CN112117665A - 匹配开关柜组的除湿控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了匹配开关柜组的除湿控制方法及系统，包括：构建开关柜外围防潮环境，用于从开关室内高压开关柜产生潮气的源头上减少潮气产生；构建用于开关柜内部除湿的结构，在开关柜所在开关室内设置除湿机，在除湿机和开关柜之间构建封闭的对流内循环通道，用于对开关柜内湿气进行除湿；在除湿机的开关控制回路上连接智能控制器，所述智能控制器根据开关柜内实时温湿度数据智能控制除湿机的开关和除湿过程。本发明通过构建开关柜外围防潮环境最大限度地减少柜内潮气产生，进一步结合开关柜内除湿的智能控制，实现开关柜运行环境本质安全精准靶向除湿。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，具体涉及匹配开关柜组的除湿控制方法及系统。
背景技术
变电站自然条件差异很大，一些变电站的高压配电室特别是35kV配电室开关柜内部潮湿凝露问题突出，原因大致如下。1)环境湿度过高；2)金属封闭紧凑型开关设备，尤其是35kV配电设备，柜内空间相对狭小，电场强度集中，绝缘件爬电比距偏小；3)变电站管理问题：电缆沟内水汽串入，配电室墙体失修出现渗水等。开关柜内部潮湿凝露危害极大，其外观表现为断路器手车触头出现“铜绿”，柜体内部及绝缘件表面出现凝露水珠等。长期的潮湿和凝露导致绝缘件吸潮老化和性能下降，出现不可逆转的性能损伤，并最终发展为放电闪络等绝缘事故。
目前开关柜防潮存在的技术问题包括：
1、开关柜设计、安全和制造要求，将母线室、开关室、出线室、二次室等独立并隔离措施，技术规范要求开关柜对外防护等级应达到IP4X或以上，使得开关柜内空气难以对流；
2、电缆沟设计多采用砖砌方式，未能充分考虑防水防潮措施，封堵也仅考虑防小动物，致使电缆沟内的潮气不同程度进入开关柜本体，引起部分绝缘件受潮放电；
3、目前开关室内多采用空调加除湿机方式驱潮，从使用看，取得了一些效果，但明显存在不足：一是开关室内因门窗、排气风扇等难以形成密封空间，开关室内空气干燥效果不佳；二是除湿机产生的干燥空气难以进入开关柜内，同时柜内潮湿气体难以被除湿机抽取；三是除湿机或空调使用过程中极易造成开关柜内外形成温差，从而在开关柜内形成凝露，加剧绝缘件受潮；四是除湿机或空调对开关柜下部干燥效果不明显，尤其是不能把电缆沟内的潮气从源头控制；
4、开关柜内安装加热器和安装专用驱湿装置，短期可以取得一些效果，但由于每台开关柜均需要独立安装，不仅投入大，更主要的是维护困难，而且加热器和温湿度控制器属于易损产品，维修更换必须停电，实践证明实用性不强，作用不明显，改造费用高。
5、除湿机、空调和柜内加热器除湿用电量损耗巨大，不经济；
6、除湿机完全依靠自身的自动控制系统工作，不能与开关室环境智能辅助控制系统联动，自动化程度不高。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了匹配开关柜组的除湿控制方法，包括如下步骤：
(11)构建开关柜外围防潮环境，用于从开关室内高压开关柜产生潮气的源头上减少潮气产生；
(12)构建用于开关柜内部除湿的结构，在开关柜所在开关室内设置除湿机，在除湿机和开关柜之间构建封闭的对流内循环通道，用于对开关柜内湿气进行除湿干燥；
(13)构建用于开关柜内降温防凝露结构，在除湿机内设辅助风机，利用所述对流内循环通道，用于调节开关室和开关柜内温度差破坏防止开关柜内产生凝露；
