CN106406398A - 户外环网箱环境智能控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种户外环网箱环境智能控制系统及控制方法，包括环网箱主机箱；其特征是：在所述环网箱主机箱上设置进风口和排风口，进风口处设置风机，环风箱主机箱内设置除湿器，在环网箱主机箱内外设置温/湿度传感器；在所述环网箱主机箱内设置控制系统，控制系统包括环网箱控制主板，环网箱控制主板的输入端连接箱内外温/湿度传感器；环网箱控制主板的输入端与除湿器的脉冲信号连接；环网箱控制主板的输入端连接风机的开关信号和运行速度信号；环网箱控制主板控制排水型电子除湿器的开关、风机的开关以及运行速度。本发明一体化解决电气设备的诸多运行环境问题，有效改善环网箱设备的运行条件，降低电气设备故障概率。

Description

户外环网箱环境智能控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种户外环网箱环境智能控制系统及控制方法，属于变电站设备技术领域。

背景技术

随着城市配电网的不断发展，电缆化程度的提高，户外环网柜应用日渐广泛，并成为配电网中的重要组成部分，因此应用范围越来越广、数量越来越多。其运行可靠性，直接关系到供电质量和供电可靠程度。现场运行经验表明，环网箱内环境和开关柜内空气质量差（高温、高湿、凝露和积灰），在长期的运行过程中，可导致开关柜绝缘劣化、绝缘强度降低、操作机构锈蚀、设备寿命缩短、甚至发生事故。

当前随着“一流配网建设”的推进，户外环网柜增加了“配电自动化终端”设备，对户外环网箱的环境又提出了新的要求。

目前环网箱环境控制方式和存在问题如下：

（1）温湿度控制：环网箱上开设进排风窗，通过空气的对流将外界相对低温干燥的空气置换箱内相对高温潮湿空气达到降低箱内温湿度的目的。存在的问题是当箱外环境温湿度较大时不起作用，且易造成尘土、污秽进入。

（2）开关柜防凝露：

常用的防凝露处理方法有以下几种：1、柜内加装电加热器，对设备内部进行加热，通过提高柜内温度，降低柜内空气相对湿度；2、柜内加装驱潮剂，在柜体内悬挂硅胶袋，或者是其他的吸水材料，吸收柜内湿气；3、进出电缆缝隙使用胶泥封堵。存在的问题分析：1、用电加热器，对设备内部进行加热，以解决凝露现象；这种方法并不能从根本上消除凝露，原因在于这种方法只是增加空气中水蒸气的不饱和程度，降低空气的相对湿度，并没有将柜内的水汽排出，当遇环境温度突变时，仍可能发生凝露。2、用驱潮剂，在柜体内悬挂硅胶袋，或者是其他的吸水材料，来降低开关柜内空气的含湿量；然而实际因为其吸水效果有限，且吸收的水分很难排出，所以效果往往并不明显，维护工作量增加。3、用胶泥封堵开关柜底部进出电缆缝隙只可以减少从电缆沟进入到开关柜内的水汽，并无法杜绝。上述处理方法都不能解决开关柜凝露现象。

（3）防外力破坏：户外环网柜被一些不法分子破坏时运维人员不能及时知晓，导至存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种户外环网箱环境智能控制系统及控制方法，一体化解决电气设备的诸多运行环境问题，有效改善环网箱设备的运行条件，降低电气设备故障概率。

按照本发明提供的技术方案，所述户外环网箱环境智能控制系统，包括环网箱主机箱，环网箱主机箱内设有开关柜，在环网箱主机箱底部设置与开关柜相连通的电缆沟；其特征是：在所述环网箱主机箱上设置进风口和排风口，进风口处设置空气过滤网和风机，环风箱主机箱内设置排水型电子除湿器，在环网箱主机箱的箱内和箱外分别设置箱内温/湿度传感器和箱外温/湿度传感器；在所述环网箱主机箱的底部设置控制系统，控制系统包括环网箱控制主板，环网箱控制主板的输入端连接箱内温/湿度传感器和箱外温/湿度传感器，以接收环网箱箱内和箱外的温/湿度信号；环网箱控制主板的输入端与排水型电子除湿器的脉冲信号连接；环网箱控制主板的输入端连接风机的开关信号和运行速度信号；环网箱控制主板的控制端连接除湿机，以控制排水型电子除湿器的开关；环网箱控制主板的控制端连接风机，以控制风机的开关、以及运行速度。

