口带到柜外。进入各智能组件柜的分支风管设有防火阀，以防止某一智能组件柜内部火灾时，火焰烟雾等窜入通风主管道。

图1区域集中式智能设备运行环境调控系统主管道

该系统主管道采用内径ø200绝热管道，如上图，满足最远端智能组件柜风压的送风半径约35m，按一用一备装设额定功率1.1kW低噪声离心风机2台，变频控制器2套，另配有多重过滤器、调节阀等。

系统配备智能变频控制及启停模块。该控制模块可接收以下三种方式控制风量及启停机。

（1）模拟气象温度控制。在智能通风机组机柜顶部装设气象百叶箱，箱内装设电子温湿度计，数据通过线缆传送至智能变频控制及启停模块。根据所测温度，超过30℃时启动，并随着温度的变化控制风量，低于25℃时关停系统。该方案实施简单，不必为众多智能组件柜另外配置温度传感器，仅需配置一套传感器，投资节省。但所测温度并非智能组件柜内温度，需要设定较低的温度启动门槛，系统运行时间长。

（2）根据智能组件柜内温度控制。系统为管道配送范围内的智能组件柜配置温湿度传感器，沿管道敷设联系电缆，传感数据通过线缆传送至智能变频控制及启停模块。根据若干温度传感器所测温度，采用或逻辑，只要有一个柜内温度超过35℃时便启动系统，并随着温度的变化控制风量，柜内温度低于30℃时关停系统。该方案实施简单，测温准确，联动控制方便，温度传感器用量较多但价格便宜。

图2智能组件柜冷却通风流向图

（3）通过变电站自动化系统控制。智能组件柜一般均自带配有温湿度传感器和驱潮加热装置，智能终端采集柜内温湿度传感器信号，上传至MMS网络。智能通风机组柜内配置有智能变频控制及启停模块以及规约转换器，以便能够接入站控层MMS网络，接收各智能组件柜内部温度信息，实现联动控制。该方案智能化程度高，不必为众多智能组件柜另外配置温度传感器，但需要配置规约转换及联动控制模块，费用较高。

综上述，本项目区域集中式智能设备运行环境调控系统推荐采用控制策略二，即为管道配送范围内的智能组件柜配置温湿度传感器，沿管道敷设联系电缆，通过智能变频控制及启停模块控制风量及启停系统。

另外，还可以在进入智能组件柜的分支风管段配置电动风门，以便根据各智能组件柜内温度单独控制风门并调节系统风量。考虑到区域集中式智能设备运行环境调控系统本身耗能较为节省，为简化系统元件配置和减少故障环节考虑，暂不配置。

智能通风机组互为备用，当过滤器阻力大于设定值时，或风机故障，另一台机组自启，从而确保智能组件柜不因风冷系统故障而影响电网安全运行。

该通风系统能使排风温度在大部分时间控制在38℃以下，最高排风温度在45℃，极端气象条件下排风温度在53℃以内。

2智能组件柜通风保温设计

智能组件柜内一般装设有合并单元+智能终端（MU+ST）功能的一体化智能组件设备，状态监测IED，光配箱，以及控制压板、控制开关、切换开关，电源空开，端子排等元器件。主要装置为1~2台智能组件，状态监测IED，通信交换机。

根据国网企标Q/GDW734—2012《智能高压设备组件柜技术条件》，户外无遮蔽场所使用时，宜采用双层隔热结构，外壁板材厚度不小于2.0mm。

设计提出柜体采用一体化框架结构，外壳由双层热镀锌冷轧钢板一次性折弯并焊接成型，无论柜体强度还是密封度均可满足本站的使用条件，而且便于运输、安装。柜体外壳顶部设置通风止回阀，系统运行时，在风压的作用下通风止回阀打开，热气散出。当气温降低，柜内需要加热保暖时，通风止回阀在重力作用下自动关闭。

科学合理布置柜内设备并设置通风风道可以保证设备良好散热。设计提出柜内智能电子设备保持一定的垂直间距布置，如两台智能合并单元之间间距4～5U布置，同时，在柜内设备安装面板上装置与装置之间位置开设水平百叶出风口，以形成设备周围的风道。同时将下进风风罩设置在柜后底部位置，将柜顶部柜顶通风止回阀设置于靠近柜前位置，如此则形成对角线通风对流。智能组件柜顶部防雨罩设计需高于柜顶约10cm，四周伞裙较柜体宽，并低于柜顶，以防止雨水进入。同时在防雨罩伞裙与柜顶边缘之间设置防鸟网格，防止鸟类进入筑巢。智能组件柜通风设计详见图（图4）。

为了冬季保暖，智能组件柜内应至少配置两套加热器，一套用于驱潮，一套用于温度控制。当加热回路断线时，应有告警指示。加热器通电后表面温度应不高于85℃。柜内IED及其它电气部件与加热器之间的距离应不小于80mm。

3项目的技术难点及解决方法

由于区域集中式二次设备环境控制系统需要采用通风主机柜和内径较大的绝热管道，本项目主要适用于新建智能变电站，建议在工程的可研、初设阶段向相关专业电气一次，土建，技经等专业进行提资。考虑到管道送风风阻和温度衰减，采用保温管道输送距离不能太长，可按电压等级区域划分；如500kV变电站可划分500kV设备区、220kV设备区等，根据配电装置场地合理布置。

4结束语

区域集中式智能设备运行环境控制系统无论从初始投资、年运行费用、维护管理、节约电源等方面都是具有优势，尤其是运行可靠性最佳，方案切实可行、维护便利，成本较低，将成为未来智能变电站户外二次设备环境控制的主流方案，该项目成果可应用于各电压等级新建户外智能变电站。

参考文献：

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