摘要：结合南方电网箱式变电站运行现状，潮湿和积灰是影响其安全运行的主要因素，通过设计一种带过滤功能的空气循环装置，使箱体内空气保持干净、干燥、恒温，并兼具SF6气体监测功能，为开关柜类设备安全可靠运行提供重要保障。
关键词：空气质量控制；空气循环装置；高压开关柜
1.前言
自2006年箱式变电站在南方电网开始运行以来，长期在南方潮湿环境中运行，主要存在的问题有：箱体内壁和设备潮湿并且积灰，空气质量不良。另外箱体下部为电缆室，电缆室内的潮湿空气在环境温度发生变化时上升，导致开关室内空气含水量急剧增加，同时也影响了安装在开关室内的高压开关柜等装置的正常运行。
本文对上述问题进行了研究、分析，并根据分析结果研究出一种全新的、廉价的、具有独立自主知识产权的装置，有效地解决了高压开关室内部受潮的难题。
2.现状调查
在现场，解决高压开关室内部受潮的方法是安装空调、大功率除湿机以改善箱体内环境温度与湿度。取得了不错的效果，但存在的主要问题是：能耗非常高，运维工程量较大；
工程中，箱式变电站中的箱体（高压开关室或电缆室）的密封性能极差，箱体内气体和箱体外气体能够实时进行不受控制的交换，这样，箱体外的水分、灰尘就被带入箱体内部，日积月累，导致箱体内部的环境质量越来越恶劣。
3.解决方案
3.1方案的技术原理
方案的基本技术原理是：首先将箱体密封起来，让箱体内部与外部的气体不能自由交换；然后再采用一套空气循环装置来控制箱体内、外气体进行循环交换，同时，在循环交换的过程中使用专用吸湿过滤材料，将空气的水分、灰尘等杂质进行吸收与过滤（装置的原理详见图1），从而保证箱体内空气质量符合要求。
图1 装置原理图
图例说明：M——风机；A1-A3——吸潮过滤装置；D1-D3——电磁阀；L1-L4——过滤网。
需要说明的是，该方案中没有使用加热装置，而是采用保持箱体内外基本无温差的控制方案来保证箱体内部无凝露现象的发生。
3.2装置的实现
装置由风机（M）、电磁阀（D1-D3）、吸潮过滤装置（L1-L4）、吸潮过滤装置（A1-A3）、管道系统、传感器和控制系统组成。其控制原理图详见图2所示。
（a）内循环 （b）外循环
图2 装置内循环与外循环控制原理图
装置具有2种功能：一个是空气外循环功能，另一个是空气内循环功能。装置能够正常工作的前提是：箱体处于密封状态。
空气内循环功能（图2（a）所示）：D1和D3关闭，D2处于打开状态。风机M接到控制命令后启动，此时箱体内空气经吸潮过滤装置L1→吸潮过滤装置A1→风机M→电磁阀D2→吸潮过滤装置A2→吸潮过滤装置L3过滤后回到箱体内，完成箱体内空气内循环流程。
空气外循环功能（图2（b）所示）：D1和D3打开，D2处于关闭状态。风机M接到控制命令后启动，此时箱体外面的空气经吸潮过滤装置L4→电磁阀D3→吸潮过滤装置A3→吸潮过滤装置L1→吸潮过滤装置A1→风机M→电磁阀D1→吸潮过滤装置L2过滤后流出箱体外，完成空气外循环流程。
3.3实用优化设计
核心控制部分，可以将电机、吸潮过滤装置、控制系统集成在一个专用箱体内部（如图3所示）。
实用优化设计中，以10-35kV高压开关柜为例来说明。在现场，室内高压开关柜是成排布置的（参考图4）。这样，将所有开关柜进行密封之后，N面开关柜就只需要1套适当功率的空气循环过滤装置即可，其优点是成本低廉，简单经济。
图3 装置结构示意图
图4 装置结构示意图
所有最终的系统集成结构原理如图5所示。每面开关柜至少有1个进气管道和1个排气管道，每个管道均有1个电动阀门控制气路的通与断，控制系统根据传感器采集的空气湿度、温度等数据自动选择需要进行空气循环的柜体，如此往复工作，以保持各开关柜内的湿度在控制范围之内。
图5 装置结构示意图
3.4控制策略
当开关柜内湿度超过50%（或设定值）或开关柜内温度与开关柜外的温差超过2K（或设定值）时，启动循环系统对该开关柜内空气进行循环和吸潮处理；柜内湿度小于30%（或设定值）时或柜内与柜外温差小于0.5K（或设定值）时，停止进行循环操作。
当开关柜内有SF6设备时，还应显示SF6气体在空气中的含量，当SF6气体含量超过规定值时自动启动空气循环装置并发现告警（当然SF6气体含量超标的处理，还需要与开关室的空气循环装置相互配合）。
系统可以自动控制，也可以设置成为人工手动对各装置进行分别控制。这一切都可以在后台工控机上的操作界面内以管理员的身份完成设置与切换。
4.风险分析
成套设备投入运行后，可能存在如下问题：
问题1：部分设备密封不彻底（如变电站内35kV和10kV高压开关室箱体、35kV和10kV移开式高压开关柜）。解决措施：⑴咨询箱体设备生产厂家和开关柜设备生产厂家；⑵根据现场实际，采用创新的和传统的方法对箱体进行密封。
问题2：研发出来的设备不方便安装、检修维护。解决措施：研发设计时提高设备的集成度与易用度，将需要检修或更换的元件安装在箱体外部（对于可以随时开门的箱体则可安装在其内部），将不易损坏的管道系统安装在箱体内部，但必须保证与高压部分的可靠隔离。
问题3：试点工程实施后效果不理想或能耗偏高。解决措施：⑴仿真计算时尽可能做到准确，并结合现场情况，留有一定计算余量；⑵通风设备和加热设备功率应比理论计算值稍大；⑶合理设定环境控制策略。
问题4：各单元模块与集中控制单元之间采用无线通讯的方式选用Wi-Fi，由于现场各设备如排风扇，空调，除湿机，加热器等设备之间的距离较远，超出了Wi-Fi覆盖的范围，导致通讯中断或通讯错误的事发生，这样影响各设备的准确执行。
如果出现这种问题，其预防措施为，通过分析各执行设备与集中控制单元之间的距离和环境情况，找出合理兼顾性强的地方安装Wi-Fi中继器，来扩大Wi-Fi范围，增强通讯的可靠性。
5.结语
通过具有完全自主知识产权的创新技术应用，发明了一种低成本的解决方案，有效地解决了开关柜内设备受潮的问题，降低了设备的故障率，提高了设备的可靠性，对保证电网安全稳定运行具有积极作用
论文作者:李宏力,赖罗彬,唐韬,周澜,周贵发,杨强强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：箱体论文; 装置论文; 空气论文; 开关柜论文; 设备论文; 柜内论文; 高压论文; 《电力设备》2018年第31期论文;