简介:关于本文可作为温度风扇方面的大学硕士与本科毕业论文温度风扇论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
（国网芜湖供电公司,安徽 芜湖 241000）
【摘 要】本文主要是对户外智能控制柜温度智能控制设计研究.智能终端和户外柜安装在主控室外,受环境温度影响较大,设计户外柜就是要由柜体本身来承担和消除由这些差异带来对终端及保护等自动化装置不利影响,即必须为这些设备提供了接近室内的工作环境,从而保证自动化设备及其它普通电气设备在户外条件下的正常运转和工作.
【关键词】变电站；智能控制柜；环境控制
作为就地安装的装置的主要宿主设备,智能控制柜在智能变电站中具有重要地位.智能控制柜的全环境适应性、完备的信息交互、高可靠易维护性、高性价比节能设计都会对智能变电站安全运行和经济节能环保产生深刻影响.通过本项目对智能控制柜运行环境控制技术的专项研究,引入合理有效的散热设计、温湿度智能控制系统,使得智能控制柜在温湿度控制、节能环保等各方面性能有显著的提升.
依据国网《智能变电站继电保护技术规范》相关要求,目前的智能化变电站均将智能终端、合并单元就地化安放.由于智能终端、合并单元等设备对环境温湿度、抗电磁干扰能力等要求较高,当它们集中布置于二次设备室时,由于二次设备室良好的温湿度环境和抗电磁干扰能力,可以保证这些二次设备的安全可靠运行和较长的使用寿命,但当它们下放一次设备场地,就地化布置时,外部的温湿度环境和电磁干扰影响都远比二次设备室恶劣,尤其在户外GIS和AIS站中,这一情况将更加严重.因此,要保护它们的正常运行,就必须对用于安装它们的智能控制柜提出更高的要求.
1. 当前户外柜环境控制主要方式
1.1 强迫风冷方式
采用风机（轴流风机或离心风机）,实现柜内外空气的对流,将室内热空气排到室外,同时将室外的冷空气排入室内,实现柜内热量的转移.
优点：（1）风机结构简单,体积小,安装、维护方便；（2）能耗低；（3）成本很低；
缺点：（1）夏天环境温度过高时,散热效果差,不能长期承担对机柜降温的重任；（2）防护等级低,灰尘、湿气及腐蚀性气体进入机柜内部,容易积聚粉尘等污垢,并污染柜内的元器件,进而加剧元器件热岛效应；（3）风扇只能散热降温,冬天环境温度过低,不能给机柜加热升温.
1.2 热交换器散热方式
热交换器装置是一种利用低于柜内温度的柜外空气,通过热交换芯进行有效交换,把柜内热量传递给柜外空气.热交换器工作时,不同温度的柜外空气和柜内空气在风机的驱动下通过由金属材料制成的分隔板进行热量交换,两边的气流100%完全隔开.
优点：（1）防护等级高,排除了湿度、灰尘对柜内可能产生的污染,避免由于热量、湿度、灰尘和其它污染物引起的故障等功能.（2）散热效果较风扇好.
缺点：（1）由于热交换器的本质是热传导,因此柜内温度总是高于环境温度,夏天环境温度过高时,将导致柜内温度过高；（2）热交换器风扇只能散热降温,冬天环境温度过低,不能给机柜加热升温.
1.3 空调器温控方式
机柜空调器有壁挂、半嵌、全嵌、顶置等多种安装方式,可以根据机柜中具体温度情况决定是制冷还是加热.
优点：（1）散热效果好,由于冷风直接送至热源附近,可以保证机柜内不出现热点；（2）防护等级高,能阻止灰尘、湿气及腐蚀性气体进入机柜内部；（3）冬天环境温度过低时,可以加热升温.
缺点：能耗高.
2. 一种基于空调与风扇协同工作的户外柜温控系统
以往的电力系统二次装置都是按照室内的环境条件设计,由于变电站设备室良好的温湿度环境和抗电磁干扰能力,可以保证这些二次设备的稳定运行.而智能控制柜安装在户外条件下,需要提供更加优良的运行环境.针对目前主流的三种环境控制方式的优缺点,我们需要研究一套更加优化的方案已适应户外柜特殊的环境控制要求.
