（深圳供电局变电管理二所）
摘要：电容器是一种无功补偿设备，起着提供无功功率、减少系统压降的重要作用。110kV GIS变电站中，电容器通常装设于室内。为保证电容器正常稳定运行，要求维持室内温度在40度以下。然而，当前的电容器室暖通系统降温效果不理想，同时易造成较大的能耗，导致电容器运行环境的恶劣，电容器爆炸的事故也时有发生。本文在对当前的电容器室暖通系统进行调查研究的基础上，首先深入分析了其弊端，进而引入变频技术，改变通风结构，构建一种智能暖通系统，达到降温与节能的综合优化。
关键字：电容器室，暖通系统，降温，节能，变频，通风结构
0 前言
电容器是变电站最常见的无功补偿设备，主要作用是提供无功功率、减少系统压降和线损，一般采用就地补偿方式。在110kV GIS变电站中，电容器通常装设于室内。
电容器正常运行时，其内部介质温度应低于65度，最高不得超过70度，否则容易造成热击穿或者单元膨胀等现象，极大地影响运行寿命。根据现场运行规程，为保证电容器运行环境的良好，要求室内通风良好、温度不超过40度。
1 电容器室暖通系统介绍
通常110kV GIS变电站中六台电容器组按段分别安装于三个电容器室，每个电容器室装设独立的暖通系统，由温度感应器、温控箱、风机、排风管和进风百叶窗组成。
风机的通风量根据排热通风量计算公式 确定。正常情况下，进风百叶窗保持开启状态；同时，为防止室外灰尘、碎屑等异物吸入室内，一般均加装防尘网。
温度感应器实时监测室内温度，当温度超过设定值时，温控箱启动风机，开始抽出热空气，使室内形成一种强负压。在强负压的作用下，室外的冷空气通过进风百叶窗自然进入室内，从而达到降温除湿的效果。其控制逻辑如图1所示。
对暖通系统进行分析，发现主要存在以下弊端：
1）风机功率单一。排风风机的功率是根据电容器的额定发热量计算得出的，功率为定值，无法满足不同室温下对风机功率的差异化要求。且考虑到电容器经过一定的运行时间后发热量往往会增大，风机的功率还留有裕度。因此，选定的风机功率无法达到最佳效益，易造成能耗；
2）强负压的通风结构不合理。进风百叶窗安装于外壁底部，多采用自然进风方式。当温度较高时，受进风口大小的限制，进风量容易饱和，存在进风量难以及时补充的可能。另外，由于进风百叶窗加装了防尘网，运行一定时间后，灰尘会逐渐堵塞防尘网，也将导致进风量缩减；
3）进、排风口位置设计不合理。排风管直接从外壁一直延伸至靠近内壁处，三面百叶回风口从内壁上方抽出热空气；而进风口设于外壁底部，外面的冷空气进入后将会沿着附近的区域上升吸热，整体降温效果不佳。同时，排风管悬挂在上方，风机运转时容易产生噪声，运行人员在巡视前必须将风机手动停止；
4）暖通系统之间互联性差。三个电容器室的暖通系统分别通过三个温控箱独立控制，互联性较差，温度数据未能得到充分利用。
3 综合优化措施
针对大水坑站电容器室暖通系统存在的诸多弊端，文章从降温与节能的综合优化出发，引入变频技术，将强负压的通风结构改为弱正压，利用多组18b20温度传感器实时精准地监测室内温度，单片机对温度数据进行处理输出并改变电压PWM波形的占空比，实现对风机的变频控制。同时，单片机将各电容器室内温度、风机运转情况、风机运转功率等参数输出至监控主机，以便运行人员能够随时掌握各电容器室的情况。
3.1 弱正压式通风结构
为改善冷空气的降温效果并抑制运行噪声，将强负压的通风结构改为弱正压，即机械进风、自然排风。
将进风百叶窗改为进风风机，并用通风管道沿着地面走槽布局，将冷空气在室内合适的位置输出；将排风口改为百叶窗式排风口。为防止室外灰尘吸入室内，在进风风机口加装滤尘机。
风机将室外的冷空气送入室内，使之分布于整个地面，形成一层冷空气膜。当室内温度升高时，地面的冷空气吸收热量，密度减小，从而不断上升，冷热空气形成对流。在上升的过程中，冷空气持续吸热降温。热空气分布于上层，由于风机运转持续进气，冷空气膜始终得到补充，在冷空气的压缩下，热空气通过上方排风口排出，形成了一种类似活塞的向上单向流动。
以上便是弱正压式通风过程。风机的进气量通过监测的温度而实时调整，使通风过程始终维持着一个动态良性循环，保证了降温效果的最优化，同时也起着节能效果。
当电容器室发生事故时，由单片机发出指令关闭排风百叶窗，进风风机反转，将烟排出。
3.2 进风口位置设计
为保证冷空气能够以最佳路径迅速补充冷空气膜，提高降温效果，需要设计合理的进风口数量及位置。以大水坑站#2电容器室为例，冷空气从室内进风口输入后将以进风口为圆心进行圆形辐射扩散。因此，为保证冷空气能够迅速布满室内大部分区域，本文初步设计四个进风口，具体位置如下图所示。图中，四个进风口分别位于中心线交叉处，红色箭头为通风管道走向。
3.4 降温与节能效果分析
1）采用弱正压式的通风结构，室内冷空气膜整体对流上升，增大了对流面积，明显提高了降温效果。
2）采用变频控制技术，根据室温控制进气量大小，能显著降低能耗。
3）合理布置进排风方式，能够降低风机运行噪音。
4）优化后的暖通系统成本主要在于单片机和变频风机，具有一定的经济性。
4 总结
本文是在对电容器室日常巡视过程中发现的暖通系统问题进行思考分析的基础上，结合当前的节能化改造，提出了一种改善降温和节能效果的新思路，保证电容器组运行环境的良好。
论文作者:徐达东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/26
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