CN113093841A - 一种集中式变电站二次设备运行环境控制装置 - Google Patents

一种集中式变电站二次设备运行环境控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种集中式变电站二次设备运行环境控制装置，包括制冷压缩机、输送通道、回收通道、多个冷却通道和冷却介质；输送通道和回收通道均为一端开口一端封闭的管道并分别设置于同一屏柜的两侧，且二者通过开口端相连通，二者靠近封闭端的侧壁上均对应开设有多个导通口；每一冷却通道均为空心导热管并分别设置于相邻二次设备间，其两端与输送通道及回收通道上对应的导通口相连之后均形成一个连通回路；制冷压缩机设置于输送通道或回收通道上，且在开启之后驱动冷却介质在每一个连通回路中流动，用以吸收并带走二次设备的热量。实施本发明，不仅能解决设备散热问题，还能解决湿度和颗粒物浓度问题，使设备的运行寿命最大化和性能最优化。

Description

一种集中式变电站二次设备运行环境控制装置
技术领域
本发明涉及变电站运行环境控制技术领域，尤其涉及一种集中式变电站二次设备运行环境控制装置。
背景技术
二次设备是实现变电站远程感知及动态管理的核心设备，其运行工况取决于其产品的技术要求和生产工艺。可以肯定的是，稳定良好的运行环境可使二次设备运行工况更优，从而利于优化性能及延长运行寿命。
变电站二次设备的集中布置是指多台不同功能的二次设备集中安装，以尽可能小的间距(如小于20mm)布置在同一地点。此时，二次设备集中布置下的运行环境主要受温度、湿度和颗粒物的影响。
目前，在现有的二次设备集中布置方案中，由于考虑到颗粒物对设备集成电路的静电影响，二次设备通常设计为全封闭式，并采用自冷散热的方式(即通过空气和设备外壳的热传导进行散热)，虽然可避免颗粒物直接附着在集成电路上，但热传导的散热效果极差，大大减少设备运行寿命，缩短了设备的平均故障间隔时间。同时，由于外部自然环境决定的湿度和颗粒物浓度，因此在非封闭运行环境下，全封闭式的二次设备也容易在雨天或回南天受潮，一旦颗粒物附着严重，二次设备内部集成电路短路容易失效，导致设备性能破坏。
因此，亟需一种集中式变电站二次设备运行环境控制装置，不仅能解决二次设备集中布置下的设备散热问题，实现温度波动范围稳定，还能解决湿度和颗粒物浓度问题，使设备的运行寿命最大化和性能最优化。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种应集中式变电站二次设备运行环境控制装置，不仅能解决二次设备集中布置下的设备散热问题，实现温度波动范围稳定，还能解决湿度和颗粒物浓度问题，使设备的运行寿命最大化和性能最优化。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种集中式变电站二次设备运行环境控制装置，其与以一定间距堆叠于同一屏柜的多个二次设备配合使用，包括一制冷压缩机、一输送通道、一回收通道、多个冷却通道和冷却介质；其中，
所述输送通道和所述回收通道均为一端开口一端封闭的管道，并分别设置于同一屏柜的两侧；其中，所述输送通道的开口端与所述回收通道的开口端相连通，且所述输送通道在靠近其封闭端的管道壁面上以及所述回收通道在靠近其封闭端的管道壁面均对应开设有多个导通口；
每一冷却通道均为空心导热管，并分别设置于相邻两个二次设备之间的间距内；其中，每一冷却通道的两端与所述输送通道及所述回收通道上对应的两个导通口相连之后，其与所述输送通道及所述回收通道均形成一个相应连通的回路；
所述制冷压缩机设置于所述输送通道或所述回收通道上，且在开启之后，驱动所述冷却介质在每一个连通回路中流动，用以吸收并带走二次设备所产生的热量。
其中，所述冷却介质为空气，所述制冷压缩机为空气制冷压缩机。
其中，还包括：两个控制风扇；其中，
一个控制风扇内嵌于所述输送通道的中间部位，另一个控制风扇内嵌于所述回收通道的中间部位，且两个控制风扇的转速均与二次设备负荷为正比例关系。