基于目前户外柜所使用的环境控制方式的优缺点,研究出了一套基于空调与风扇协同工作的户外柜温控系统.该系统充分利用空调、风机的自身优势,大大提高温控系统的可靠性,并降低了系统能耗,延长系统使用寿命.
2.1 方案概述及操作原理
（1）该系统包括机柜、空调、若干风机、以及一个与风扇配套的电动百叶窗.
（2）更进一步,所述电动百叶窗安装在钣金折弯盒中,组成电动百叶窗模块；所述风机安装在风机安装板上,组成风机模块；所述钣金折弯盒安装于风机安装板上,电动百叶窗、钣金折弯盒、风机、风机安装板组成独立的强迫风冷模块.
（3）更进一步,所述机柜为双层壳体结构,包括内层壳体和外层壳体；所述强迫风冷模块吊装于机柜内层顶板上,通过螺钉连接.
（4）更进一步,所述电动百叶窗为所述风机的进风口,所述内层顶板与外层顶罩的架空空间为所述风机的出风口.
（5）更进一步,所述电动百叶窗包括叶片、电机、连接条、窗框；所述叶片具有凝露积水槽；所述窗框具有承接叶片凝露积水的引水槽；所述电机驱动连接条运动,所述连接条串接所有叶片,驱动百叶窗的开启与关闭.
（6）更进一步,所述空调选用带有除湿功能的壁挂式机柜空调,可安装于机柜后门或侧板上.空调可根据当地湿度情况选择一般的除湿空调,也可选择除湿性能强劲的转轮空调系统.空调在制冷的过程中,空气中多余的水汽会以冷凝水的形式析出,从而达到除湿的作用.转轮除湿原理是利用硅胶,氯化锂等除湿剂吸附空气中的水汽以达到除湿的功能.
2.2 控制逻辑
由于现在的智能变电站大多是无人值班甚至是无人值守变电站,要求智能控制柜在日常运行中能自动调节控制柜内运行环境,并及时准确将柜内运行环境状态进行实时监控和数据上传.因此,智能控制柜需采用智能化集成式设计,通过配置智能温湿度控制系统实现对柜内运行环境的实时调节、控制,并具备将环境参数信息实时上传的能力,即智能温湿度控制装置可对柜体内部环境温度、环境湿度,温控电源、风扇状态、加热除湿状态等信息进行实时监控和数据上传,保证后台运行人员能随时了解和记录柜体内部环境,并在风扇卡死损坏等故障情况下的时候采取人工干预措施.本系统控制逻辑如下: 当柜内环境温度首次达到35℃时,启动风扇,经一定时间（5分30秒）后,读取柜内环境温度.如温度降低32℃以下（风扇3℃回差）,则风扇停机.如温度仍不低于35℃,则启动空调进行降温,同时风扇停机.如柜内温度降低至30℃以下（空调5℃回差）,则空调停机.
与当前环境控制方式的对比：本方案的基于空调与风机协同工作的户外柜散热系统,与现有技术相比,优点如下：（1）与强迫风冷的方式对比：1.本方案在环境温度过高、或过低时,均具有很好的温度调节能力.2.防护等级有很大提高,当风扇停止工作时,机柜内部为封闭环境.3.双散热系统,可靠性更高.（2）与热交换器散热方式对比：热交换器散热方式,不具备低温加热功能.热交换器散热方式,柜内温度适中高于柜外空气温度,当环境温度过高时,散热性能大大降低.
3. 本方案双散热系统,可靠性更高
与空调器温控方式对比：由于环境温度处于高温、或低温的时间,空调才工作,因此本方案的能耗大大降低.
可靠性更高,空调、与风扇交替工作,将减少空调自身故障率,且本方案为双散热系统,二者互为备用.
（1）高温实验验证
将装有空调与风扇协同工作温控系统的智能户外柜放置在常温和高温环境下,采用FLUKE2620A数据采集器各个探头采集并记录柜内各点的温度.
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（2）温度采集点布置
机柜内部温控系统配置的温度传感器位于机柜背面右上方紧挨空气开关,图1所示红色圈内.
