0  引言

    隨著國民經(jīng)濟(jì)和電網(wǎng)的飛速發(fā)展，各電壓等級的變電站數(shù)量不斷增長，為節(jié)約寶貴的土地資源，減少噪聲等，變電設(shè)施設(shè)計越來越多地采用地下布置方式。地下變電站優(yōu)點明顯，由于其建設(shè)于地下，不占用地面土地資源，可以節(jié)省大量城市建設(shè)用地，同時與周圍市政環(huán)境保持協(xié)調(diào)，在城市電網(wǎng)中得到越來越多的應(yīng)用。

    地下變電站由于處于地下，站內(nèi)潮濕、高溫、站內(nèi)水位、有毒氣體積聚等問題顯得尤為突出，使得變電設(shè)備發(fā)生故障概率升高，存在嚴(yán)重安全隱患。隨著變電站投運年限的增加，變電站室內(nèi)的環(huán)境問題會越來越嚴(yán)重^[1-2]。

    傳統(tǒng)的變電站環(huán)境調(diào)控方式大多是從單一角度出發(fā)，無法對站內(nèi)所有環(huán)境要素進(jìn)行系統(tǒng)性和綜合性調(diào)控^[3]。因此，需要在安全可靠的前提下，綜合性、系統(tǒng)性地進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，達(dá)到一體化、智能化、系統(tǒng)化解決各種環(huán)境問題。

    本文提出的地下變電站運行環(huán)境智能調(diào)控系統(tǒng)通過優(yōu)化和改善變電站設(shè)備所處環(huán)境的小氣候，自動跟蹤環(huán)境溫濕度變化，進(jìn)行動態(tài)跟蹤控制，以適應(yīng)設(shè)備負(fù)荷變化引起的發(fā)熱量變化以及環(huán)境溫度變化，為設(shè)備營造一個干燥、潔凈、溫度適宜的運行環(huán)境。

1  運行環(huán)境對地下變電站設(shè)備運維影響

1.1  濕度因素

    濕度是影響電氣設(shè)備正常運行的重要因素。一方面開關(guān)設(shè)備中多處（如母排）依靠空氣絕緣，濕度過高，將使空氣的絕緣性能降低；另一方面空氣中的水分附著在絕緣材料表面，使電氣設(shè)備的絕緣電阻降低，特別是使用年限較長的設(shè)備，由于內(nèi)部有積塵吸附水分，潮濕程度將會更嚴(yán)重，導(dǎo)致絕緣電阻更低，設(shè)備的泄露電流大大增加，甚至造成絕緣擊穿，發(fā)生事故^[4]。

    圖1為依據(jù)浦東供電公司4個典型地下變電站2017年3月~8月地下三層濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)所繪制的曲線圖。從圖中可知，4個地下變電站整體濕度較高，特別是在6月份梅雨季節(jié)，濕度明顯升高。

1.2  溫度因素

    由于設(shè)備內(nèi)部損耗使設(shè)備具有一定的溫度，如果周圍環(huán)境溫度過高或空氣流動性差，使設(shè)備的熱量不能及時散開，將會使設(shè)備因過熱跳閘，甚至燒壞設(shè)備。對于自動化程度較高的地下變電站，室溫過高會影響站內(nèi)各類電子設(shè)備穩(wěn)定運行。

    圖2為根據(jù)浦東供電公司4個典型地下變電站2017年3月~8月地下三層溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)所繪制的曲線圖。從圖中可知，4個地下變電站整體溫度不高。

1.3  視頻監(jiān)控

    傳統(tǒng)變電站雖已實現(xiàn)無人值守，但由于缺少相關(guān)監(jiān)控手段，對站內(nèi)運行環(huán)境及設(shè)施設(shè)備情況監(jiān)控效率不高，運維成本較大。

1.4  消防因素

    消防安全是變電站運行安全的重要一環(huán)。地下變電站由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大型機械難以進(jìn)出等原因，事故處理時間較傳統(tǒng)變電站更久，一旦發(fā)生火災(zāi)將造成嚴(yán)重后果。因此在地下變電站中增強消防監(jiān)控水平尤為關(guān)鍵。

1.5  SF6因素

    為有效利用空間，地下變電站多采用SF6充氣設(shè)備。具有滅弧能力強等特點的同時，SF6氣體存在泄漏風(fēng)險，一方面嚴(yán)重影響設(shè)備運行安全，另一方面威脅運維人員安全。

1.6  水位因素

    地下變電站受環(huán)境因素影響，電纜層積水的風(fēng)險突出。電纜層積水影響設(shè)備安全運行^[5]。

2  變電站運行環(huán)境智能調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計研究

2.1  變電站運行環(huán)境智能調(diào)控系統(tǒng)總體架構(gòu)

    基于上述環(huán)境因素對地下變電站所產(chǎn)生的影響，本文搭建變電站運行環(huán)境智能調(diào)控系統(tǒng)總體架構(gòu)。系統(tǒng)通過溫濕度檢測單元、有毒有害氣體濃度檢測單元、現(xiàn)場通信管理機、電機智能驅(qū)動、后臺調(diào)控系統(tǒng)及相關(guān)接口軟件，將各功能子模塊進(jìn)行組合。其中，各類環(huán)境信息由各自安裝在相應(yīng)位置的監(jiān)測探頭測得。各系統(tǒng)連接如圖3所示。

