CN108131755B - 一种电气设备组件柜温湿度协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电气设备组件柜温湿度协同控制方法，可有效实现对电气设备组件柜内的温度控制、湿度控制和温湿度控制系统出风空气的温湿度控制，显著改善柜内电气设备运行环境。通过新增半导体除湿机专用于湿度控制，原空调系统专用于温度控制，实现温湿度独立控制；通过在原空调系统的出风风道处安装回风再热加热器，对出风空气进行加热(也称回风再热)，使出风空气的温度和相对湿度均在合理范围内，实现源头控制。本发明所述协同控制策略，针对柜内空气温湿度的各种不同情况，选择对应的控制方式，协同控制原空调系统、除湿机以及回风再热加热器的工作状态，确保柜内空气温度、相对湿度和出风空气的温度、相对湿度均处在合理范围。

Description

一种电气设备组件柜温湿度协同控制方法

技术领域

本发明涉及电气设备组件柜温湿度控制技术领域，具体说是一种电气设备组件柜温湿度协同控制方法。

背景技术

随着智能电网的快速发展，原来放置在变电站主控室内的保护、控制、监测等微机型电气设备均集成在电气设备组件柜中并布置在户外，同时配电自动化终端设备的应用越来越多，也同样采用了集成在电气设备组件柜中并布置在户外形式。

电气设备组件柜面临着户外高温、高湿、强日照、多灰尘等恶劣环境条件，相比户内布置形式，电气设备的运行环境有明显恶化，迫切需要有充分满足微机型电气设备运行要求的电气设备组件柜温湿度控制系统来保证其运行环境。

智能电网建设初期，电气设备组件柜的温湿度控制系统主要有三种原理：(1)风扇和加热器，(2)热交换器和加热器，(3)空调。在最近四五年的生产运行过程中，风扇和热交换器已逐渐被证实无法满足电气设备对温度控制的要求，空调型温湿度控制系统的应用成为主流。

根据各地实际运行情况，空调型温湿度控制系统在运行过程中的问题突出表现在三个方面。一是柜内空气相对湿度较大，二是部分柜内存在凝露现象，三是部分柜内出风空气温度过低。其中，过冷的出风空气对电气设备的影响近期才逐渐被大家所关注。过冷的出风空气吹向电气设备时，电气设备温度骤降，剧烈的温度变化对电气设备产生最直接的影响就是机械力的作用。例如，由于温度骤降，在设备内部结构中产生应力应变，可能因此导致弯曲变形、裂纹或断裂热疲劳失效；电气设备内含有各种不同的材料，不同结构材料热膨胀系数的差异，在温度骤降时会在不同材料界面产生张应力和压应力，导致材料界面出现分层、裂纹、拉脱失效。温度骤降主要影响电子产品的焊点、粘结界面、通孔、接插界面等部位的可靠性。

发明内容

为解决如上所述的三个突出问题，本发明提供一种温湿度控制能力均强、柜内温湿度变化平稳、满足微机型电气设备长期稳定运行要求的电气设备组件柜温湿度协同控制方法，具体采用源头控制和温湿度独立控制手段及其协同控制策略，可有效保证电气设备组件柜内空气的温度和相对湿度在一个合理的范围内，为微机型电气设备的长期稳定运行提供环境保障。

本发明采用的技术方案如下：

一种电气设备组件柜温湿度协同控制方法，其控制对象为一种温湿度控制系统，包括设于电气设备组件柜内的电气设备、控制器、及与控制器连接的空调机、回风再热加热器、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器，所述空调机包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和内循环风机，第一温湿度传感器、第二温湿度传感器将其检测的温湿度数据传送至控制器，控制器按照预先设置的控制策略控制空调机、回风再热加热器和半导体除湿机的工作，确保第二温湿度传感器所测量的温度和相对湿度均在预设范围内，确保第一温湿度传感器和第二温湿度传感器测量得到的温度差异值在预设范围内，确保第一温湿度传感器测量得到的相对湿度值在预设范围内。

