基于物聯(lián)網和可控弱氣流技術的智能變電站環(huán)境控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　基于物聯(lián)網和可控弱氣流技術的智能變電站環(huán)境控制系統(tǒng)設計</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)的應用使得輔助系統(tǒng)優(yōu)化控制成為可能。針對現有環(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潤揚智能變電站為例，介紹了一種基于物聯(lián)網和可控弱氣流對流散熱技術的集環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、通風系統(tǒng)和空調系統(tǒng)于一體的智能變電站環(huán)境控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應用，實現

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、經濟、節(jié)能運行提供了技術支撐和重要保障。 </p><p>　　關鍵詞：智能變電站、輔助系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、物聯(lián)網、可控弱氣流對流散熱 </p><p>　　中圖分類號： TM411+.4 文獻標識碼： A </p><p><b>　　0引言 </b></p>

3、;<p>　　智能電網作為未來電網的發(fā)展方向，滲透到發(fā)電、輸電、變電、配電、用電各個環(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字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化，并可根據需要支持實時自動控制、智能調節(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字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化的要求，但在實時自動控制、智能調節(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)來實現的。參照《智能變電站技術導則》的相關要求，輔助系統(tǒng)優(yōu)化控制宜具備變電站運行溫度、濕度等環(huán)境定時檢測功能，實現空調、風機、加熱器的遠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)的應用使得輔助系統(tǒng)優(yōu)化控制成為可能。 </p><p>　　本文重點分析環(huán)境控制系統(tǒng)的現狀和存在的問題，同時以110kV潤揚智能變電站為例，介

5、紹一種基于物聯(lián)網和可控弱氣流對流散熱技術的集常規(guī)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、通風系統(tǒng)和空調系統(tǒng)功能于一體的智能變電站環(huán)境控制系統(tǒng)，并詳細闡系統(tǒng)的應用設計思路和方案。 </p><p>　　1環(huán)境控制系統(tǒng)的現狀和存在的問題 </p><p>　　1.1 環(huán)境控制系統(tǒng)的現狀 </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)、通風子系統(tǒng)和空調子系統(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 </p><p>　　

7、現有環(huán)境控制系統(tǒng)雖然能夠實現智能變電站運行溫度、濕度等環(huán)境定時檢測功能，實現空調、風機的遠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，往往導致監(jiān)測和控制形成兩個獨立的子系統(tǒng)，缺乏系統(tǒng)關聯(lián)性，導致系統(tǒng)在實時自動控制、智能調節(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)保效應較差 </p><p>　　長期以來，安裝強力風機，通過過機械強迫抽

8、排方式進行通風或者安裝空調是大多“戶內”或“地下”變電站普遍沿用的通風降溫措施。但這些措施不僅效果不甚理想還衍生出大量的其他問題，例如強力的通風會帶來大量的灰塵和漂浮于空氣中的鹽類或酸性物質，它們附著于設備或絕緣體的表面形成污垢，腐蝕設備甚至構成放電通道，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，濕度上升甚至達到飽和并在設備或絕緣體的表面形成凝露，引發(fā)放電、閃絡等絕緣故障。由于傳統(tǒng)通風

9、措施空氣流動效應的無序性，在電氣設備周圍空間內產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，為室內溫度的升高推波助瀾?，F有環(huán)境控制系統(tǒng)帶來的高能耗、噪音、積灰等負面效應，導致系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保效應較差。 </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)通風降溫措施的單一功能考慮不同，環(huán)境控制系統(tǒng)應將變電站設備的運行環(huán)境和人身安全標準作為一個整體加以考慮，把通風、降溫、防污、干燥、降噪、安全等的環(huán)境控制需求通過計算機系統(tǒng)進行統(tǒng)一整合和平衡，在完成通風散熱主要效能的同時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)境問題實施綜合治理，著力將電氣設備的運行環(huán)境調整到最佳狀態(tài)，實現設備運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 </p><p>　　現有環(huán)境控制系統(tǒng)多采用對流散熱技術對設備及運行環(huán)境的溫度進行控制。對流散熱量計算公式： </p><p>　　式中：Q為對流散熱量, W；hC為換熱系數, 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算公式可知，在設備和環(huán)境一定的情況下，對流散熱量是溫差的函數，而與風量、流速沒有直接關系，因此最大限度地利用自然空氣進行對流散熱的關鍵不在于強力風機和大功率空調的應用而在于環(huán)境溫度的控制。 </p><p>　　可控弱氣流對流散熱技術主要利用由熱空氣浮升力驅動的自然弱氣流對流，通過“矢量送風”、“物理導向”、 “智能控制”等

