基于空气流动学的驱潮系统模型设计

引言

变电站是电力传输过程中非常重要的一环,为保证站内设备的正常运行,必须保证设备所处环境的温湿度在一个正常的范围内。变电站中常见的端子箱、机构箱、汇控柜、冷控箱、检修电源箱等电力箱体,作为变电站内一、二次设备的重要载体,保证了一、二次设备不受风雪雨水的直接伤害,但箱体内相对比较封闭的环境同样会产生问题,那就是一旦潮气进入箱体内就比较难以排出,使得这些重要的一、二次设备经常处于温湿度超标的环境中,甚至潮气会凝结成露珠,给设备的正常运行造成很大的隐患,甚至会造成设备的损坏。变电站中常见的直流系统接地很大一部分原因就是由于设备受潮后绝缘降低所致,而露珠滴到设备上有可能会引起短路甚至造成设备烧毁的严重事故。因此,保证电力箱体内温湿度在正常合理范围内显得尤为重要。

1常见的驱潮方法

变电站内电力箱体的防潮、驱潮工作一直是变电站运行管理人员非常重视的问题,也是一直在持续改进过程中的问题[1]。目前,变电站内针对电力箱体常用的防潮、驱潮方法主要有以下几种:加热器法、抽湿法、干燥剂法、通风法。

1.1加热器法

加热器法即在电力箱体内安装加热器,它是目前最常用、最主流的驱潮方式。加热器的功率从30w到200w都有,其原理是通过加热箱体内的局部空气使得箱体内的相对湿度降低,从而起到驱潮的作用。加热器安装简单、维护也方便,它的启动方式主要是手动加热和自动加热,手动加热是指通过空气开关的合上和断开来投退加热器,自动启动则是需要加装温湿度控制器来控制。

1.2抽湿法

抽湿法,顾名思义就是将箱体内的潮气抽离出箱体。具体做法是通过半导体冷凝法将潮气凝集成液态水,然后通过引水管排到箱体外面,从而降低箱体内的绝对湿度,达到驱潮的目的[2]。抽湿法是当前新兴起的除湿方法。

1.3干燥剂法

在电力箱体内悬挂或摆放干燥剂袋,通过干燥剂袋内的干燥剂吸收箱体内的湿气,从而降低箱内的湿度,起到驱潮的作用。但干燥剂一旦饱和,除湿效果便将失去,并且需要变电运行人员定期巡查更换,不仅需要耗费大量人力、物力,而且除湿效果一般,现在已经很少使用。

1.4通风法

通风法即通过空气对流使得电力箱体外界的干燥空气与箱体内的空气进行交换,达到降低电力箱体内湿度的目的。该方法在外界环境湿度较大时驱潮效果不太明显,且易造成尘土、小动物等侵入,带来二次伤害。

对以上几种常用驱潮方法进行分析对比,结果如表1所示。

通过表1的对比分析可知四种驱潮方法各有优缺点,单一使用其中一种方法都会产生额外的负面效果[5],因此本文将综合考虑各种驱潮方法,使得电力箱体本身与驱潮设备能够更加紧密地配合,从而互相抵消各种驱潮设备带来的负面效应,达到最佳的除湿效果。本文将从这一方面展开研究。

2基于空气流动学原理的电力箱体设计

2.1空气流动学原理

根据空气流动原理可知单位质量的空气的能量方程如式(1)所示:

式中,LR为空气克服流动阻力所消耗的能量:Lt为外部给予空气的动力源:Z1、Z2为断面1、断面2的基准高度:"1、"2为断面1、断面2的空气流速:p1、p2为断面1、断面2的流速压力:pm为空气密度。

由式(1)可知,当空气有外部动力源时,如被热源加热,空气会加快其流动的速度,因此根据这一原理在设计驱潮系统模型时会在电力箱体的底部安装一加热板,通过该加热板对进入箱体的空气进行加热,使其得以快速上升,从而减少潮湿空气与箱体内部设备的接触时间,降低设备受损的概率。

2.2电力箱体设计

根据空气流动学原理,本文研发设计出了如图1所示的电力箱体。

该电力箱体下侧面有一个进气栅,进气栅与箱体中间设计有一过滤层,该过滤层会把进入箱体内部前的空气中的水分过滤掉一大部分。待外部空气进入箱体内部后,通过靠近进气栅的#3温湿度传感器可以实时感知窜入的空气的温度与湿度,如果温度低于设定温度或者湿度大于设定的湿度值,控制器就会启动#1加热板对空气进行加热,外部窜入的空气由于受热而温度升高,根据空气流动的基本原理,这些进入箱体的空气混合着湿气会快速上升至设定高度,由位于箱体另一侧较高位置的排气风机排出箱体,进气及排气形成一个通道,解决了密闭箱体潮气积存的问题。同时,为保证不排气情况下箱体的密封性,以及防止小动物进入,排气扇会采用百叶窗的形式。

2.3箱体温湿度控制策略

如图1所示,箱体内共安装了两套温湿度传感器,一套位于箱体底部中间位置,即#3温湿度传感器,一套位于箱体上部的右侧,即#2温湿度传感器,为了检测箱体外大气的温湿度,在箱体外侧底部也安装了一套温湿度传感器,即#1温湿度传感器。箱体内还安装了两块加热板,一块位于箱体的底部,即#1加热板,一块位于箱体上部右侧#3温湿度传感器的下方,即#3加热板。此外,还在箱体上部左侧安装了#1排气扇,箱体底部右侧有一进气排气扇,即#3排气扇。为保证箱体内部温湿度在正常范围内,且出于节能考虑,采取如下控制策略:

(1)当#3温湿度传感器检测到湿度大于70%或者温度低于10℃时,启动#1加热板对箱体内的空气进行加热:当湿度低于60%或者温度高于30℃时切断#1加热板的电源,停止加热。

(3)当#3温湿度传感器检测到湿度大于75%时启动#3加热板,当湿度低于60%或者温度高于30℃时切断#3加热板的电源,停止加热。

(3)当#3温湿度传感器或#3温湿度传感器其中一个传感器检测到箱体内空气湿度大于80%时,将启动#1、#3排气扇进行强制通风。

(4)当#1温湿度传感器检测到箱体外的温度低于15℃时,将启动#1加热板:当温度高于30℃时切断#1加热板的电源,停止加热。

(5)当#1温湿度传感器检测到箱体外的温度低于10℃且#2温湿度传感器、#3温湿度传感器检测到的湿度平均值大于80%时,启动#1、#2加热板及#1、#2排气扇:当#2温湿度传感器、#3温湿度传感器检测到的湿度平均值低于70%时,切断#1、#2加热板及#1、#2排气扇的电源,停止加热和通风。

(6)当#2温湿度传感器、#3温湿度传感器检测到的湿度平均值低于60%且检测到的温度高于20℃时闭锁控制器的输出,切断所有加热板和排气扇的电源,同时展宽20min后再检测一次箱体内的温度与湿度。

3结语

本文首先对比分析了四种常见的驱潮方法,根据它们的优缺点,同时从空气流动学基本原理出发,综合考虑电力箱体本身与驱潮设备的相e互合,配究设计出了一种新的驱潮系统模型,即一种新型的电力箱体,并给出了针对该箱体的具体的温湿度控制策略。该电力箱体互合控制策略能有效降低变电站户内户外生产场所箱体内金属元器件的受潮氧化概率,改善设备运行环境,保证设备安全稳定运行。