(14)在除湿机的开关控制回路上连接智能控制器，所述智能控制器根据开关柜内实时湿度数据智能控制除湿机的开关和除湿过程的速度，根据开关柜内外温度差智能控制辅助风机的开关。
作为上述方案的进一步优化，所述步骤(14)中智能控制器根据开关柜内实时湿度数据智能控制除湿机的开关，具体为当湿度大于第一阈值时，控制除湿机启动进行除湿，当湿度湿度小于第二阈值时，控制除湿机停止运行，所述第一阈值大于第二阈值。
作为上述方案的进一步优化，所述第一阈值和第二阈值的设置方法为：基于历史湿度采集数据和训练完成的区间预测模型预测下一时间的湿度阈值区间的上下限，作为下一时间第一阈值和第二阈值。
作为上述方案的进一步优化，所述步骤(14)中智能控制器根据开关柜内实时湿度数据智能控制除湿机除湿过程的速度，采用模糊控制算法，根据除湿过程实时湿度数据与第二阈值的差距大小动态调节除湿机除湿速度。
作为上述方案的进一步优化，所述步骤(14)中根据开关柜内外温度差智能控制辅助风机的开关，具体为当温度差数据大于第三阈值时，控制辅助风机启动，当温度差数据小于第四阈值时，控制辅助风机停止运行，所述第三阈值大于第四阈值。
作为上述方案的进一步优化，所述开关柜内设有至少一个温湿度采集设备，所述温湿度采集设备与除湿机智能控制器连接，多个温湿度采集设备启动除湿机或辅助风机采用是或门关系，停止除湿机或辅助风机采用是与门关系。
作为上述方案的进一步优化，所述除湿机智能控制器还与开关室内烟感报警电路和感温电缆报警电路连接，当发生感温电缆或烟感报警信号时，自动切断除湿机电源。
作为上述方案的进一步优化，所述步骤(11)构建开关柜外围防潮环境，包括如下步骤：
(51)抬升开关室内电缆沟高度，确保室内电缆沟比相连的室外电缆沟高预设值，并设挡水坎；
(52)对开关柜底部一次和二次电缆沟采取防水砂浆、SBS防水卷材、环氧树脂地坪漆处理方式中的至少一种，隔绝地下潮气进入沟内；
(53)在开关柜一次和二次电缆沟端头开关柜平行中间位置预留除湿机安装基础，借鉴端子箱模式，并预留出气管道；
(54)在除湿机底部基础周边埋设多个管道，用于放置连接除湿机电源、温湿度采集设备、感温电缆、烟感报警的电缆以及除湿机排水管道。
基于上述上述匹配开关柜组的除湿控制方法，本发明还提供了匹配开关柜组的除湿控制系统，包括：
开关柜外围防潮组件模块，用于从开关室内高压开关柜产生潮气的源头上减少潮气产生；
开关柜内除湿组件模块，包括开关柜所在开关室内设置的除湿机，以及除湿机和开关柜之间的对流内循环通道，用于对开关柜内湿气进行除湿；
开关柜内降温防凝露组件模块，包括除湿机内设辅助风机以及所述对流内循环通道，用于调节开关室和开关柜内温度差防止开关柜内产生凝露；
开关柜内除湿和降温智能控制模块，包括与除湿机开关控制回路上连接的智能控制器，用于根据实时湿度数据智能控制除湿机的开关和除湿过程、根据开关柜内外温度差智能控制辅助风机的开关。
作为上述方案的进一步优化，所述开关柜内除湿智能控制模块包括湿度阈值区间动态获取模块，用于基于历史湿度采集数据和训练完成的区间预测模型预测下一时间的湿度阈值区间的上下限，作为下一时间第一阈值和第二阈值。
本发明的匹配开关柜组的除湿控制方法及系统，具备如下有益效果：
1.本发明通过构建开关柜外围防潮环境，一是适度抬升室内电缆沟底高度，并设置挡水坎，二是对开关柜底部地坪和电缆沟采取防水防潮措施，三是预留立式除湿机基础，预埋除湿机电源、温湿度传感器、烟感火灾和排水管道等，通过从设计和施工源头采取防潮措施，有效降低电缆沟潮气生成和烟囱效应，最大限度地减少柜内潮气产生。
