打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
户外智能汇控柜双TEC空调设计与实现

在智能变电站中,功能上等同于传统继电保护装置采样模块和操作箱的合并单元与智能终端,通常就地化安装于一次设备旁的户外智能汇控柜内〔1-3〕。由于合并单元与智能终端等智能电子设备对环境尤其是温、湿度的变化较为敏感,当工作环境不满足要求时,将导致电子设备故障,影响电力系统的安全、稳定运行。考虑到户外环境较之户内环境差,温、湿度变化大,因此智能汇控柜能否为合并单元、智能终端等智能电子设备提供良好的运行环境已成为大家关注的焦点。现阶段变电站内智能汇控柜主要的散热方式有风扇散热、热交换器散热和空调散热三种方式,除湿方式多采用加热器方式〔4-7〕。从效果上看,空调散热的效果最好。但现有散热技术普遍存在两个问题:一是温控器件(风扇,热交换器,空调)基本都是安装在柜门上,电力行业从美观及外观一致性上考虑,通常温控器件外部加装有不锈钢外罩;考虑到在智能汇控柜运行的10年时间内,都需要对温控器件进行断电清理及维护,此种设计给温控器件的维护带来了极大不便,后续维护费用较高;二是现阶段三种方案的温控器件通常采用单台配置,在夏季高温天气,若无人值守变电站的智能汇控柜温控器件出现故障,由于没有备选的温控设备,在太阳光辐射及柜内智能设备本身耗散热量的双重作用下,将导致柜内温度急剧升高,严重威胁智能设备的安全稳定运行。

而对于加热器方式除湿方式,由于户外智能汇控柜是完全密封的,采用加热器加热驱潮的效果不是很好,同时能耗比较大,不适合在南方多雨的地区使用。

目前虽有学者对汇控柜温湿度控制措施开展了相关研究〔4-7〕,但目前研究多集中于某种温控方案的局部改进。考虑到现阶段户外智能汇控柜的IP防护、防腐蚀等都已经满足10年的设计要求,只有温控附件是最为薄弱的环节 (无法100%保证户外智能汇控柜温控器件10年不出现故障),在夏季一旦户外智能汇控柜的温控器件出现故障,柜内温度将会迅速上升,将有可能使得柜内温度超出智能设备允许的范围。智能设备长时间在超负荷高温下运行,将导致元器件性能、寿命大大降低,装置故障率大幅升高,给智能变电站的安全稳定运行带来极大隐患,甚至造成重大安全事故;而且随着电力行业无人值守变电站的不断推广,提高智能汇控柜的运行可靠性及延长其维护周期,将对减少现场运维工作量,节约人力、物力成本起到积极作用。因此,如何提供一款符合电力行业要求、可靠性高、维护周期长的智能汇控柜,已经成为一项亟待解决的关键技术问题。

这三十二个字,李离也知道。父亲拿着剑,醉醺醺地盯着站在院子里的一二百口人,他的妻妾子女、丫环仆妇,过去二三十年,他领着这些人,在这个梨花院落、灯火楼台里享尽荣华富贵,现在他执意要爬出他的温柔乡。

由于联合制动系统所具有的高低速均可有效制动的优点,自主研制的煤层气钻机车上使用了基于该方法所组成的速度控制系统,该系统由发动机ISM440(含发动机制动)、自动变速箱(串联液力缓速器)和控制器三部分组成,并在某航天公路试验场进行了车辆性能综合试验,如图5所示,试验状态:车辆满载总质量60 t,坡度10%,距离2 000 m。

对于公民来说,有了成文的水法,并不意味着可以滥用法律赋予的权力,也不意味着其应有的权利可以得到保障,权利得到实现和维护的前提是依法办事,必须遵循正当的法律程序。以水行政过程中的行政处罚为例,水行政处罚机关在作出水行政处罚决定之前,在告知当事人处罚的事实、理由、依据和拟作出的水行政处罚决定时,当事人有权进行陈述和申辩。在符合《水行政处罚实施办法》第34条规定的情况下,当事人有要求听证的权利,在进行听证时,当事人应遵守《水行政处罚实施办法》第40条权利义务的规定等等。在处罚机关的行政处罚作出后,当事人对水行政处罚决定不服的,可以依法申请行政复议或者提起行政诉讼,依法维护自己的合法权益。

