一種智能變電站移動(dòng)組合式風(fēng)冷應(yīng)急散熱裝置

任浩賢??蔣豐宇

張公生??溫東升??林雄德

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局

摘? 要：

智能變電站盡管在運(yùn)維管理過程中有著高度集約化和智能化的優(yōu)點(diǎn)，但與此同時(shí)也存在智能設(shè)備的散熱問題，其中智能終端、保護(hù)裝置這類設(shè)備尤為明顯。鑒于此，以解決智能設(shè)備的散熱問題為出發(fā)點(diǎn)，研發(fā)了一套智能變電站移動(dòng)組合式應(yīng)急風(fēng)冷散熱裝置，其不僅具備溫濕度監(jiān)控、凝露控制功能，還擁有配置靈活、組裝方便、降溫迅速的特點(diǎn)，能夠在智能終端散熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障后及時(shí)對(duì)裝置進(jìn)行散熱降溫，確保智能設(shè)備可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：

智能變電站；風(fēng)冷裝置；匯控柜；應(yīng)急散熱

中圖分類號(hào)：TU832.2+3

1 ?技術(shù)背景

近年來電力技術(shù)迅速發(fā)展，智能變電站不僅具有過程層網(wǎng)絡(luò)全過程管控的功能，能實(shí)現(xiàn)“智能錄波器+在線管控系統(tǒng)”整體監(jiān)視方案，而且具有過程層網(wǎng)絡(luò)信息安全高效傳輸和精準(zhǔn)對(duì)時(shí)功能。毋庸置疑，智能變電站是今后電力系統(tǒng)中變電站發(fā)展的新方向，然而發(fā)展過程中也浮現(xiàn)出了一些痛點(diǎn)[1]。就常見的匯控柜而言，現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)良好的溫濕度控制和防護(hù)性能，且工作環(huán)境惡劣，一旦溫控設(shè)備出現(xiàn)故障，柜內(nèi)溫度快速上升，各類電氣元件就將在極高的溫度下運(yùn)行，極易引發(fā)相關(guān)一二次設(shè)備聯(lián)鎖問題，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行十分不利。電網(wǎng)研究表明，目前出現(xiàn)這類問題時(shí)，電網(wǎng)運(yùn)維部門需等待專業(yè)的溫控設(shè)備廠家前往故障點(diǎn)進(jìn)行維修，周期較長(zhǎng)，缺乏及時(shí)性。因此，為滿足電力行業(yè)的發(fā)展需要，確保智能變電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行，研發(fā)一套智能變電站的匯控柜散熱應(yīng)急方案成為當(dāng)務(wù)之急。

現(xiàn)階段，電力行業(yè)的匯控柜主要散熱方式有風(fēng)扇散熱、熱交換器散熱和空調(diào)散熱。風(fēng)扇散熱通過安裝在匯控柜內(nèi)部的風(fēng)扇來強(qiáng)迫機(jī)柜內(nèi)部風(fēng)道實(shí)現(xiàn)內(nèi)外空氣的流通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)的熱量發(fā)散，散熱效率較高、重量較輕、運(yùn)行成本低，但使用壽命較短，易出現(xiàn)故障；熱交換器散熱通過安裝在匯控柜內(nèi)的熱交換器實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)外的熱量傳導(dǎo)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，穩(wěn)定性不足；空調(diào)散熱是通過在匯控柜上安裝空調(diào)來實(shí)現(xiàn)散熱，其優(yōu)點(diǎn)是可將內(nèi)部和外部環(huán)境完全隔絕，但在壽命周期內(nèi)出現(xiàn)故障的可能性較高，且維修較難。

基于上述分析，本文致力于研制一種智能變電站移動(dòng)組合式風(fēng)冷應(yīng)急散熱裝置，用于解決智能變電站中匯控柜的散熱裝置故障應(yīng)急問題，新型風(fēng)冷散熱裝置的應(yīng)用可有效降低智能變電站內(nèi)因智能終端散熱系統(tǒng)故障引發(fā)一系列設(shè)備故障的概率，有效減少運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2??產(chǎn)品機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能原理