其中，若二次设备失去工作电压时，两个控制风扇的转速为0，并停止转动；若二次设备工作于额定电压且负荷电流为0时，两个控制风扇的转速为额定转速；若二次设备工作于额定电压且负荷电流为额定电流时，两个控制风扇的转速为2倍额定转速。
其中，还包括：至少一组送风风扇或/及至少一组回风风扇；其中，
每一组送风风扇及每一组回风风扇均由一排风扇组成；其中，每一组送风风扇均设置于所述输送通道上相应的一导通口上；每一组回风风扇均设置于所述回收通道相应的一导通口上。
其中，还包括：一空气冷凝器；其中，
所述空气冷凝器的中间部位固定安装于所述输送通道或所述回收通道上，其顶端延伸出所对应安装的输送通道或回收通道之外并形成有用于输出干燥空气的排气口，底端延伸出所对应安装的输送通道或回收通道之外并形成有用于潮湿空气进入的进气口以及用于凝结水排出的凝结水导管。
其中，还包括：一导风系统；其中，
所述导风系统固定安装于所述输送通道或所述回收通道的内部，并靠近所述空气冷凝器设置。
其中，还包括：一空气过滤器；其中，
所述空气过滤器位于所述输送通道及所述回收通道的外部，其中间部位设有多层用于颗粒物过滤的过滤网，顶端形成有与所述空气冷凝器底端的进气口相连通的空气过滤出口以及与所述空气冷凝器底端的凝结水导管相连通的进入口，底端形成有用于潮湿空气进入的空气过滤进口以及用于凝结水排出的导水管。
其中，每一过滤网所采用材质均为PP树脂，且均内含抗菌剂和防腐剂。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明采用一种利用安装间距的空间进行主动式散热，驱动冷却介质从设备安装间距一侧流向另一侧的过程中吸收设备散发的热量，从而达到冷却装置的目的，同时利用冷却系统对空气中水分的冷凝效应，使空气中水气冷凝为液体水来降低空气湿度，以及使用空气冷凝水对环境颗粒进行过滤，因此不仅解决了二次设备集中布置下的设备散热问题，实现温度波动范围稳定，还解决了湿度和颗粒物浓度问题，使设备的运行寿命最大化和性能最优化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的一种集中式变电站二次设备运行环境控制装置的一结构示意图；
图2为图1中屏柜内输送通道、回收通道和多个冷却通道的连接结构示意图；
图3为图1中屏柜外制冷压缩机、空气冷凝器、导风系统及空气过滤器的连接结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种集中式变电站二次设备运行环境控制装置的另一结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1至图3所示，为本发明实施例中，提出的一种集中式变电站二次设备运行环境控制装置，其与以一定间距(如20mm)堆叠于同一屏柜(未图示)的多个二次设备T配合使用，包括一制冷压缩机a1、一输送通道a2、一回收通道a3、多个冷却通道a4和冷却介质；其中，
输送通道a2和回收通道a3均为一端开口一端封闭的管道，并分别设置于同一屏柜的两侧；其中，输送通道a2的开口端与回收通道a3的开口端相连通，且输送通道a2在靠近其封闭端的管道壁面上以及回收通道a3在靠近其封闭端的管道壁面均对应开设有多个导通口S；应当说明的是，为了尽可能节约布置空间，利用二次设备与屏柜的宽度差之间的间距，将输送通道a2和回收通道a3设置为嵌入式；
每一冷却通道a4均为空心导热管(即可实现热交换)，并分别设置于相邻两个二次设备T之间的间距内；其中，每一冷却通道a4的两端与输送通道a2及回收通道a3上对应的两个导通口S相连之后，其与输送通道a2及回收通道a3均形成一个相应连通的回路；每一冷却通道a4均与其对应相邻的两个二次设备T相贴合为最佳，这样能够提高冷却通道a4和二次设备T之间的热交换效率；
制冷压缩机a1设置于输送通道a2或回收通道a3上，且在开启之后，驱动冷却介质在每一个连通回路中流动，用以吸收并带走二次设备T所产生的热量。