本文首先分析了大气环境因素对智能汇控柜柜内元器件安全运行的影响,介绍了TEC空调户外柜的工作原理及特点,在此基础上,提出了一种确保户外智能汇控柜长期安全、稳定运行的智能汇控柜双TEC空调控制方法,并通过试验验证了TEC空调型户外汇控柜在高温散热及除湿方面的有效性。

1 大气环境因素对户外柜内元器件的影响

1.1 温度对元器件的影响

不同的电气元器件对温度的敏感度不同,但随着温度的升高,元器件寿命都将出现下降,故障率也出现较大的升高,如图1所示。研究表明:温度从35℃起,每升高10℃,开关电源内的电解电容等主要元器件寿命将减少50%。温度过高也将导致装置液晶屏出现黑屏现象〔8〕

图1 温度与元器件故障率关系图

根据与智能设备厂家的沟通,其设备虽然均标称可在-10~50℃的温度下运行,但其推荐温度是30~35℃。

1.2 湿度对元器件的影响

智能控制柜内的湿度则主要和柜内空气的干湿程度有关,可用相对湿度 (RH)表示。在相对湿度保持不变的情况下,温度越高,对设备的影响越大,这是因为水蒸气压力随温度升高而增大,水分子易于进入材料内部。对于电子元器件,湿度过大将造成 “导电小路”或者飞弧,会严重降低电路可靠性。

1.3 凝露对元器件的影响

相对湿度超过100%的空气中的水蒸气一般会凝结出来,即产生凝露。空气中的相对湿度越高,凝露温度 (露点)越接近环境空气温度,越容易形成凝露。一般来讲,空气的温度越高,它容纳水蒸气的能力就越高,在空气所含水蒸气不变的情况下,相对湿度将降低。智能汇控柜柜内实测温湿度变化曲线 (如图2所示)也反映了这一规律。因柜体为密闭结构,在柜内空气所含水蒸气质量一定的情况下,柜内温度升高,相对湿度降低;温度降低,相对湿度升高。

图2 温湿度变化曲线

户外汇控柜内壁底部最容易凝露,因为底部地面热容量大,受外部阳光、气温、风速影响迟缓,能维持较长时间与柜内空气间的温度差。如果设计不当会产生凝露现象。凝露问题极大地威胁着电网的安全,为保证户外汇控柜内部装置的绝缘水平,保证内部装置可靠工作,必须采取正确的方法,避免户外汇控柜内部凝露现象。

③检查并确认软件版本号后,点击“开始刷新”按钮(图13)。待升级软件版本为“180909144D/4130”,可升级软件零件号和软件版本为“180909144G/4140”。

综上所述,只有在有效控制智能汇控柜柜内温度的同时,有效降低柜内密闭空气中的水蒸气含量,才能做到无论外部环境如何复杂变化,柜内二次设备始终运行于一个理想工作环境。

2 TEC空调户外柜的工作原理及特点

作为传统制冷技术的变革,热电制冷器(TEC)开始越来越多的出现在各种应用场合。在提倡节能减排和绿色环保的大环境下,热电制冷器比传统制冷系统更优越,一些只需涉及较低或者中等热量传输,但是需要复杂控温的热控过程中,热电制冷器可以提供很大的帮助,半导体空调成为热电制冷器的典型代表。