2.本发明通过在除湿机和开关柜之间形成循环对流通道，以除湿机为动力源，柜内潮湿空气→柜顶泄压孔→柜顶进气管道→除湿机进气口→除湿后干燥空气→柜底管道→置换柜内空气，通过开关柜、管道和除湿机形成相对密封的循环对流微正压通道，确保柜内空气湿度始终处于设定的合格范围，破坏凝露形成条件，彻底解决柜内潮气和凝露。
3.本发明通过智能控制器对于温湿度采集设备采集的数据，进行分析处理，实现智能控制除湿机的启动与关闭以及除湿机工作过程的控制，根据开关柜内实施空气湿度，实现动态调整除湿机的启动和停止的条件阈值，以适应不同季节气候的湿度变化，同时通过模糊控制算法，实现对除湿机除湿过程的除湿速度控制，以实现除湿稳定性和降低除湿机功耗。
附图说明
图1为本发明的匹配开关柜组的除湿控制方法的整体框图；
图2为本发明的匹配开关柜组的除湿控制方法中，除湿机和开关柜之间构建封闭的对流内循环通道的结构示意图；
图3为本发明的匹配开关柜组的除湿控制方法中，智能控制器控制除湿机和辅助风机实现除湿和防凝露的方法流程框图
图4为本发明的匹配开关柜组的除湿控制方法中，智能控制器、除湿机、数据采集设备的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案进一步说明。
本发明提供了一种匹配开关柜组的除湿控制方法，包括如下步骤：
(11)构建开关柜外围防潮环境，用于从开关室内高压开关柜产生潮气的源头上减少潮气产生；
具体的，构建开关柜外围防潮环境，包括如下步骤：
(51)抬升开关室内电缆沟高度，确保室内电缆沟比相连的室外电缆沟高预设值，具体可以设置室内电缆沟比相连的室外电缆沟高30厘米以上；
(52)对开关柜底部一次和二次电缆沟采取防水砂浆、SBS防水卷材、环氧树脂地坪漆处理方式中的至少一种，隔绝地下潮气进入沟内；本实施例中采取防水砂浆、SBS防水卷材、环氧树脂地坪漆三种组合方式处理。
(53)在开关柜一次和二次电缆沟端头平行开关柜中间位置预留除湿机安装基础，借鉴端子箱模式，并预留出气管道；
(54)在除湿机基础底部周边埋设多个管道，用于放置连接除湿机电源、温湿度采集设备、感温电缆、烟感报警的电缆以及除湿机排水管道；
(55)选用密封钢制大门作为开关室大门；
(56)开关室内窗户采用真空密闭窗户；
(57)开关柜一次和二次电缆沟与其他电缆沟采用密封阻火板隔离；
(58)进出开关室一次和二次电缆沟封堵采用专业封堵和防火封堵。
(12)构建用于开关柜内部除湿的结构，在开关柜所在开关室内设置除湿机，在除湿机和开关柜之间构建封闭的对流内循环通道，用于对开关柜内湿气进行除湿干燥；
该除湿机和开关柜之间的对流内循环通道，具体为：在开关柜顶部和除湿机顶部连通第一传输管道，在开关柜底部和除湿机底部连通第二传输管道，所述开关柜顶部的第一传输管道端口位于开关柜顶断路器室、母线室和出线室泄压通道正上方且不影响泄压；
在除湿过程中，开关柜内的湿气从顶部通过第一传输管道传输到除湿机，除湿机产生的干燥气体从底部通过第二传输管道传输到开关柜内。
构建对流内循环通道的具体步骤包括：
(121)对传统除湿机侧面进气，顶部出干燥空气结构进行改造，设计一款除湿机顶部进气，底部出干燥空气的结构；
(122)除湿机顶部预留固定支架、管道接口和螺栓腰孔，便于与开关柜顶部管道连接；
(123)除湿机底部预留孔洞基础，用于固定除湿机，并与开关柜底部一次和二次电缆沟通道连接；
(123)利用开关柜起吊挂环，在柜顶部约30厘米处加装专用吸气管道，管道端口位于开关柜顶断路器室、母线室和出线室泄压通道正上方，对准柜内吸取置换空气，并使得开关柜内湿气沿管道进入除湿机进气口。
(13)构建用于开关柜内降温防凝露的结构，在除湿机内设辅助风机，利用所述对流内循环通道，用于调节开关室和开关柜内温度差破坏防止开关柜内产生凝露；