进一步的，所述环网箱控制主板的输出端连接移动终端，移动终端通过GRPS信号连接云中心。

进一步的，在所述环网箱主机箱的门上设置门禁检测传感器，环网箱控制主板的输入端连接门禁检测传感器。

进一步的，所述环网箱控制主板还包括上电初始化模块。

所述户外环网箱环境智能控制方法，其特征是：根据箱内温/湿度传感器和箱外温/湿度传感器采集的数据，环网箱控制主板控制排水型电子除湿器的开关、风机的开关和运行速度；具体地包括以下步骤：

（1）设定风机运行门限：

设定箱外高温上下限值、箱外低温上下限值和箱外湿度上下限值；

当箱外温度达到高温上限值时，停风机；当箱外温度达到高温下限值时，开风机；

当箱外温度达到箱外低温下限值时，停风机；当箱外温度达到低温上限值时，开风机；

当箱外湿度达到箱外湿度上限值时，停风机；当箱外湿度达到箱外湿度下限值时，开风机；

（2）设定排水型电子除湿器的运行门限：

设定箱内湿度上下限值，当箱内湿度达到箱内湿度上限值时，开启排水型电子除湿器；当箱内湿度达到箱内温度下限值时，关闭排水型电子除湿器。

进一步的，所述箱外高温上下限值为33℃、31℃，所述箱外低温上下限值为7℃、5℃，所述箱外湿度上下限值为80%、75%，所述箱内湿度上下限值为80%、75%。

进一步的，在满足风机运行的门限时，在箱外湿度75%以下，分两个湿度段，风机分别运行高速和低速；两个湿度段的上下限值为65%、60%；在箱外湿度在60%以下时，风机高速运行；在箱外湿度升至65%时，风机由高速切换至低速运行；在箱外温度为60%～65%时，风机保持当前转速。

进一步的，所述环网箱由风机加压保持环网箱内空气压力相对大气呈正压。

本发明所述环网箱环境智能控制系统是一种基于传感器应用、计算机自动控制技术应用系统。通过对应用对象环境温湿度、空气品质等数据采集与融合，经处理后按设定或自动生成的控制策略驱动执行部件，实现气流的导向与流量流速控制，辅以风口选择与布置、风机优化、空气净化、空气压差控制、电子除湿、异常判别与告警等专项技术与手段，实现环网箱和开关柜内空间的局部小气候的改造，一体化解决电气设备的诸多运行环境问题，有效改善环网箱设备的运行条件，降低电气设备故障概率，同时能第一时间掌握环网箱、柜遭破坏的信息，提高设备运行的安全和可靠性。

附图说明

图1为本发明所述户外环网箱环境智能控制系统的示意图。

图2为所述环网箱主机箱的示意图。

图3为本发明所述环网箱环境智能控制系统的功能框图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图1～图3所示：所述户外环网箱环境智能控制系统包括环网箱主机箱1、电缆沟2、排风口3、空气过滤网4、风机5、排水型电子除湿器6、箱内温/湿度传感器7、箱外温/湿度传感器8、门禁检测传感器9、控制系统10、开关柜11等。

如图1、图2所示，本发明所述户外环网箱环境智能控制系统，包括环网箱主机箱1，环网箱主机箱1内设有开关柜11，在环网箱主机箱1底部设置与开关柜11相连通的电缆沟2，在环网箱主机箱1上设置进风口和排风口3，进风口处设置空气过滤网4和风机5，环风箱主机箱1内设置排水型电子除湿器6，在环网箱主机箱1的箱内和箱外分别设置箱内温/湿度传感器7和箱外温/湿度传感器8，在环网箱主机箱1的门上设置门禁检测传感器9。

另外，为了对环网箱内的运行环境进行调控，在环网箱主机箱1的底部设置控制系统10；如图3所示，所述控制系统包括环网箱控制主板，环网箱控制主板的输入端通过RS485总线连接箱内温/湿度传感器7和箱外温/湿度传感器8，以接收环网箱箱内和箱外的温/湿度信号；环网箱控制主板的输入端与排水型电子除湿器6的脉冲信号连接；环网箱控制主板的输入端连接风机的开关信号和运行速度信号；环网箱控制主板的输入端还连接门禁检测传感器9；环网箱控制主板的输出端通过RS232接口连接移动终端，移动终端通过GRPS信号连接云中心；环网箱控制主板的控制端连接除湿机，以控制排水型电子除湿器6的开关、以及运行速度；环网箱控制主板的控制端连接风机，以控制风机的开关、以及运行速度。所述环网箱控制主板还包括上电初始化模块，能够将相关设定的参数如测量通道数量、越限方式的设定、通讯地址等调入RAM中，保证每次上电时设置的参数不丢失。