13、技術措施對熱氣流進行有效組織，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)，通過自然對流與強制對流共同作用的復合換熱過程對電氣設備散熱降溫。通過可控弱氣流對流散熱技術，能夠實現智能變電站設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，取消了原有系統(tǒng)采用的強力風機和空調等大功率設備，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)網技術與遠程監(jiān)控應用 </p><p>　　環(huán)境控制系統(tǒng)利用物聯(lián)網技術，通過對外界的感知，構建傳感測控網絡。通過傳感測控網絡獲取變電站的綜合環(huán)境信息，經融合處理后生成適當的控制策略，同時通過多種通信媒介實現系統(tǒng)運行情況及告警事件的遠傳，使有關運行

15、維護人員通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)平臺能實時“感知”現場的環(huán)境信息并實施遠程監(jiān)控。從而最大限度地保證無人值守變電站設備的安全可靠運行。 </p><p>　　傳感網絡組網方案分為有線組網方式和無線組網方式。有線組網方式特點: 通信線路穩(wěn)定可靠，維護簡單，但安裝地點易受限制，布線復雜；無線組網方式特點: 安裝地點不受限制，無需布線，現場施工方便，但通信易受電磁干擾，抗干擾技術復雜，生產成本高2。根據變電站實際情況，環(huán)境控制系

16、統(tǒng)的傳感網絡采用有線組網方式，以降低成本且便于維護。 </p><p><b>　　3應用效益分析 </b></p><p>　　以110kV潤揚智能變電站為例，該智能變電站為全戶內變電站，設置電纜半層，GIS設備室、主變室和開關室布置于一層，電容器室和二次設備室布置于二層。環(huán)境控制系統(tǒng)由7臺模塊機組組成，對整個110kV站進行環(huán)境控制。 </p>&l

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

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

19、消聲彎型風管與散熱器室風管對接，直接將新風送入散熱器室；主變室與熱散器室上部設通風格柵，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，下層開關室空氣經散流器流入各電容器室，經熱交換后從各自上部排風口溢入散熱器室排出戶外；同時安裝1臺排風機，用戶事故排煙。

20、 </p><p>　　二次設備室墻體安裝1臺帶有制冷制熱的模塊機組，機組從后背吸入新風，經過濾控濕、溫后壓入主控室，經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，冬季關閉后室內保溫，節(jié)約能源。 </p><p>　　環(huán)境控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)通風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)通風降溫措施效益對比表 <

21、/p><p><b>　　4結論 </b></p><p>　　智能變電站環(huán)境控制系統(tǒng)是將物聯(lián)網技術、空氣動力學、熱力學、傳熱學、傳感器技術、計算機自動控制技術等理論和技術高度集成的一種智能化應用系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應用，實現了智能變電站環(huán)境實時監(jiān)測和優(yōu)化控制，解決了環(huán)境控制問題與變電站設備運行安全功效的關系，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、經濟、節(jié)能運

22、行提供了技術支撐和重要保障。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 國家電網公司. Q\GDW383-2009智能變電站技術導則[S]. 北京: 國家電網公司, 2009. </p><p>　　[2] 魯東海, 孫純軍, 秦華. 基于物聯(lián)網技術的智能變電站輔助控制與監(jiān)測系統(tǒng)設計與應用[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，研究方向為電力市場、智能變電站設計、配電網規(guī)劃。 </p><p>　　注：（作者聯(lián)系方式：孫為兵，13615251368，0514-87683237，88543578@QQ.co