进一步的，当控制器检测到第一温湿度传感器和第二温湿度传感器的温度差异值大于等于预设值时，如果第一温湿度传感器的温度测量值低于第二温湿度传感器的值，则增加回风再热加热器的加热量，直至温度差异值小于预设值，并且如果具备继续调节的条件，则继续增加回风再热加热器的加热量至温度差异值为80％的预设值并稳定在附近。

进一步的，当检测到第一温湿度传感器和第二温湿度传感器的温度差异值大于等于预设值时，如果第一温湿度传感器的温度测量值高于第二温湿度传感器的值，则降低回风再热加热器的加热量，直至温度差异值小于预设值，并且如果具备继续调节的条件，则继续降低回风再热加热器的加热量至温度差异值为80％的预设值并稳定在附近。

进一步的，当检测到第二温湿度传感器温度值超过预设范围时，则增大空调中内循环风机的功率，同时根据第一温湿度传感器和第二温湿度传感器的温度测量差异值调整回风再热加热器的加热量使差异值一直在80％的预设值附近，直至第二温湿度传感器的温度值回到预设范围内同时第一温湿度传感器、第二温湿度传感器的温度值差异一直在预设范围内。

进一步的，当检测到第一温湿度传感器的相对湿度值大于等于预设值时，则降低空调机中蒸发器的工作温度，低于内循环进风空气的露点温度，同时增加回风再热加热器的加热量，使得第一温湿度传感器的相对湿度值小于预设值的同时第一温湿度传感器、第二温湿度传感器的温度值差异一直在预设范围内。

进一步的，当检测到第二温湿度传感器的相对湿度值大于等于预设值时，则增加半导体除湿机的工作功率，直到第二温湿度传感器的相对湿度值小于预设值，并且如果具备继续调节的条件，则调节半导体除湿机的工作功率，进一步使第二温湿度传感器的相对湿度值小于90％的预设值。

进一步的，当发生第二温湿度传感器所测量的温度值、第一温湿度传感器和第二温湿度传感器测量得到的温度差异值、第一温湿度传感器测量得到的相对湿度值这三个测量值中的两个或者三个值不在预设范围内时，调整的先后顺序为，先确保第一温湿度传感器和第二温湿度传感器测量得到的温度差异值回到预设范围内，再确保第二温湿度传感器所测量的温度值回到预设范围内，再确保第一温湿度传感器测量得到的相对湿度值回到预设范围内。

本发明通过新增半导体除湿机专用于湿度控制，原空调系统专用于温度控制，实现温湿度独立控制；通过在原空调系统的出风风道处安装回风再热加热器，对出风空气进行加热(也称回风再热)，使出风空气的温度和相对湿度均在合理范围内，实现源头控制。本发明所述协同控制策略，针对柜内空气温湿度的各种不同情况，选择对应的控制方式，协同控制原空调系统、除湿机以及回风再热加热器的工作状态，确保柜内空气温度、相对湿度和出风空气的温度、相对湿度均处在合理范围，可使柜内环境满足如下要求：(1)确保柜内空气温度和相对湿度均在预设范围内，(2)确保空调出风空气和柜内空气的温度差值在预设范围内，(3)确保空调出风空气的相对湿度在预设范围内。

附图说明

图1是本发明电气设备组件柜温湿度控制系统的结构示意图。

图中：1—电气设备组件柜，2—电气设备，3—压缩机，4—冷凝器，5—膨胀阀，6—蒸发器，7—内循环风机，8—回风再热加热器，9—第一温湿度传感器，10—第二温湿度传感器，11—半导体除湿机，12—控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明电气设备组件柜温湿度协同控制方法采用的控制策略，一是控制空调机出风空气的温湿度，使出风空气温度值与柜内空气温度值的差异小于预设值，同时出风空气的相对湿度值也小于预设值，避免过冷、过热或者过湿的出风空气对电气设备造成影响；二是采用空调机控制柜内温度、除湿机控制柜内相对湿度的独立控制策略，解决以往由单一空调机同时控制温湿度导致的控制效果无法兼顾的困难，使柜内空气的温度和相对湿度双达标。