(14)在除湿机的开关控制回路上连接智能控制器，所述智能控制器根据开关柜内实时湿度数据智能控制除湿机的开关和除湿过程的速度，根据开关柜内外温度差智能控制辅助风机的开关。
上述步骤(14)中智能控制器根据开关柜内实时湿度数据智能控制除湿机的开关，具体为当湿度大于第一阈值时，控制除湿机启动进行除湿，当湿度湿度小于第二阈值时，控制除湿机停止运行，所述第一阈值大于第二阈值。
第一阈值和第二阈值的设置方法为：基于历史湿度采集数据和训练完成的区间预测模型预测下一时间的湿度阈值区间的上下限，作为下一时间第一阈值和第二阈值。
该区间预测模型，基于神经网络，输出层为2个神经元，分别输出阈值区间的上下限，在置信水平(1-α)下，模型输出的预测区间表示为：
其中，
为区间下界，
为区间上界，
为通过损失函数优化后的最优模型参数。
进一步的，区间预测模型采用RBF网络，包括输入层、径向基网络隐层和输出层，其中输入层输入当前时刻前预设时间段内的湿度数据；
径向基网络隐层，采用K-均值聚类方法求取基函数中心ci：
(1)随机选取h个训练样本作为聚类中心ci；
(2)将输入的训练样本xn，根据xn与中心为ci之间的欧氏距离将xn分配到输入样本的各个聚类集合中；
(3)重新调整聚类中心：计算各个聚类集合中训练样本的平均值，即新的聚类中心ci，如果新的聚类中心不再发生变化，则所得到的ci即为RBF神经网络最终的基函数中心；否则，重复步骤(2)。
RBF神经网络的基函数为高斯函数,因此方差σi为：
计算隐含层和输出层之间的权值；计算公式如下:
通过历史湿度采集数据，对RBF网络进行训练，以下述损失函数为目标函数，目标函数收敛时网络模型训练完成，获取训练完成的网络模型参数。
损失函数：
该损失函数中包含了预测区间平均宽度MPIW和预测区间的覆盖原始数据的概率PICP，PICP可以保证该预测区间覆盖了满足置信水平的实际数据点，MPIW对预测区间的宽度进行控制。
利用该训练完成的模型，输入当前时刻前预设时间段内的湿度数据，预测下一时间的湿度阈值区间的上下限。
在下一时间采集的湿度数据超出这个上限时，启动除湿机除湿过程，直至开关柜内实时采集的湿度数据小于区间下限，控制除湿机关闭。
值得说明的是，该区间预测的时间段粒度不适合太细，可以以周、半月、月、季度等时间段粒度进行预测，该动态区间阈值设置可以适应不同季节气候环境变化，在不同季节不同时期采用不同的阈值区间，实现更好的开关柜除湿控制。
上述步骤(14)中智能控制器根据开关柜内实时湿度数据智能控制除湿机除湿过程的速度，采用模糊控制算法，根据除湿过程实时湿度数据与第二阈值的差距大小动态调节除湿机除湿速度。
除湿机如果采用传统的定速开停方式控制，这种控制不利于节能，而且压缩机频繁开启，湿度波动大，机器使用寿命短，为了节能和获得良好的除湿效果，本发明实施例中采用模糊控制算法，根据实时湿度数据与第二阈值的差距大小变化，对除湿机工作频率进行调整，实现在实时湿度数据与第二阈值的差距较大时，采用高频快速除湿，在实时湿度数据靠近第二阈值时，逐渐降低除湿机工作频率，开关柜内湿度平缓下降，使开关柜内湿度逐渐靠近第二阈值，抑制湿度的波动，实现良好的除湿稳定性，同时降低整个除湿过程的功耗。
该模糊控制算法的步骤包括：
输入当前开关柜湿度数据和第二阈值的差值，以及当前开关柜湿度数据和第二阈值差值的变化率，经过以下步骤后输出当前时刻开关柜湿度应该减少的量：