2.1 TEC制冷原理

半导体制冷、压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。该制冷方式又称电子制冷,是一门连接制冷技术和半导体技术的学科,它利用特种半导体材料构成的P—N结,形成热电偶对,产生珀尔帖效应,通过直流电实现制冷与制热功能。所谓珀尔帖效应,是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时,其一端吸热,一端放热的现象。重掺杂的N型和P型的碲化铋主要用作TEC的半导体材料,碲化铋元件采用电串联,并且是并行发热。TEC包括一些P型和N型对 (组),它们通过电极连在一起,并且夹在两个陶瓷电极之间;当有电流从TEC流过时,电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧,在TEC上产生 “热”侧和 “冷”侧,这就是TEC的加热与致冷原理。是制冷还是加热,以及制冷、加热的速率,由通过它的电流方向和大小来决定。以图3为例,半导体制冷工作原理是把一只P型半导体元件和一只N型半导体元件连接成热电偶,接上直流电源后,在接头处就会产生温差和热量转移。当电流从N→P方向时,接头处就会吸热,形成冷端;当电流从P→N方向时,就会放热,形成热端。

一对电偶产生的热电效应很小,故在实际中都将上百对热电偶串联在一起,所有的冷端集中在一边,热端集中在另一边,这样生产出用于实际的致冷器。如果在应用中需要的制冷或加热量较大,可以使用多级半导体致冷器,对于常年运行的设备,增大致冷元件的对数,尽管增加了一些初成本,但可以获得较高的制冷系数。

经初步统计,《秀才胡同》一歌短短几百个汉字总共运用了多种常见的修辞格:比拟、层递、移就、映照、双关、对比、反复、拈连、比喻、通感。修辞格的使用不可谓不多,这使得词曲充满了浓郁的“中国风味”。

图3 TEC制冷工作原理

2.2 TEC空调的结构

半导体制冷空调器是热电制冷原理在空调领域的应用。半导体制冷空调器主要包括热电堆、冷热端散热器、风机、基板、直流电源等部件组成。半导体制冷空调器工作时,室内空气与热电堆冷端散热器利用室内风机进行对流换热,室内的余热被冷端散热器吸收,热量经热电制冷效应移至热端,室外空气与热端散热器通过室外风机进行对流换热,将热量散到环境中,使热电堆的热端温度恒定,从而达到制冷的目的。

Andrew Nachis将融媒体定义为印刷、音频、视频、数字之间的战略性联盟。可见,融媒体时代中,信息传播的技术以及资源内容都需要实现交互与融合,这对于大众媒体县级广播电视台来讲是一种全新的发展理念,县级广播电视台要借助融媒体时代的东风,迎难而上,积极探索融媒体格局下的发展路径。

2.3 TEC空调汇控柜的特点

半导体制冷空调的优点在于重量、尺寸较小,安装较传统空调容易;同一器件可以满足升温和降温的要求,无需增加额外的加热器件;无压缩机,没有机械传动机构,结构简单,故障率低。此外,相比常规空调,不使用氟利昂等制冷剂,故无泄漏、无污染源、不产生震动噪声,寿命长、维修方便,可靠性高;同时具备一定的除湿能力,具有使用方便、运行可靠、布局灵活、适应性强等特点。因此,TEC空调具有成为智能汇控柜理想散热除湿器件的潜质,但如何充分发挥其优势,在满足电力市场对智能汇控柜温、湿度控制诸多要求的同时,如何满足电力行业对维护周期长、可靠性高等的智能汇控柜的迫切需求还需进一步研究。

3 智能控温双TEC空调控制方法

针对上述问题,研究了一种能够满足智能汇控柜温、湿度控制要求,结构简单、故障率低、寿命较长、维护周期长,且能够为实现智能汇控柜的进一步智能控温提供硬件基础的具有温控功能的双TEC空调型智能汇控柜的控制方法。

3.1 高可靠性温控方案设计

1)在户外汇控柜的外表面涂高效的防太阳辐射材料;最大程度地减少太阳辐射对户外汇控柜的影响〔9-10〕

2)将户外智能汇控柜TEC空调分为2个小TEC空调,并采用联动轮岗制的方式使用空调,即在一台空调能解决高温问题时,采用每一台空调轮流作业的工作方式,当温度过高一台空调不能完成温度控制时,则采用两台空调同时作业。