    地下變電站運行環(huán)境智能調(diào)控中心將視頻調(diào)控、溫濕度監(jiān)測、SF6監(jiān)測、技防報警主機、火災(zāi)報警主機等一系列監(jiān)測系統(tǒng)收集到的環(huán)境信息匯總處理，然后上報變電站/區(qū)域控制中心等上級控制單元。

2.2  參數(shù)檢測單元

    參數(shù)檢測單元由安裝在開關(guān)室、保護(hù)室等設(shè)備室需要檢測位置的墻壁、開關(guān)柜上的溫濕度、SF6密度檢測元件、智能遠(yuǎn)程紅外遙控器、遠(yuǎn)程智能I/O模塊、開關(guān)量采集模塊構(gòu)成?？刂圃鶕?jù)設(shè)備室調(diào)控設(shè)備性能配置組建，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)信息與通信管理機雙向數(shù)據(jù)傳輸。其結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

2.3  通信控制單元

    通信控制單元可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時判斷、裝置故障信息處理及數(shù)據(jù)實時傳輸通信管理，通信控制器可與各類變送器、遠(yuǎn)程智能I/O模塊、開關(guān)量采集模塊進(jìn)行通信，也可與其他的智能設(shè)備通信。通信控制單元負(fù)責(zé)接收各檢測單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，計算處理后控制所轄除濕、降溫、排風(fēng)系統(tǒng)，并將設(shè)備運行情況、現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)上傳調(diào)控系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

2.4  后臺調(diào)控單元

    后臺調(diào)控數(shù)據(jù)處理采用OPC技術(shù)可方便實現(xiàn)與第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲、故障信息記錄、數(shù)據(jù)發(fā)布和相關(guān)報表等處理任務(wù)。它由多個運行模塊組成。運行模塊由兩部分構(gòu)成：工具部分和在線運行管理部分。工具模塊可以在系統(tǒng)運行的同時進(jìn)行制圖、制表、圖元編輯、數(shù)據(jù)庫生成。在線運行模塊是系統(tǒng)運行時用于對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測、修改和調(diào)試進(jìn)程，包括實庫數(shù)據(jù)檢索、畫面調(diào)用、歷史數(shù)據(jù)、運行登錄、系統(tǒng)管理、系統(tǒng)檢測和功能模塊。上述功能被集成于主控平臺之中，運行人員根據(jù)主控平臺的提示可啟動相應(yīng)的功能模塊，實現(xiàn)收集、記錄、處理由前端計算機上傳的數(shù)據(jù)。

3  系統(tǒng)實用檢測

    選擇具有代表性的一座地下變電站安裝運行環(huán)境智能調(diào)控系統(tǒng)，對站內(nèi)環(huán)境進(jìn)行全天候監(jiān)測與智能控制，如表1所示。

    系統(tǒng)安裝前后站內(nèi)相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)如表2所示。

    連續(xù)跟蹤監(jiān)測表明，安裝運行環(huán)境智能調(diào)控裝置后開關(guān)室內(nèi)設(shè)備運行環(huán)境有了顯著改善：站內(nèi)環(huán)境明顯干燥涼爽，安裝前室內(nèi)風(fēng)管和開關(guān)柜金屬部件上能夠見到凝露產(chǎn)生的水珠，安裝后凝露現(xiàn)象完全消除；站內(nèi)溫濕度情況正常；其他功能如視頻調(diào)控、水位調(diào)控、SF6監(jiān)測等運行正常；同時運維人員能夠隨時了解和查詢站內(nèi)工作狀態(tài)，有效減少變電站運維人員的工作量，設(shè)備運行的可靠性、穩(wěn)定性、安全性得到了較大提高。

4  結(jié)束語

    本文研究了運行環(huán)境對地下變電站設(shè)備安全性、可靠性的影響。通過對變電站現(xiàn)場的大量數(shù)據(jù)采集和調(diào)研，分析高溫、潮濕、站內(nèi)水位、有毒氣體積聚等環(huán)境問題對地下變電站設(shè)備運維的影響，基于調(diào)研分析的結(jié)果，充分利用變電站現(xiàn)有資源設(shè)計地下變電站運行環(huán)境智能調(diào)控方案。采用基于傳感器、無線通信的統(tǒng)一監(jiān)控平臺，實現(xiàn)對變電站內(nèi)的溫濕度、SF6調(diào)控、風(fēng)機、水位、視頻調(diào)控、消防等生產(chǎn)輔助設(shè)備或系統(tǒng)的運行狀態(tài)等信息的采集和控制，實現(xiàn)設(shè)備間的智能化聯(lián)動。通過選取典型地下變電站，現(xiàn)場安裝運行環(huán)境智能調(diào)控系統(tǒng)，試驗表明本系統(tǒng)能夠有效改善地下變電站運行環(huán)境。

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作者信息:

邱名義，方  略，曲曉東，徐夢超，謝  濤，都泓蔚，龍  鵬

（國網(wǎng)上海浦東供電公司，上海200120）