应当说明的是，冷却介质为空气或者其它冷却液。若冷却介质为空气，则制冷压缩机a1为空气制冷压缩机。同时，输送通道a2、回收通道a3以及多个冷却通道a4可采用金属介质(因具有良好的导热性)制作而成，有利于热量的传导。其中，图1中屏柜外侧线框为输送通道a2和回收通道a3连通后的管道，该管道与屏柜中冷却通道a4连通成与外部环境空气隔离的密闭通道。
在本发明实施例中，在每个屏柜的送风口和回风口处，增设转速与设备负荷为正比例关系的控制风扇，用以进一步加快冷却空气流速来提高热交换效率。因此，因此，该装置还包括：两个控制风扇b3；其中，一个控制风扇b3内嵌于输送通道a2的中间部位，另一个控制风扇b3内嵌于回收通道a3的中间部位，且两个控制风扇b3的转速均与二次设备T负荷为正比例关系，即送风口和回风口处所增设的控制风扇b3的控制关系保持一致并与二次设备T工况相关性一致。
此时，两个控制风扇b3的转速与二次设备T负荷之间均有以下关系：
Figure BDA0002988138280000051
其中，ωFan为控制风扇b3的实时控制转速，ωe为控制风扇b3的额定转速，Ut为二次设备T工作测量电压，Ue为二次设备T工作的额定电压，It为二次设备T工作测量电流，Ie为二次设备T工作的额定电流。
由公式可知，若二次设备T失去工作电压时，两个控制风扇b3的转速为0，并停止转动；若二次设备T工作于额定电压且负荷电流为0时，两个控制风扇b3的转速为额定转速；若二次设备T工作于额定电压且负荷电流为额定电流时，两个控制风扇b3的转速为2倍额定转速。
在本发明实施例中，在冷却通道a4两侧对应安装有相应的风扇来加快空气的流通，进一步加快冷却空气流速来提高热交换效率。因此，该装置还包括：至少一组送风风扇b1或/及至少一组回风风扇b2；其中，每一组送风风扇b1及每一组回风风扇b2均由一排风扇组成；每一组送风风扇b1设置于输送通道a2上相应的一导通口S上；每一组回风风扇b2均设置于回收通道a3相应的一导通口S上。
在本发明实施例中，二次设备T集中布置下，设备运行环境的湿度主要来自于外部空气。由于环境温度对设备工况会产生较大影响，因此湿度控制采取低温除湿方式。因此，该装置还包括：一空气冷凝器a5；其中，空气冷凝器a5的中间部位固定安装于输送通道a2或回收通道a3上，其顶端延伸出所对应安装的输送通道a2或回收通道a3之外并形成有用于输出干燥空气的排气口T1，底端延伸出所对应安装的输送通道a2或回收通道a3之外并形成有用于潮湿空气进入的进气口T2以及用于凝结水排出的凝结水导管T3。
可以理解的是，本发明的湿度控制方法是利用空气冷凝器a5对环境空气(即外部空气)中水分的冷凝效应，使环境空气中水气冷凝为液体水，从而降低环境空气湿度。此时，具体实施方法为：环境空气通过空气冷凝器a5的进气口T2，通过空气冷凝器a5的导热管道表面形成凝结水，并让凝结水通过凝结水导管T3排出，同时环境空气经冷凝效应后，形成干燥的空气由排气口T1排出，从而确保屏柜及二次设备所处环境空间的温度下降。其中，图1中虚线箭头均为冷凝效应后的干燥空气的流通方向。
当然，还可以在制冷压缩机a1和空气冷凝器a5之间通过导风系统来加速冷却空气流通。因此，该装置还包括：一导风系统a6；其中，导风系统a6固定安装于输送通道a2或回收通道a3的内部，并靠近空气冷凝器a5设置。
在本发明实施例中，颗粒物浓度控制可通过静电吸附、滤网过滤、液体过滤三种方式实现，此时本发明使用液体(空气冷凝水)对环境颗粒进行过滤。因此，该装置还包括：一空气过滤器a7；其中，空气过滤器a7位于输送通道a2或回收通道a3的外部，其中间部位设有多层用于颗粒物过滤的过滤网M1，顶端形成有与空气冷凝器a6底端的进气口T2相连通的空气过滤出口M2以及与空气冷凝器a6底端的凝结水导管T3相连通的进入口M3，底端形成有用于潮湿空气进入的空气过滤进口M4以及用于凝结水排出的导水管M5。其中，每一过滤网M1所采用材质均为PP树脂，且均内含抗菌剂和防腐剂。