所述控制方法的控制对象为一种温湿度控制系统，如图1所示，包括设于电气设备组件柜1内的电气设备2、空调机、回风再热加热器8、第一温湿度传感器9、第二温湿度传感器10、半导体除湿机11、控制器12，所述空调机包括压缩机3、冷凝器4、膨胀阀5、蒸发器6和内循环风机7。所述空调机、回风再热加热器8、第一温湿度传感器9、第二温湿度传感器10、半导体除湿机11分别与控制器12连接，第一温湿度传感器9、第二温湿度传感器10将其检测的温湿度数据传送至控制器12，控制器12按照预先设置的控制策略控制空调机、回风再热加热器8和半导体除湿机11的工作。其中，第一温湿度传感器9设于空调机的出风口处，第二温湿度传感器10位于电气设备2附近，半导体除湿机11与原空调系统一体化设计和安装，但两者的空气循环相互隔离，各自独立运行。

系统运行过程中，当检测到第一温湿度传感器9和第二温湿度传感器10的温度差异值大于等于预设值时，如果第一温湿度传感器9的温度测量值低于第二温湿度传感器10的值，可判断出此时空调出风空气的过冷，需要调高出风空气温度，故增加回风再热加热器8的加热量，使出风空气温度升高，直至温度差异值小于预设值，并且如果具备继续调节的条件，则继续增加回风再热加热器8的加热量至温度差异值为80％的预设值并稳定在附近。

系统运行过程中，当检测到第一温湿度传感器9和第二温湿度传感器10的温度差异值大于等于预设值时，如果第一温湿度传感器9的温度测量值高于第二温湿度传感器10的值，可判断出此时空调出风空气的过热，需要调低出风空气温度，则降低回风再热加热器8的加热量，使出风空气温度降低，直至温度差异值小于预设值，并且如果具备继续调节的条件，则继续降低回风再热加热器8的加热量至温度差异值为80％的预设值并稳定在附近。

系统运行过程中，当检测到第二温湿度传感器10温度值超过预设范围时，则增大内循环风机的功率(增大内循环风量)，同时根据温湿度传感器(9、10)的温度测量值差异调整回风再热加热器8的加热量使差异值一直在80％的预设值附近(调整方法见前述步骤)，直至第二温湿度传感器10的温度值回到预设范围内同时温湿度传感器(9、10)的温度值差异一直在预设范围内。如果是第二温湿度传感器10温度值高于预设范围上限，此时空调是制冷模式，且需要进一步增加空调的制冷量以降低柜内空气温度。原有单一空调机在这种情况下的控制策略为降低蒸发器工作温度，但这种情况会导致过冷的出风空气进入柜内，使得电气设备在短时间内温度骤降。本发明提供的控制策略为增大空调的内循环风量、维持蒸发器6工作温度和出风空气温度，在保证出风空气温度和柜内空气温度差异在预设范围的前提下，使更多的冷却空气流经电气设备，从而带走更多的热量，实现对电气设备的降温。同理，如果是第二温湿度传感器10温度值低于预设范围下限，此时空调是制热模式，本发明同样增大空调的内循环风量、维持蒸发器6工作温度和出风空气温度，在保证出风空气温度和柜内空气温度差异在预设范围的前提下，使更多的加热空气流经电气设备，从而实现对电气设备的升温。

系统运行过程中，当检测到第一温湿度传感器9的相对湿度值大于等于预设值时，则降低蒸发器6工作温度，此温度应低于内循环进风空气的露点温度，使得内循环进风空气中更多的水蒸汽在蒸发器6上析出，从而降低内循环出风空气的绝对湿度和温度。这时，如果不对回风再热加热器8进行控制，则出风空气的温度值可能过低，同时出风空气的相对湿度值依然超过预设值，故需增加回风再热加热器8的加热量，一方面使得出风空气温度与柜内空气温度差异值保持在预设范围内，另一方面使得出风空气的相对湿度小于预设值，以满足对出风空气温湿度的控制要求。