先对两个输入数值进行模糊化操作，第一步，对两个输入数值进行统一量化，根据两个输入数值的阈值区间到预设量化区间的缩放比例，将两个输入数值缩放到同一量化区间，第二步将两个输入数值进行模糊分类，本实施例中，采用正大、正中、正小、0、负大、负中、负小7个模糊类别，根据预设隶属度函数，计算两个输入数值对于这7个类别的隶属度数值；
根据预先设置的控制规则库，本实施例中包括7*7个控制规则，获取当前两个输入数值时对应的控制语言，获取控制值，将该控制值经过反模糊化操作，获取实际控制值即为当前时刻除湿机工作应该达到的除湿量。
上述步骤(14)中根据开关柜内外温度差智能控制辅助风机的开关，具体为当温度差数据大于第三阈值时，控制辅助风机启动，当温度差数据小于第四阈值时，控制辅助风机停止运行，所述第三阈值大于第四阈值。
在本实施例中，每个开关柜内设有至少一个温湿度采集设备，如温湿度传感器，所述温湿度采集设备与除湿机智能控制器连接；
多个温湿度采集设备启动除湿机或辅助风机采用是或门关系，停止除湿机或辅助风机采用是与门关系，确保开关柜内空气湿度始终维持在合格范围内，即：
当至少一个温湿度采集设备采集的湿度数据达到第一阈值时，控制除湿机启动；
当至少一个温湿度采集设备采集的温度数据达到第三阈值时，控制辅助风机启动；
当所有温湿度采集设备采集的湿度数据达到第二阈值时，控制除湿机关闭，当所有温湿度采集的湿度数据达到第二阈值时，控制除湿机关闭；
当所有温湿度采集设备采集的温度数据达到第二阈值时，控制除湿机关闭，当所有温湿度采集的湿度数据达到第二阈值时，控制辅助风机关闭。
具体的，可在分段开关柜内前门手车位置和II段母线PT后门位置的侧面柜体上设置2个温湿度采集设备。
另外，本实施例的除湿机智能控制器还与开关室内烟感报警电路和感温电缆报警电路连接，例如将将烟雾传感器、感温电缆和烟雾红外烟雾探测器等连接到智能控制器，当发生感温电缆或烟感报警信号时，自动切断除湿机电源，防止通风造成火灾故障扩大等消防隐患。即本发明实施例中的智能控制器根据开关柜内的温湿度数据、开关室内的烟感报警信号和感温电缆报警信号共同作用，控制除湿机的除湿过程。
基于上述匹配开关柜组的除湿控制方法，本发明实施例还提供了匹配开关柜组的除湿控制系统，包括：
开关柜外围防潮组件模块，用于从开关室内高压开关柜产生潮气的源头上减少潮气产生；
开关柜内除湿组件模块，包括开关柜所在开关室内设置的除湿机，以及除湿机和开关柜之间的对流内循环通道，用于对开关柜内湿气进行除湿；
开关柜内降温防凝露组件模块，包括除湿机内设辅助风机以及所述对流内循环通道，用于调节开关室和开关柜内温度差防止开关柜内产生凝露；当开关柜内外温度差达到第三阈值时，强制开关柜内空气对流，破坏凝露条件。
开关柜内除湿和降温智能控制模块，包括与除湿机开关控制回路上连接的智能控制器，用于根据实时湿度数据智能控制除湿机的开关和除湿过程、根据开关柜内外温度差智能控制辅助风机的开关，该智能控制模块包括湿度阈值区间动态获取模块，用于基于历史湿度采集数据和训练完成的区间预测模型预测下一时间的湿度阈值区间的上下限，作为下一时间第一阈值和第二阈值。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.匹配开关柜组的除湿控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
(11)构建开关柜外围防潮环境，用于从开关室内高压开关柜产生潮气的源头上减少潮气产生；
(12)构建用于开关柜内部除湿的结构，在开关柜所在开关室内设置除湿机，在除湿机和开关柜之间构建封闭的对流内循环通道，用于对开关柜内湿气进行除湿干燥；
(13)构建用于开关柜内降温防凝露结构，在除湿机内设辅助风机，利用所述对流内循环通道，用于调节开关室和开关柜内温度差破坏防止开关柜内产生凝露；
