摘要：智能变电站户外智能组件柜构造复杂、控制模式较多，分别拥有温控风扇、空调以及热交换器3种温湿度控制模式，功能性强大。本文探讨了它的基本工作原理，并对它的3种温湿度控制模式方案进行综合控制性能比对，并得出结论。
关键词：户外智能组件柜；智能变电站；温湿度控制；方案比较；性能分析
在智能变电站户外智能组件柜体中配备了大量的有源发热设备，所以它也相应配置了空调、热散机、热交换器以及加热器等等，这些都能实现对柜体温湿度的有效调节。特别是在户外环境中，其气候复杂多变且极端，针对户外智能组件柜的温湿度控制能力就更应该加以强化，间接确保智能变电站生产运营工作正常。
一、户外智能组件柜的基本组成与工作原理
结合我国的《智能变电站智能控制柜技术规范》相关要求，户外柜本身所采用的是双层结构设计，其中户外柜的内侧板夹层间距应该为25mm，其中的外侧板上下位置还设置了百叶窗但上下均不做封口处理，按照需要再适当加装隔热棉。这种设计能够确保户外柜在夏天由于受到阳光直射而造成的柜体高温，有利于柜体内部的有效散热与保温。户外智能组件柜本身包含了温控风扇、热交换器与空调3个重要分支组件。
（一）温控风扇的基本组成与工作原理
温控风扇由温湿度控制器、传感器、加热器所共同组成，它主要借助户外柜双层结构中的外壳与外界实施实时热交换，实际上这是一种相对被动的散热方式。
温控风扇中的温湿度控制器拥有自动开关功能，所以通过散热功能它能够实现对户外柜内部的温湿度有效控制。例如如果柜内温度已经超出温度上限设定值（超过35℃），则温控风扇自动启动；如果柜内温度低于温度下限设定值（低于5℃），温控风扇自动关闭。再者，温控风扇的除湿功能可保证户外柜湿度大于80%左右，同样利用开启或关闭加热器的方式进行风扇操作。
图1 热交换器工作原理示意图
（二）热交换器的基本组成与工作原理
热交换器的主要组成部件就是高导热性的导管，当导管受热后它的冷媒流体就会吸收热量并气化为蒸汽，在微小压力差作用下保证向散热区放出热量，这就是它的外循环与内循环工作原理，如图1。
如图1，热交换器同时拥有外循环与内循环两种工作原理。就以外循环为例，当外界冷空气通过柜外进风口全部进入热交换器以后，可以通过换管的方式吸收内循环热空气所传递出的热量，此时温度升高，其中的多余温度就会从柜外出风口全部排出。另外，系统还有换热、加热、除湿等等功能。
（三）空调的基本组成与工作原理
户外智能组件柜中拥有空调这一制冷设备，它的制冷组件就包括了压缩机、蒸发器、冷凝器、干燥过滤器、冷却风机以及内风机。空调主要通过控制系统来采集温湿度指标并实现自动化调整，可实现对柜内温湿度的有效设定，同时设置了温湿度报警装置。空调同样具有加热及除湿功能，一般保证柜内温度大于除湿温度设定值，并默认为80%，如果湿度回落到除湿湿度设定值则会停止为户外柜除湿加热[1]。
二、基于工程实测数据的户外智能组件柜温湿度控制方案对比分析
户外智能组件柜在常规运营中需要解决过热、过冷或过湿问题，确保电力户外柜在户外环境中的工作运营安全可靠性。实际上，3种分支组件模式都能设计独立的户外柜温湿度控制方案，这里结合3项工程案例，基于工程实测数据简单探析3种温湿度控制方案的实际运作效果。
（一）案例项目户外柜的基本概况
这3项工程项目的户外柜尺寸一致，均为2000mm x 800mm x 600mm，它们均配备了智能终端，可保证户外柜的实际热耗大约控制在200W左右。将3种温湿度控制模式的温度上限全部设定为35℃，湿度上限设置为80%，在某一天内展开方案对比实验。
（二）案例项目户外柜3种温湿度控制模式的实测数据对比分析
首先是温控风扇模式，结合它的传感器针对户外柜的温湿度数据进行采集，并实现后台动态实时监控，其温湿度数据如图2。
图2 温控风扇工程实例中的温湿度数据示意图
其次是热交换器模式，对户外柜运行环境进行监测分析，配合热交换器内置传感器对其智能终端柜装置中的温湿度实施有效采集，主要基于热交换器所附属的以太网接口将实测数据传送到监控后台系统中，以下给出热交换器模式下的温湿度数据，如图3。
最后看空调模式，它同样以监测柜内运行环境为标准，结合空调内置传感器对智能终端柜装置的温湿度进行实时动态采集。同时它也通过空调所自带的以太网接口将实测数据全部上送到监控后台系统，以下给出空调模式下的温湿度数据，如图4[2]。
图4 空调工程实例中的温湿度数据示意图
结合上述3种工程实例中的3种温湿度控制模式可以看出，在理想状态下，温控风扇模式的风扇基本都能达到内外温度平衡，而热交换器模式则在平衡内部温度过程中会比外部温度高出10℃左右，最后空调方式则在内部温度控制方面要低于户外柜的外部温度。从上述对比可以发现，温控风扇可有效吸入外来空气并驱散户外柜内部的热量，属于典型的低热耗模式，它的温湿度控制成本相对低廉。但是需要对其定期清理维护滤网，还需要外置配合加热器、温湿度控制器以及传感器，如果不加以及时清理维护可能会导致其风道堵塞而形成散热不佳结果。因此智能变电站户外柜应该采用小型温控风扇最为合理。
空气热交换器属于内外部同时驱动调节空气循环，考虑到该模式下设备处于全封闭状态，而且其集成度相对较高，所以在设备后期维护成本方面较高，应用便利程度不够。
最后空调是相对良好的制冷系统，它能够制造比环境温度更低的温度，且受到外部环境温度的影响相当小，而且具有较高的防护等级，一般能够保持柜内温度控制在35~40℃左右，这也是户外智能组件柜的最佳工作温度。不过空调设备结构相对复杂，应用成本较高且能耗较大，在某些环境极其恶劣场合不宜使用。
总结
综上所述，智能变电站的户外智能组件柜所拥有的3种温湿度控制模式各有其优势劣势，变电站户外柜在日常生产工作过程中还要根据实际情况进行合理选用，创造良好的温湿度控制环境，提高户外柜工作效率。
参考文献
[1]雷铭,王志林,曹正锋.智能变电站户外柜温湿度控制的研究[J].电力系统装备,2013(3).
[2]汪洋,王成智,杜镇安,等.户外电气设备组件柜温湿度控制技术研究[J]. 湖北电力,2017,41(5):17-21.
论文作者:徐炯
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：温湿度论文; 热交换器论文; 户外论文; 智能论文; 风扇论文; 组件论文; 柜内论文; 《电力设备》2018年第20期论文;