可以理解的是，在多屏情况下，每个屏柜都设置独立的输送通道a2和回收通道a3会造成空间浪费以及更高的设备成本，因此可以设置共用的输送通道a2和回收通道a3，如图4所示，所对应的结构及连接关系可参照本发明实施例推导得到，在此不再描述。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明采用一种利用安装间距的空间进行主动式散热，驱动冷却介质从设备安装间距一侧流向另一侧的过程中吸收设备散发的热量，从而达到冷却装置的目的，同时利用冷却系统对空气中水分的冷凝效应，使空气中水气冷凝为液体水来降低空气湿度，以及使用空气冷凝水对环境颗粒进行过滤，因此不仅解决了二次设备集中布置下的设备散热问题，实现温度波动范围稳定，还解决了湿度和颗粒物浓度问题，使设备的运行寿命最大化和性能最优化。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种集中式变电站二次设备运行环境控制装置，其与以一定间距堆叠于同一屏柜的多个二次设备配合使用，其特征在于，包括一制冷压缩机、一输送通道、一回收通道、多个冷却通道和冷却介质；其中，
所述输送通道和所述回收通道均为一端开口一端封闭的管道，并分别设置于同一屏柜的两侧；其中，所述输送通道的开口端与所述回收通道的开口端相连通，且所述输送通道在靠近其封闭端的管道壁面上以及所述回收通道在靠近其封闭端的管道壁面均对应开设有多个导通口；
每一冷却通道均为空心导热管，并分别设置于相邻两个二次设备之间的间距内；其中，每一冷却通道的两端与所述输送通道及所述回收通道上对应的两个导通口相连之后，其与所述输送通道及所述回收通道均形成一个相应连通的回路；
所述制冷压缩机设置于所述输送通道或所述回收通道上，且在开启之后，驱动所述冷却介质在每一个连通回路中流动，用以吸收并带走二次设备所产生的热量。
2.如权利要求1所述的集中式变电站二次设备运行环境控制装置，其特征在于，所述冷却介质为空气，所述制冷压缩机为空气制冷压缩机。
3.如权利要求2所述的集中式变电站二次设备运行环境控制装置，其特征在于，还包括：两个控制风扇；其中，
一个控制风扇内嵌于所述输送通道的中间部位，另一个控制风扇内嵌于所述回收通道的中间部位，且两个控制风扇的转速均与二次设备负荷为正比例关系。
4.如权利要求3所述的集中式变电站二次设备运行环境控制装置，其特征在于，若二次设备失去工作电压时，两个控制风扇的转速为0，并停止转动；若二次设备工作于额定电压且负荷电流为0时，两个控制风扇的转速为额定转速；若二次设备工作于额定电压且负荷电流为额定电流时，两个控制风扇的转速为2倍额定转速。
5.如权利要求4所述的集中式变电站二次设备运行环境控制装置，其特征在于，还包括：至少一组送风风扇或/及至少一组回风风扇；其中，
每一组送风风扇及每一组回风风扇均由一排风扇组成；其中，每一组送风风扇均设置于所述输送通道上相应的一导通口上；每一组回风风扇均设置于所述回收通道相应的一导通口上。
6.如权利要求5所述的集中式变电站二次设备运行环境控制装置，其特征在于，还包括：一空气冷凝器；其中，
所述空气冷凝器的中间部位固定安装于所述输送通道或所述回收通道上，其顶端延伸出所对应安装的输送通道或回收通道之外并形成有用于输出干燥空气的排气口，底端延伸出所对应安装的输送通道或回收通道之外并形成有用于潮湿空气进入的进气口以及用于凝结水排出的凝结水导管。
7.如权利要求6所述的集中式变电站二次设备运行环境控制装置，其特征在于，还包括：一导风系统；其中，
所述导风系统固定安装于所述输送通道或所述回收通道的内部，并靠近所述空气冷凝器设置。
8.如权利要求7所述的集中式变电站二次设备运行环境控制装置，其特征在于，还包括：一空气过滤器；其中，
所述空气过滤器位于所述输送通道及所述回收通道的外部，其中间部位设有多层用于颗粒物过滤的过滤网，顶端形成有与所述空气冷凝器底端的进气口相连通的空气过滤出口以及与所述空气冷凝器底端的凝结水导管相连通的进入口，底端形成有用于潮湿空气进入的空气过滤进口以及用于凝结水排出的导水管。
9.如权利要求8所述的集中式变电站二次设备运行环境控制装置，其特征在于，每一过滤网所采用材质均为PP树脂，且均内含抗菌剂和防腐剂。
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