上面所说的三种调节方法都是在单一控制目标超过预设范围时的调整控制策略，如果发生第二温湿度传感器10所测量的温度值、第一温湿度传感器9和第二温湿度传感器10测量得到的温度差异值、第一温湿度传感器9测量得到的相对湿度值这三个测量值中的两个或者三个值同时超出预设范围的情况时，按照优先级顺序有序进行调节，调整的先后顺序为，先确保第一温湿度传感器9和第二温湿度传感器10测量得到的温度差异值回到预设范围内，再确保第二温湿度传感器10所测量的温度值回到预设范围内，再确保第一温湿度传感器9测量得到的相对湿度值回到预设范围内。

系统运行过程中，当检测到第二温湿度传感器10的相对湿度值大于等于预设值时，则增加半导体除湿机的工作功率，直到第二温湿度传感器10的相对湿度值小于预设值。基于温湿度独立控制的思路，此时并不改变空调机和回风再热加热器的工作状态，仅控制半导体除湿机的工作状态。这个控制目标与前述三个控制目标的控制策略独立，没有优先级和先后顺序的关系。

下面举一个实际的例子说明本发明的实际工作流程。

假设，在夏季高温高湿的环境条件下，运行人员对一个内部温湿度环境良好的电气设备组件柜1打开柜子进行巡视检查，在柜门打开后，外部高温高湿空气进入柜体，巡视检查结束后，运行人员关上柜门，此时电气设备组件柜1内的空气存在如下三个指标超标：(1)第二温湿度传感器10测量得到的温度值超标(例如，第二温湿度传感器10测量温度值为45℃，预设范围为最高柜内环境温度不超过36℃)；(2)第二温湿度传感器10测量得到的相对湿度值超标(例如，第二温湿度传感器10测量相对湿度值为90％，预设范围为最高柜内环境相对湿度不超过80％)；(3)第一温湿度传感器9和第二温湿度传感器10测量的温度差异值超标(例如，第一温湿度传感器9测量的温度值为27℃，第二温湿度传感器10测量的温度值为45℃，两者的差异值为18℃，预设范围为温度差异值不超过10℃)。

首先，根据温湿度独立控制的思想和本发明的控制策略，第二温湿度传感器10测量得到的相对湿度值超标的调节方式与另外两项指标的调节方式独立，因而进入调节过程，增加半导体除湿机11的工作功率，不断将柜内空气中的水蒸气析出，降低空气的相对湿度，直到第二温湿度传感器10的相对湿度值小于预设值(80％)，并且如果具备继续调节的条件，则继续调节半导体除湿机11的工作功率，直至第二温湿度传感器10的相对湿度值小于90％的预设值(72％)。之后，视情况调节半导体除湿机的工作功率，使柜内相对湿度保持稳定。假设最终状态为，柜内空气的相对湿度保持为70％。

同时，由于第二温湿度传感器10测量得到的温度值和温湿度传感器(9、10)测量的温度差异值同时超过预设值，根据优先级，先确保温湿度传感器(9、10)测量的温度差异值回到预设范围内，再确保第二温湿度传感器10测量得到的温度值回到预设值。具体的调节方式为：

确保温湿度传感器(9、10)测量的温度差异值(18℃)回到预设范围内(不超过10℃)，增加回风再热加热器8的加热量、不改变其余设备工作状态，此时回风温度逐渐升高，同时柜内环境温度不断降低，两者的差异值不断降低，当两者差异值降低至10℃时，进入下一个调节过程，假设此时柜内环境温度为42℃，回风温度为32℃。

确保第二温湿度传感器10测量得到的温度值(42℃)回到预设范围(不超过36℃)，增大内循环风机的功率，此时内循环风量增大，更多的冷却空气从空调机进入柜内，柜内环境温度降低，第二温湿度传感器10测量得到的温度值降低，此时，传感器1和2的温度差异值也降低，需要不断调整回风再热加热量，使差异值保持在80％～100％的预设值之间(8～10℃)。在这种调节模式下，柜内环境温度不断减低，空调出风空气温度也不断降低，但差异值一直在预设范围内。最终，两个指标均达标，假设最终状态为，第二温湿度传感器10测量的柜内环境温度为35℃，传感器1测量的温湿度控制系统出风温度为27℃。