本发明的思路是以改善开关柜内空气质量为核心，具体原理如下：

1、开关柜内空气状态由设备运行产生的温升引起空气温度上升，由柜外（即环网箱内、电缆沟）进入的灰尘和水气使柜内空气呈现温度高、湿度大、积灰多。形成开关柜内上述空气状态的原因是开关柜内设备散发出来的热量使柜内的空气温度升高，形成一股热空气，由于热空气的密度比冷空气的密度要低，因此热空气往开关柜顶部上升，从而在柜内形成一股自下而上的气流，导致柜内底部形成一个负压区，柜外空气将从柜体下部二个通道补入柜内，一是由于开关柜柜壁、柜门存在缝隙，柜外箱内空气会从此补入柜内，二是由于开关柜与电缆沟连通，尽管柜内有胶泥封堵，但经过长时间的运行，因应力、劣化等方面原因，可能导致出现细小缝隙，电缆沟空气会从此进入柜内。

2、环网箱内环境控制方式：

（1）降温、降湿：利用环网箱外空气温湿度随时间变化的规律和环网箱的围护结构具有对箱外空气温度湿度变化的衰减作用，再通过本发明所述的环境智能控制系统实行当环网箱外空气低温、低湿时运行通风，当环网箱外空气高温、高湿时停止通风，达到将箱外相对低温空气和低湿空气置换箱内相对高温空气或相对高湿空气，来控制环网箱内空气的温度和湿度。当箱外空气处于高温或高湿状态不能满足箱内控制要求时，系统能自动关闭进风。这时如箱内湿度达到或超过设定参数，系统自动启用排水型电子除湿器来确保箱内湿度处于设定的范围内。

（2）箱内空气净化：通过环网箱内外空气置换作用，确保箱内有害气体的排出；且对进入的箱外空气通过空气过滤网实行高效过滤，同时箱内保持正压，室外灰尘无法从门孔等缝隙进入，从而保证环网箱内空气的洁净。

3、开关柜内空气质量控制和防凝露：

本发明摒弃了传统的通过施行柜内加热等防凝露措施，而是通过降低柜内空气含湿量来降低柜内空气的露点温度，使空气的露点温度低于不允许出现凝露部件的表面温度的防凝露办法。经箱外风机加压，使环网箱及开关柜内空气压力相对大气呈正压，使得在开关柜底部同电缆沟间的缝隙处的空气只能从上往下流动，杜绝了电缆沟湿空气进入开关柜，加之柜外箱内空气湿度的控制，降低了柜内空气的含湿量，确保柜内空气的露点温度低于柜内设备表面温度，从而达到开关柜内防凝露的目的。

4、系统管理的智能化：

环网箱环境智能控制系统不但实现了设备（风机、除湿器）的智能管理功能，而且各类信息的远传均可通过无线、有线网络来实现，发出告警时具有GPS定位。这样运维人员可以在任何地点、任何时间实时了解环网箱的运行环境情况，第一时间掌握环网箱、柜遭破坏的信息。及时发现问题，快速处理，大大提高了环网箱设备运行的安全性和可靠性。

5、报警功能：当箱内传感器故障、箱外传感器故障、烟雾传感器故障、烟雾报警、箱内温度超限、箱内湿度超限、开门报警、移位报警、除湿机故障，环网箱控制主板通过移动终端发出报警信号；门禁系统非法开启时，可通过蜂鸣器报警以及短信报警。

本发明所述户外环网箱环境智能控制方法，包括以下步骤：

1、设定风机运行门限：

箱外高温上下限值为33℃、31℃，即箱外温/湿度传感器检测到箱外温度升至33℃时，停风机；箱外温/湿度传感器检测到箱外温度降到31℃时，开风机；

箱外低温上下限值为7℃、5℃，即箱外温/湿度传感器检测到箱外温度降至5℃时，停风机；箱外温/湿度传感器检测到外温度升至7℃时，开风机；

箱外湿度上下限值为80%、75%，即箱外湿度升至80%时，停风机；箱外湿度降至75%时，开风机；

2、风机的高低速运行条件：

在满足风机运行的门限时，在箱外湿度75%以下，分两个湿度段，风机分别运行高速和低速；两个湿度段的上下限值为65%、60%；在箱外湿度在60%以下时，风机高速运行；在箱外湿度升至65%时，风机由高速切换至低速运行；

3、排水型电子除湿器运行门限：

当箱内湿度升至设置上限（如80%）时，开启排水型电子除湿器；当箱内湿度降至设置下限（如75%）时，关闭排水型电子除湿器；排水型电子除湿器开启时，风机处于停止状态。