3)取消不锈钢外罩。便于对温控器件进行断电清理及维护。

采用此种方式后,即使一台TEC空调发生故障,还可以启用另一台TEC空调,使得在整个维护周期内减少了每台空调实际运行时间,从而使得智能汇控柜的空调故障维护周期可以延长一倍以上(例如一个TEC空调运行的时间为5年,通过至少2台TEC空调,能够确保在智能汇控柜运行的10年中不需要进行维护TEC空调,进而实现智能汇控柜的TEC空调10年免维护的要求),从而能够进一步满足电力市场对智能汇控柜要求维护周期长,寿命长的要求。双TEC空调结构如图4所示。

该温控设计的主要的优点有:①大大提高了户外汇控柜空调的稳定性,确保户外汇控柜在任何时刻都有一台空调是正常的;②由于联动工作,大大的减少了单个户外汇控柜空调的工作时间,确保十年的工作寿命。

图4 户外汇控柜

3.2 双TEC空调控制方法

用于智能汇控柜的双TEC空调控制方法,其基本控制流程如图5所示,双TEC空调中断控制程序详细控制流程如图6所示。

教学细节具有多样的表现形式和复杂的结构。如果严格进行区分的话,教学细节包括以下三类。一是由教师自身做出的,不需要学生做出明确配合和行为反应的单个教学行为,教师有意识的穿戴、表情、动作和语言等;二是由教师与学生之间所形成的一种互动、反应和连续行为,即教师行为需要明确的学生行为配合,才能够完成的师生行为组合;三是学生按照教师要求和教学指令延后所做出的相应行为反应,这种行为也许不需要当场做出,因此可能发生在教学过程中,也可能发生在教学过程之外。

实现步骤包括:①预先布置双TEC空调;②初始化参数并启动定时器;③根据空调切换时间选择默认空调,基于柜内温度选择制冷或制热中断程序。

图6中,设计时默认选择TEC空调A为主用空调、B为备用空调,通过判断TEC空调切换计数器数值奇偶性来选择执行空调A或B控制程序。空调A、B的控制程序结构类似,制冷中断程序执行时,根据第一高温启动温度、第二高温启动温度、第一高温停止温度、第二高温停止温度默认控制空调进行制冷并根据需要控制备用空调进行制冷作业;制热中断程序执行时,根据第一低温启动温度、第二低温启动温度、第一低温停止温度、第二低温停止温度默认控制空调进行制热并根据需要控制备用空调进行制热作业。

图5 基本控制流程

图6 详细流程控制图

4 TEC空调型户外汇控柜温湿度控制试验

4.1 试验平台

如图7所示,搭建了试验平台,对TEC空调户外汇控进行散热效果测试试验,并记录各个测试点的测试数据。通过高低温箱分别设置高温环境为45℃及环境相对湿度为95%RH,将汇控柜放置在温箱后,开启柜门,布置传感器探头。设置TEC空调第一高温启动温度为30℃、第二高温启动温度为35℃、第一高温停止温度25℃、第二高温停止温度30℃。开启汇控柜柜门让柜内外的气体进行充分交换。等柜内、柜外的温度均达到了45℃,相对湿度95%RH时,关闭柜门,连接电源,启动TEC空调,运行2 h后,对柜内的温度和相对湿度进行记录。

图7 TEC空调柜及测点

4.2 试验数据

高低温箱温度设置为45℃时,TEC空调汇控柜各个测试点的数据见表1;初始相对湿度设置为95%RH时,各个测试点相对湿度的数据见表2。

4.3 试验结论

1)高低温箱气温设置为45℃,柜体内的气温能控制在35℃以下,使柜内智能电子设备有效满足智能设备厂家推荐值。

2)户外汇控柜在高湿环境下,柜内的相对湿度在70%RH左右,在合理的范围之内。

3)在温度降低的同时,柜内的相对湿度也在同步降低,说明密闭汇控柜内的水蒸气含量真正得到了降低,有效降低了柜内凝露发生概率。同时也验证了TEC空调在制冷的同时,具备一定的除湿能力。这样无论外部环境的复杂变化,都能保证户外智能汇控柜的安全运行。

