变电站开关设备防凝露措施研究.doc

变电站开关设备防凝露措施研究 【摘 要】本文首先分析了我国南方地区供电开关设备防凝露措施的不足，其次就防凝露系统的工作原理和结构展开探讨，最后结合实际试验得出准确的性能结果与装置控制可行性。对今后变电站设备防凝露技术研究有良好的借鉴意义。 【关键词】变电站；开关设备；防凝露措施 我国南方地区，因为当地空气环境湿度较大，端子箱开关柜等柜（箱）式电气设备内部特别容易发生凝露现象，继而引起腐蚀，使得绝缘能力降低，影响其机械和电气的性能，更甚者直接导致绝缘件表面沿面放电而导致事故的发生。 1 当前变电站开关设备加热除湿器的不足 当前变电站内端子箱应用的加热除湿器尚存在着以下不足：（1）对防凝露控制器本身缺少切实有效的监视及控制手段，不能及时监视加热除湿器设备的运行状态；（2）传统的加热控制器需要人工投退，增加了运行人员的工作负担；（3）大部分的终端工作电源直接通过电容从交流220V的电源取电，通过晶闸管来控制加热板进行除湿工作，该模式没有任何的电气隔离，存在着较大的安全隐患。 2 防凝露系统的工作原理和结构 2.1 防凝露系统的工作原理 以往的防凝露系统主要采用的是温、湿度闭环控制，开关控制或者PID控制，开关控制虽然实现起来比较简单，不过其精确度较差。PID控制精确度虽然较高，不过其运行需要建立数学模型，参数整定要求比较高。而在温、湿度非线性复杂变化的环境下，不容易做到精确建模。因此模糊控制理论便应运而生，该理论可以模拟人脑智能，是随着环境变化的自适应控制技术，其比较适合非线性系统以及需要精确描述的数学模型等复杂系统。 参照凝露形成和预防的机理，我们能够通过采集端子箱（柜）式电气设备内外的温、湿度来控制并破坏凝露形成的条件，一般可以采用如下两种方式：冷凝或者吸收的方式。该方法主要是通过热交换器将空气中的水分冷凝成水珠进而排出，或者通过吸湿器来吸附并排除空气中的水分；加热空气的方式。在一个相对密闭的空间中，内部温度升高则相对湿度就会降低，因此通过对这一密闭空间内部进行加热升温的方法也可以达到有效降低相对湿度的目的。 在本文中笔者主要使用第二种方式来进行防凝露工作。具体通过以下步骤进行：第一，在温、湿度、加热还有排热时间之间建立渐变关系，继而再建立模糊规则，依照采集到的箱内外温度、湿度作为输入条件，得到控制参数大小。 加热时间与排气时间作为系统控制参数，这两个参数的控制算法基本是相同的。通过模糊控制，可以提高工作效率，大量减少防凝露设备的无效使用时间，进而使得端子箱防凝露控制器的可靠性以及工作寿命显著提高，并降低电能消耗。 2.2.1 控制系统 该系统的控制核心是32位的单片机，能够进行温度和湿度的采集工作，控制排气加热单元，并对系统的控制条件和策略进行判定。本系统采用的STM32系列32位闪存微控制器使用了ARM公司的Cortex-M3内核，该内核能够降低功耗，提高机械的工作效率，并具有价格优势和实时应用性能。该器件配置了灵活的操作端口和控时器，其价格低廉，抗干扰性能好，能够满足电力设备工作的需要。 2.2.2 温湿度传感器 温湿度的采集依靠的是温湿度传感器，本机采用的型号为SHT11，其温度测量的范围在40125之间，精确度能够达到0.1，湿度的测量范围为0100%，精确度能够达到0.1%。该传感器将温度传感器和湿度传感器结合为一个整体，提高了测量的精度，并通过片内自带的14位A/D转换器，通过I2C总线输出。 系统通过单片机的两根通用I/O线模拟I2C总线，进行温度和湿度的数据采集工作。在实际的操作过程中，需要对程序中的传感数据进行修正和调整，防止温湿度传感器的机型差别导致控制程序出现误差。对同一个设备应当在同一环境中进行误差分析与调整，提高系统精度。温湿度传感器将端子箱的温度、湿度等数据传送给终端的控制器，从而实现总体控制。 2.2.3 排气单元 排气单元主要使用了排气扇，针对阴雨天气进行排气操作。阴雨天气时箱内的湿度会低于外部的湿度，需要将内部的气体排出，并将外部的空气排放进来。排气单元使用的排气风扇设备功率为1W，经过计算，得出排气扇每10min完成0.5m3的端子箱空气置换。