为了解决现有技术中环网箱普遍存在的环境问题，本发明通过对影响设备运行环境的诸多要素如环网箱的内外环境、电缆沟内空气参数、开关柜内空气状态及其变化的测量与分析，运用现场实验测试、热力学计算、空气动力学原理等方法与技术手段，对箱内设备的温升及其热效应、温度场分布、湿度变化、灰污形成、柜内凝露的发生等物理现象进行定性和定量的研究分析，在此基础上科学地提出新的思路，把影响环网箱的诸多环境要素及其通风、降温、防污、防凝、干燥等控制需求通过计算机统一进行整合和平衡，形成了以智能控制通风和除湿、压差控制柜内空气含湿量、光电开关、通信及GPS定位等技术为核心的环境控制防破方案，形成一个环境智能控制系统。

本发明所述环网箱环境智能控制系统是一种基于传感器应用、计算机自动控制技术应用系统。通过对应用对象环境温湿度、空气品质等数据采集与融合，经处理后按设定或自动生成的控制策略驱动执行部件，实现气流的导向与流量流速控制，辅以风口选择与布置、风机优化、空气净化、空气压差控制、电子除湿、异常判别与告警等专项技术与手段，实现环网箱和开关柜内空间的局部小气候的改造，一体化解决电气设备的诸多运行环境问题，有效改善环网箱设备的运行条件，降低电气设备故障概率，同时能第一时间掌握环网箱、柜遭破坏的信息，提高设备运行的安全和可靠性。

Claims (8)

1.一种户外环网箱环境智能控制系统，包括环网箱主机箱（1），环网箱主机箱（1）内设有开关柜（11），在环网箱主机箱（1）底部设置与开关柜（11）相连通的电缆沟（2）；其特征是：在所述环网箱主机箱（1）上设置进风口和排风口（3），进风口处设置空气过滤网（4）和风机（5），环风箱主机箱（1）内设置排水型电子除湿器（6），在环网箱主机箱（1）的箱内和箱外分别设置箱内温/湿度传感器（7）和箱外温/湿度传感器（8）；在所述环网箱主机箱（1）内设置控制系统（10），控制系统包括环网箱控制主板，环网箱控制主板的输入端连接箱内温/湿度传感器（7）和箱外温/湿度传感器（8），以接收环网箱箱内和箱外的温/湿度信号；环网箱控制主板的输入端与排水型电子除湿器（6）的脉冲信号连接；环网箱控制主板的输入端连接风机的开关信号和运行速度信号；环网箱控制主板的控制端连接除湿机，以控制排水型电子除湿器（6）的开关；环网箱控制主板的控制端连接风机，以控制风机的开关、以及运行速度。

2.如权利要求1所述的户外环网箱环境智能控制系统，其特征是：所述环网箱控制主板的输出端连接移动终端，移动终端通过GRPS信号连接云中心。

3.如权利要求1所述的户外环网箱环境智能控制系统，其特征是：在所述环网箱主机箱（1）的门上设置门禁检测传感器（9），环网箱控制主板的输入端连接门禁检测传感器（9）。

4.如权利要求1所述的户外环网箱环境智能控制系统，其特征是：所述环网箱控制主板还包括上电初始化模块。

5.一种户外环网箱环境智能控制方法，其特征是：根据箱内温/湿度传感器（7）和箱外温/湿度传感器（8）采集的数据，环网箱控制主板控制排水型电子除湿器的开关、风机的开关和运行速度；具体地包括以下步骤：

（1）设定风机运行门限：

设定箱外高温上下限值、箱外低温上下限值和箱外湿度上下限值；

当箱外温度达到高温上限值时，停风机；当箱外温度达到高温下限值时，开风机；

当箱外温度达到箱外低温下限值时，停风机；当箱外温度达到低温上限值时，开风机；

当箱外湿度达到箱外湿度上限值时，停风机；当箱外湿度达到箱外湿度下限值时，开风机；

（2）设定排水型电子除湿器的运行门限：

设定箱内湿度上下限值，当箱内湿度达到箱内湿度上限值时，开启排水型电子除湿器；当箱内湿度达到箱内温度下限值时，关闭排水型电子除湿器。

6.如权利要求5所述的户外环网箱环境智能控制方法，其特征是：所述箱外高温上下限值为33℃、31℃，所述箱外低温上下限值为7℃、5℃，所述箱外湿度上下限值为80%、75%，所述箱内湿度上下限值为80%、75%。

7.如权利要求5所述的户外环网箱环境智能控制方法，其特征是：在满足风机运行的门限时，在箱外湿度75%以下，分两个湿度段，风机分别运行高速和低速；两个湿度段的上下限值为65%、60%；在箱外湿度在60%以下时，风机高速运行；在箱外湿度升至65%时，风机由高速切换至低速运行；在箱外温度为60%～65%时，风机保持当前转速。

8.如权利要求5所述的户外环网箱环境智能控制方法，其特征是：所述环网箱由风机加压保持环网箱内空气压力相对大气呈正压。