（3）温度采集结果及分析
常温下测得的户外柜温度曲线分布图（2014.8.19 19：30～2014.8.20 15：30）
说明：
1）10号、14号采集点为柜顶和柜底部环境温度.图2所示,曲线显示环境温度23℃~27℃,符合夏季高温夜间温度实际情况；14号采集点为柜下方环境温度,略低于10号采集点的柜上方环境温度,也符合热力学原理.
2）7、9号采集点为第三和第一层装置的温度.图2所示,曲线显示装置内部环境温度在35±6℃区间波动,符合温控系统的设定,表明温控系统工作正常；7号采集点位置较低,温度明显低于9号采集点,说明随着装置高度的提高,其周边环境温度也相应提高,在工程设计时可考虑将发热量较大的装置安装在较低的位置.
3.）12号采集点为风扇上部盲区的温度,图2所示,最高41℃,说明在风扇工作无法影响的区域,温度相对较高；
4）5号采集点为传感器附近的温度,由图3可知：当传感器附近温度达到35℃时,温度曲线上升变缓慢,说明风扇在35℃时已启动,并对柜内温度产生影响.但温度扔不下降,说明风扇无法将柜内环境温度控制在35℃以下,经过预设的时间间隔后,温度明显下降,说明系统控制空调启动,曲线显示当低于30℃时,温度又迅速回升.这是因为根据设定,当温度低于30℃时空调会自动关闭而导致柜内温度上升.
通过上述数据分析说明,柜内温度的变化符合环境控制系统设计的控制逻辑,且装置工作区域温度范围在27℃-37℃之间,也符合预期的要求.环境控制系统工作正常且有效.
说明：
1）10号、14号采集点为柜顶和柜底部环境温度.曲线显示大部分时间环境温度在43℃~53℃,；14号采集点为柜下方环境温度,略低于10号采集点的柜上方环境温度,也符合热力学原理.
2）7、9号采集点为第三和第一层装置的温度.曲线显示装置内部环境温度在35±6℃区间波动,符合温控系统的设定,表明温控系统在外部环境处于超高温状态时,也能工作正常,保证柜内装置的环境温度处于预期的状态下.其中7号采集点位置较低,温度明显低于9号采集点,说明随着装置高度的提高,其周边环境温度也相应提高,在工程设计时可考虑将发热量较大的装置安装在较低的位置.
3）12号采集点为风扇上部盲区的温度,5号采集点为传感器附近的温度,两处温度曲线基本重合,处于40±2℃的区间,即在环境温度超高的状态下,风扇盲区温度与传感器附近温度基本一致.说明在此温度状态下,风扇基本处于不工作的状态,主要依靠空调进行环境控制.
4）1号采集点为空调出风口温度,温度区间为23℃-35℃,说明当空调启动时,出风口温度为35℃,当空调停机时,出风口温度为23℃.
5）由图4可知：当传感器附近温度达到38℃时,空调启动,由于出风口温度35℃,仍处于较高的温度,空调对机柜的降温作用存在滞后现象,当传感器温度达到42℃时,柜内温度达到稳定状态,此时7号、9号采集点的装置位置环境温度在35±6℃区间,符合预期要求.
通过上述数据分析说明,柜内温度的变化符合环境控制系统设计的控制逻辑,且装置工作区域温度范围在35±6℃区间,也符合预期的要求.环境控制系统工作正常且有效.
通过温度分布曲线,图表及分析,表明装有风扇空调协同工作温控系统的智能户外柜能在环境温度达到53℃的恶劣情况下,仍然能将柜内设备运行环境温度控制在45℃以下,提供满足DL/T478-2010所规定-10℃～+55℃的大气环境温度条件,保障柜内继电保护设备的可靠运行,同时风扇空调能按照控制逻辑正常切换,降低能耗.
4. 结束语
本文总结以往户外柜环境控制方式,分析现有方式的优缺点,研究出了一种基于空调和风扇协同工作的温控系统,大大提高了户外柜温控系统的可靠性,并降低了系统能耗,延长系统使用寿命.并且经过高温实验论证,本系统安全可靠,达到温控目标.
［责任编辑：张涛］
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