则通过上述的调节方式，柜内空气从(环境温度45℃，环境相对湿度90％，出风空气温度27℃)的状态平稳过度至(环境温度35℃，环境相对湿度70％，出风空气温度27℃)的状态，并保持在最终状态，很好的达到了调节柜内温湿度环境的目的。

综上所述，本发明通过对集成源头控制和温湿度独立控制的电气设备组件柜温湿度控制系统进行协同控制，可以实现对柜内空气温湿度和空调出风空气温湿度的有效控制，可为微机型电气设备的长期稳定运行提供一个合适的柜内微环境。

Claims (5)

1.一种电气设备组件柜温湿度协同控制方法，其特征在于：其控制对象为一种温湿度控制系统，包括设于电气设备组件柜内的电气设备、控制器、及与控制器连接的空调机、回风再热加热器、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器、半导体除湿机，所述空调机包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和内循环风机，第一温湿度传感器、第二温湿度传感器将其检测的温湿度数据传送至控制器，控制器按照预先设置的控制策略控制空调机、回风再热加热器和半导体除湿机的工作，确保第二温湿度传感器所测量的温度和相对湿度均在预设范围内，确保第一温湿度传感器和第二温湿度传感器测量得到的温度差异值在预设范围内，确保第一温湿度传感器测量得到的相对湿度值在预设范围内；第一温湿度传感器设于空调机的出风口处，第二温湿度传感器位于电气设备附近,半导体除湿机与所述空调机一体化设计和安装，但两者的空气循环相互隔离；当检测到第二温湿度传感器温度值超过预设范围时，则增大空调中内循环风机的功率，同时根据第一温湿度传感器和第二温湿度传感器的温度测量差异值调整回风再热加热器的加热量使差异值一直在80％的预设值附近，直至第二温湿度传感器的温度值回到预设范围内同时第一温湿度传感器、第二温湿度传感器的温度值差异一直在预设范围内；当检测到第一温湿度传感器的相对湿度值大于等于预设值时，则降低空调机中蒸发器的工作温度，低于内循环进风空气的露点温度，同时增加回风再热加热器的加热量，使得第一温湿度传感器的相对湿度值小于预设值的同时第一温湿度传感器、第二温湿度传感器的温度值差异一直在预设范围内。

2.如权利要求1所述的电气设备组件柜温湿度协同控制方法，其特征在于：当控制器检测到第一温湿度传感器和第二温湿度传感器的温度差异值大于等于预设值时，如果第一温湿度传感器的温度测量值低于第二温湿度传感器的值，则增加回风再热加热器的加热量，直至温度差异值小于预设值，并且如果具备继续调节的条件，则继续增加回风再热加热器的加热量至温度差异值为80％的预设值并稳定在附近。

3.如权利要求1所述的电气设备组件柜温湿度协同控制方法，其特征在于：当检测到第一温湿度传感器和第二温湿度传感器的温度差异值大于等于预设值时，如果第一温湿度传感器的温度测量值高于第二温湿度传感器的值，则降低回风再热加热器的加热量，直至温度差异值小于预设值，并且如果具备继续调节的条件，则继续降低回风再热加热器的加热量至温度差异值为80％的预设值并稳定在附近。

4.如权利要求1所述的电气设备组件柜温湿度协同控制方法，其特征在于：当检测到第二温湿度传感器的相对湿度值大于等于预设值时，则增加半导体除湿机的工作功率，直到第二温湿度传感器的相对湿度值小于预设值，并且如果具备继续调节的条件，则调节半导体除湿机的工作功率，进一步使第二温湿度传感器的相对湿度值小于90％的预设值。

5.如权利要求1所述的电气设备组件柜温湿度协同控制方法，其特征在于：当发生第二温湿度传感器所测量的温度值、第一温湿度传感器和第二温湿度传感器测量得到的温度差异值、第一温湿度传感器测量得到的相对湿度值这三个测量值中的两个或者三个值不在预设范围内时，调整的先后顺序为：先确保第一温湿度传感器和第二温湿度传感器测量得到的温度差异值回到预设范围内，再确保第二温湿度传感器所测量的温度值回到预设范围内，再确保第一温湿度传感器测量得到的相对湿度值回到预设范围内。