由現(xiàn)有技術(shù)分析可知，備用工業(yè)風(fēng)扇在智能終端散熱系統(tǒng)故障時(shí)臨時(shí)開啟，風(fēng)量大，但氣流方向雜亂，不適合構(gòu)建箱內(nèi)風(fēng)道，也因此會(huì)影響內(nèi)部各模塊的散熱；其次，越接近風(fēng)扇中心風(fēng)力就越弱，軸承部位是盲區(qū)，沒辦法將散熱效率最大化；最后，由于部分空氣會(huì)被反彈，風(fēng)扇還要抵消這部分反彈回來的空氣的沖擊，所以散熱能力被進(jìn)一步削弱。此外，風(fēng)扇無法解決凝露問題，可能導(dǎo)致智能裝置表面出現(xiàn)凝露水珠，影響設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。因此，為安全高效地解決匯控柜的應(yīng)急散熱問題，本文從散熱問題的時(shí)效性出發(fā)，設(shè)計(jì)一款能簡(jiǎn)單快速實(shí)現(xiàn)降溫除濕的應(yīng)急散熱裝置，其具備以下特點(diǎn)：（1）該裝置可根據(jù)具體需求靈活配置；（2）該裝置的結(jié)構(gòu)元件部分可折疊，收納方便；（3）該裝置自帶大功率高顯熱比的變頻渦旋散熱系統(tǒng)，制冷迅速。

2.1

?主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能變電站移動(dòng)組合式風(fēng)冷應(yīng)急散熱裝置主體由兩部分構(gòu)成，如圖1所示，左側(cè)為大功率高顯熱比的變頻渦旋散熱裝置，集成溫濕度控制動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、凝露動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)功能，裝置內(nèi)部設(shè)有激光雷達(dá)定位裝置、中樞控制器、傳感器系統(tǒng)以及相關(guān)控制回路等部件，構(gòu)成智能控制識(shí)別系統(tǒng)的執(zhí)行端；右側(cè)為散熱系統(tǒng)框架，大小能包裹一套或多套智能控制屏的外部，兩側(cè)通過風(fēng)管或風(fēng)道相連。此外，本項(xiàng)目的軟件（集成上位機(jī)的ROS操作系統(tǒng)）置于后臺(tái)監(jiān)控電腦中。散熱系統(tǒng)框架部分為可折疊式結(jié)構(gòu)，當(dāng)不使用時(shí)可自動(dòng)折疊，減少對(duì)變電站室內(nèi)空間的占用。

圖2為本智能風(fēng)冷散熱裝置平面圖，其主要由風(fēng)冷空調(diào)、空調(diào)出風(fēng)口、管道、進(jìn)風(fēng)口、鋁合金框架、鋁合金框架連接件、萬向腳輪、帶磁吸的PVC卷簾、可折疊式封板、封板合頁、封板鎖扣組成。其中，鋁合金框架、鋁合金框架連接件、帶磁吸的PVC卷簾、可折疊式封板等散熱系統(tǒng)框架配件靈活可拉伸折疊，以便將框架體積縮小進(jìn)行收納[2]。此外，空調(diào)管道的移動(dòng)式不銹鋼，可配合散熱系統(tǒng)框架實(shí)現(xiàn)伸縮功能。

2.2

? 智能風(fēng)冷散熱裝置的功能原理與實(shí)施方法

正常情況下，本裝置會(huì)放置在應(yīng)用此裝置的設(shè)備室或保護(hù)室對(duì)應(yīng)的定置點(diǎn)；當(dāng)智能變電站室內(nèi)柜體的散熱裝置發(fā)生故障時(shí)，后臺(tái)監(jiān)控電腦收到故障信號(hào)后將通過本項(xiàng)目的控制后臺(tái)發(fā)送相應(yīng)控制信號(hào)至本體的中樞控制器；本裝置根據(jù)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫所建的設(shè)備地圖及激光雷達(dá)定位裝置進(jìn)行故障柜定位，并立即前往；移動(dòng)到位后自啟動(dòng)，展開折疊部分將故障的裝置包裹，同時(shí)啟動(dòng)風(fēng)冷空調(diào)進(jìn)行制冷除濕；到達(dá)故障柜后，裝置自動(dòng)展開并將故障柜包裹，根據(jù)所設(shè)定溫濕度啟動(dòng)變頻旋渦散熱裝置對(duì)柜體進(jìn)行降溫除濕；待維修人員將故障柜的智能裝置散熱系統(tǒng)修復(fù)完成后，可手動(dòng)將本系統(tǒng)退出運(yùn)行，使其自動(dòng)折疊并回到固定地點(diǎn)。與此同時(shí)，本裝置也可以由變電站運(yùn)維人員手動(dòng)攜帶到散熱裝置故障的屏柜附近，手動(dòng)展開散熱系統(tǒng)框架，打開PVC卷簾，通過風(fēng)管連接到戶外變頻旋渦散熱裝置，接上電源后即可啟動(dòng)本智能風(fēng)冷散熱裝置，完成對(duì)屏柜溫濕度的控制。當(dāng)屏柜內(nèi)熱氣流遇冷發(fā)生凝露時(shí)，集成的凝露動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)到凝露現(xiàn)象，調(diào)整變頻旋渦散熱裝置出風(fēng)模式，實(shí)施凝露控制。