排气控制电路采用了单片机端口控制开关电路，输出的电路运算结果能够通过检测电阻测试风扇的电路状态。 2.2.4 加热单元 该系统的加热单元使用的是远红外线的加热装置。与传统的热风、蒸汽、电阻等加热方法相比，远红外线加热的设备体积相对较小，生产的费用更低，加热的速度快、效率高，因此远红外线加热器能够代替电加热的方法，可节省30%的电能。 2.2.5 电源控制 该系统采用了市电供电的方式，由市电提供加热器，经过AC-DC电源转换电路获得+5V的工作电压，为控制系统、传感器和排气设备提供电源。单片机和温湿度传感器使用的电压是+3.3V，因此需要将电源经过转换达到3.3V的电压，从而为系统供电。 电源供电还需要做好滤波和防雷措施。为了提高电源的安全性，变电站内使用了工业级的隔离电源，以解决变电站内的电压高、电磁干扰强的问题。该设备采用继电器输出的电源驱动加热板，实现了加热器与终端控制之间的隔离，保证了设备和人身的安全。 该系统是一个整体，单片机作为核心控制系统对端子箱的运行环境进行监视和管理，并根据不同季节和不同端子箱的参数对比进行控制。温、湿度传感器通过测量端子箱的温度和湿度情况，将数据传给终端控制器。排气和加热单元根据控制系统发出的信号进行温湿度的控制操作。通过整个系统的联合运作，达到防凝露的要求。 3 试验研究 3.1试验准备 为了验证该装置控制的可行性，笔者开展了一段时间的现场试验。在端子箱底部两端设置了加热器，其运行后能够覆盖住整个端子箱，在箱顶部排风口处装置风扇，大约每0.5h能够完成一次空气交换。把该项试验设备安置在某供电局的两个位于山上的110kV变电站，山上湿度大，易产生凝露现象，并且选择在多雨的季节进行。 3.2 试验数据 如图1、图2所示，在该项试验中，用实心方形来表示使用新装置的端子箱内部的温度和湿度；使用实心点来表示当前较为通用的防凝露控制器的温度和湿度；用菱形来表示外部环境的温度和湿度。把测得的所有试验数据依照时间顺序在图中列出，通过对比能够看到它们的变化趋势。 3.3 试验分析 （1）从图1可以看出，新装置的温度曲线相对于环境温度要稍高，它们的温差波动比较小；采用一般防凝露设备的温度比环境温度起伏较大。 （2）从图2可以看出，新装置端子箱的湿度变化起伏较小，且均小于环境湿度的一半以上，这样可以保证箱内湿度明显小于凝露点，进而防止凝露的出现。 （3）采用一般防凝露设备的端子箱的温度曲线时，常出现高于环境温度4以上的数据，这主要是由于过长的加热时间造成的，一方面造成了电能的浪费，同时还减少了加热器的使用寿命；同时保证该端子箱温度曲线低于环境温度，若此时湿度较大，凝露现象则很容易出现。 3.4 试验结论 经过上述的试验过程，该系统经过一系列的控制操作，实现了防凝露控制的要求，该系统的响应速度快、控制精度高、运行状况良好，具有较高的安全性和可靠性。该系统通过温、湿度传感器进行温度、湿度的模糊控制，并采用简单开关控制的方法测量端子箱内外部的温度和湿度。 同时通过单片机控制系统对测量得来的数据做出基本的判断，实现高效控制。排气和加热单元能够将端子箱内部和外部的空气相互交换，并进行加热，消除凝露产生的根源。该系统排除了传统的被动防凝露的方法，根据对端子箱温湿度的模糊控制进行防凝露控制工作，提高了防凝露的可靠性，提升了加热器和排气扇的使用寿命，提高了系统工作的稳定性，减少了电能的消耗。 4 结语 凝露容易对变电站的开关设备造成腐蚀，导致放电短路故障。为了防止这种情况的出现，需要选用适当的控制方法达到防凝露要求。该系统能够利用端子箱内外部的湿度和温度作为判断条件，利用单片机进行控制，并通过排气单元和加热单元对温度和湿度进行模糊控制，增强端子箱防凝露的可靠性，提高开关设备的使用寿命，减少事故的发生。 参考文献： 1黄强，陈贵亮，张维静等.变电站高压开关柜室防潮除湿方法及治理措施J.安徽电力，2012（5）. 2洪峰，陈众，李静漪等.城市箱式变电站的防凝露措施J.浙江电力，2013（1）. 作者简介： 张寿贵（1983），男，广东韶关人，高级工，研究方向：变电站运行管理。 (function() var s = “_” + Math.rand