(14)在除湿机的开关控制回路上连接智能控制器，所述智能控制器根据开关柜内实时湿度数据智能控制除湿机的开关和除湿过程的速度，根据开关柜内外温度差智能控制辅助风机的开关。
2.根据权利要求1所述的匹配开关柜组的除湿控制方法，其特征在于：所述步骤(14)中智能控制器根据开关柜内实时湿度数据智能控制除湿机的开关，具体为当湿度大于第一阈值时，控制除湿机启动进行除湿，当湿度湿度小于第二阈值时，控制除湿机停止运行，所述第一阈值大于第二阈值。
3.根据权利要求2所述的匹配开关柜组的除湿控制方法，其特征在于：所述第一阈值和第二阈值的设置方法为：基于历史湿度采集数据和训练完成的区间预测模型预测下一时间的湿度阈值区间的上下限，作为下一时间第一阈值和第二阈值。
4.根据权利要求3所述的匹配开关柜组的除湿控制方法，其特征在于：所述步骤(14)中智能控制器根据开关柜内实时湿度数据智能控制除湿机除湿过程的速度，采用模糊控制算法，根据除湿过程实时湿度数据与第二阈值的差距大小动态调节除湿机除湿速度。
5.根据权利要求1所述的匹配开关柜组的除湿控制方法，其特征在于：所述步骤(14)中根据开关柜内外温度差智能控制辅助风机的开关，具体为当温度差数据大于第三阈值时，控制辅助风机启动，当温度差数据小于第四阈值时，控制辅助风机停止运行，所述第三阈值大于第四阈值。
6.根据权利要求1所述的匹配开关柜组的除湿控制方法，其特征在于：所述开关柜内设有至少一个温湿度采集设备，所述温湿度采集设备与除湿机智能控制器连接，多个温湿度采集设备启动除湿机或辅助风机采用是或门关系，停止除湿机或辅助风机采用是与门关系。
7.根据权利要求1所述的匹配开关柜组的除湿控制方法，其特征在于：所述除湿机智能控制器还与开关室内烟感报警电路和感温电缆报警电路连接，当发生感温电缆或烟感报警信号时，自动切断除湿机电源。
8.根据权利要求1所述的匹配开关柜组的除湿控制方法，其特征在于：所述步骤(11)构建开关柜外围防潮环境，包括如下步骤：
(51)抬升开关室内电缆沟高度，确保室内电缆沟比相连的室外电缆沟高预设值，并设挡水坎；
(52)对开关柜底部一次和二次电缆沟采取防水砂浆、SBS防水卷材、环氧树脂地坪漆处理方式中的至少一种，隔绝地下潮气进入沟内；
(53)在开关柜一次和二次电缆沟端头开关柜平行中间位置预留除湿机安装基础，借鉴端子箱模式，并预留出气管道；
(54)在除湿机底部基础周边埋设多个管道，用于放置连接除湿机电源、温湿度采集设备、感温电缆、烟感报警的电缆以及除湿机排水管道。
9.匹配开关柜组的除湿控制系统，其特征在于：包括：
开关柜外围防潮组件模块，用于从开关室内高压开关柜产生潮气的源头上减少潮气产生；
开关柜内除湿组件模块，包括开关柜所在开关室内设置的除湿机，以及除湿机和开关柜之间的对流内循环通道，用于对开关柜内湿气进行除湿；
开关柜内降温防凝露组件模块，包括除湿机内设辅助风机以及所述对流内循环通道，用于调节开关室和开关柜内温度差防止开关柜内产生凝露；
开关柜内除湿和降温智能控制模块，包括与除湿机开关控制回路上连接的智能控制器，用于根据实时湿度数据智能控制除湿机的开关和除湿过程、根据开关柜内外温度差智能控制辅助风机的开关。
10.根据权利要求9所述的匹配开关柜组的除湿控制系统，其特征在于：所述开关柜内除湿智能控制模块包括湿度阈值区间动态获取模块，用于基于历史湿度采集数据和训练完成的区间预测模型预测下一时间的湿度阈值区间的上下限，作为下一时间第一阈值和第二阈值。
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