本裝置可根據(jù)變電站實(shí)際情況分類實(shí)施：對(duì)于GIS智能變電站，可采用無人工干預(yù)下自動(dòng)模式，GIS變電站設(shè)備多集中在室內(nèi)，而智能控制屏柜集中在室內(nèi)GIS設(shè)備室、保護(hù)室等，這些地方道路平整，屏柜布局合理，能有效提高智能風(fēng)冷散熱裝置到位的可靠性。此種方法也可有效提高運(yùn)維人員處理此類故障的效率，大大縮短運(yùn)維時(shí)間。而對(duì)于常規(guī)的敞開式變電站，站內(nèi)匯控柜在室外，運(yùn)行環(huán)境較差，此類匯控柜散熱裝置發(fā)生問題時(shí)，由運(yùn)維人員在接到調(diào)度監(jiān)控員的電話后45 min內(nèi)到站處理。因此，通?？稍诿總€(gè)變電站配置兩套該智能風(fēng)冷散熱裝置，在能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理故障條件的變電站，本裝置預(yù)裝好隨時(shí)待機(jī)啟動(dòng)；在常規(guī)的敞開式變電站，本裝置分體放置在固定位置，方便運(yùn)維人員快速搬運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)。

3??現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證與效果分析

為了對(duì)本裝置使用效果進(jìn)行測(cè)試，在某變電站內(nèi)選用幾組備用間隔匯控柜模擬內(nèi)部空調(diào)故障，將目前電網(wǎng)運(yùn)維中的解決方法和使用新裝置后的方法進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，使用本文研制的應(yīng)急裝置后，僅需1～2名人員即可完成工作，且耗時(shí)在0.5 h以內(nèi)。該裝置操作過程簡(jiǎn)單，極大地提高了運(yùn)行人員的維護(hù)效率，并間接降低了柜內(nèi)各裝置回路因高溫高濕而故障的可能性。此外，本裝置根據(jù)要求可快速響應(yīng)的特點(diǎn)具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。據(jù)了解，當(dāng)有二次屏柜內(nèi)發(fā)生散熱故障或裝置發(fā)熱發(fā)出故障告警時(shí)，電網(wǎng)公司要求無人值守的電站運(yùn)維人員在45 min內(nèi)趕到，本智能散熱裝置可以在運(yùn)維人員趕到之前、故障發(fā)生之后短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)故障的初步處置，最大限度保證變電站內(nèi)設(shè)備安全。

4 ?本裝置的多維度發(fā)散研究

通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，還可對(duì)本裝置進(jìn)行以下升級(jí)改造或拓展[3]：

（1）把本裝置的散熱裝置外罩替換為鋁合金、黃銅或青銅做成的板狀、片狀、多片狀熱交換器散熱，貼在智能終端外層，使元器件發(fā)出的熱量傳導(dǎo)到散熱片上，再經(jīng)散熱片散發(fā)到周圍空氣中去。同時(shí)，把變頻渦旋散熱替換為水冷或油冷熱轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)熱管進(jìn)行降溫，同樣能達(dá)到目的，還能簡(jiǎn)化裝置的拆裝折疊步驟。

（2）在匯控柜底部防火泥或柜體其他位置安裝預(yù)留好冷媒進(jìn)出管道及電源線管道，管道（超細(xì)管）兩頭采用單向閥進(jìn)行固封，對(duì)現(xiàn)有智能變電站內(nèi)的戶外匯控柜進(jìn)行預(yù)埋小管道的改造。當(dāng)設(shè)備散熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，采用移動(dòng)的分體式溫控設(shè)備，快速將可移動(dòng)分體式溫控設(shè)備接入預(yù)制散熱管路中，并連接好冷媒的進(jìn)出管及電源線，啟動(dòng)本裝置對(duì)匯控柜進(jìn)行快速降溫。

5 ?結(jié)語

隨著智能變電站的逐步推廣，高度集約化智能終端的散熱系統(tǒng)故障導(dǎo)致智能設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的矛盾越發(fā)突出。本文針對(duì)智能變電站運(yùn)維過程中的剛需問題，設(shè)計(jì)了智能變電站移動(dòng)組合式應(yīng)急散熱裝置，集成溫濕度監(jiān)控、凝露控制功能，具有靈活配置、占用空間小、降溫迅速的特點(diǎn)，可有效解決智能變電站內(nèi)智能終端散熱系統(tǒng)故障可能引發(fā)的設(shè)備問題，顯著提高智能變電站運(yùn)行維護(hù)的可靠性，具有極高的工業(yè)實(shí)用價(jià)值且便于推廣，可為后續(xù)智能變電站運(yùn)維智能一體化提供研究與實(shí)踐基礎(chǔ)。

編輯：黃飛

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