5 结语

本文分析了大气环境因素对户外柜内元器件稳定运行的影响,其中针对现有温控器件不足,重点对能确保户外智能汇控柜长期安全、稳定运行的双TEC空调设计方案及控制方法进行了研究。

随着国内智能变电站的快速发展,户外智能汇控柜用量越来越大,本文所提方案及相应控制方法对确保户外智能汇控柜安全稳定运行及改善合并单元、智能终端等智能电子设备运行环境有一定借鉴意义。本文所提一拆二思路及方法也可应用于空调、热交换器及风扇柜的设计中,有效提高柜体的温控可靠性。

在购买者表现出自我感知时,购买者会转变为自我感知的心理近距离中。在对商品进行促销时,价格促销给予购买者感知性利润,能够立即出现自我感知。而赠送式促销,通过赠品的方式使得消费者获得实际可感的实惠,在心理近距离背景下,其购买力也能产生良好的作用。

表1 高温箱环温45℃时气温数据

表2 高温箱45℃,环境湿度95%RH时湿度数据 %RH

时间测试点1 2 3 4 5 6 7 8平均值17∶00 79 75 74 73 79 78 77 78 76.6 17∶30 78 73 73 71 78 76 77 75 75.1 18∶00 76 75 71 72 78 75 76 77 75.0 18∶30 75 72 73 74 78 76 75 73 74.5 19∶00 75 71 72 71 75 76 78 75 74.1 19∶30 74 73 72 69 74 75 77 76 73.8 20∶00 72 71 70 70 73 74 76 75 72.6 20∶30 73 70 69 68 70 73 72 73 71.0 21∶00 73 69 67 68 70 75 76 72 71.3 21∶30 71 69 68 68 72 73 75 71 70.9 22∶00 70 68 68 67 70 71 74 73 70.1 22∶30 70 69 67 68 71 70 72 74 70.1

参考文献

〔1〕倪益民,杨宇,樊陈,等.智能变电站二次设备集成方案讨论 〔J〕.电力系统自动化,2014,38(3):194-199.

〔2〕李锋,谢俊,兰金波,等.智能变电站继电保护配置的展望和探讨 〔J〕.电力自动化设备,2012,32(2):122-126.

〔3〕国家电网公司.110(66) ~220 kV智能变电站设计规范:Q/GDW 10393—2016 〔S〕.2009.

〔4〕李辉,刘海峰,陈宏,等.湖南省智能变电站户外汇控柜运行情况分析 〔J〕.湖南电力,2016,36(1):36-39.

〔5〕李辉,刘海峰,陈宏,等.户外智能高压汇控柜温度影响因数及温湿度控制分析 〔J〕.高电压技术,2015,41(S2):82-86.

〔6〕吴雪峰,刘艳敏,施战辽,等.数字化变电站智能终端柜降温方案 〔J〕.水电能源科学,2012,30(5):158-160.

〔7〕刘琦,程春,吴健,等.智能变电站温度监测主站系统的设计与实现 〔J〕.电力系统保护与控制,2013,41(4):130-135.

〔8〕易永辉.继电保护装置寿命分析及寿命影响机理研究 〔J〕.电力系统保护与控制,2013,41(2):79-83.

〔9〕李晓,孙宝红,彭庆龙.半导体空调的理论研究与性能分析〔J〕. 制冷与空调,2013,27(2): 110-113,129.

〔10〕余建组.电子设备热设计及分析技术 〔M〕.北京:北京航空航天大学出版社,2008.

〔11〕陈超祥,叶修梓.SolidWorks Simulation高级教程 〔M〕.北京:机械工业出版社,2011.

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
精密空调的结构原理及维护保养
海派特工业机柜半导体制冷空调
空调不制冷怎么办
细说制冷空调系统的蒸发温度
夏天来了,该怎么买空调?这份指南值得一看
空调制冷调到什么温度好
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服