一種變電站端子箱溫溼度控制系統及控制方法與流程
2023-04-25 13:09:31 2
本發明涉及一種變電站端子箱監控系統，特別是一種變電站端子箱溫溼度控制系統及控制方法。
背景技術：
戶外端子箱在變電站起著動力、控制、測量和保護作用。變電站戶外端子箱對於提高二次迴路的絕緣和電氣性能，防止因二次迴路絕緣和老化問題引發的各種缺陷與異常，確保主設備及其系統安全運行具有重要意義。
在晝夜溫差大且空氣潮溼的地方，空氣中的水分遇冷，通常就會凝結成小水珠。戶外端子箱經過白晝太陽的暴曬以及內部電器的發熱，深夜時櫃體箱壁溫度下降，櫃體內潮溼的熱空氣碰到冰冷的箱壁形成了凝露。水珠可能凝結在戶外端子箱櫃體內的頂部和內壁，凝結的水珠在重力的作用下，就會滴落至正在運行的端子排上。戶外端子箱一旦受潮嚴重，將導致端子箱內的運行環境變差，進而使得交直流迴路對地絕緣電阻降低，造成二次迴路接地或短路，這將造成保護誤動或拒動等，甚至造成斷路器的誤動，危害極大。另外，當發現戶外端子箱受潮嚴重後，還需要冒著極大的安全風險更換端子排或端子箱，甚至將所涉設備和迴路停電，同樣存在著嚴重的事故隱患。因此，加強對戶外端子箱的日常溫溼度控制(除溼、防潮處理)就顯得尤為重要。
技術實現要素：
本發明的目的在於設計一種變電站端子箱溫溼度控制系統及控制方法，可以實時對變電站端子箱的溫溼度進行控制、顯示、記錄、報警等，使端子箱不具備凝露發生的條件，起到預防凝露的作用。
本發明的目的是通過下述技術方案來實現的：
一種變電站端子箱溫溼度控制系統，包括安裝在端子箱內部的溫溼度控制器和加熱器，所述溫溼度控制器分別與設置在端子箱內部的溫溼度傳感器B和設置在端子箱外部的溫溼度傳感器A電連接，溫溼度控制器的控制單元與加熱器電連接；溫溼度控制器與計算機連接，計算機連接有列印、記錄、通訊和報警器件。
進一步地，所述溫溼度控制器包括中央處理器，中央處理器分別連接控制單元和接收單元；所述接收單元分別連接溫溼度傳感器A和溫溼度傳感器B，所述控制單元連接加熱器控制加熱器的啟閉。
進一步地，所述中央處理器採用CH372晶片，設置有與計算機相連的RS485接口。
進一步地，溫溼度控制器將變電站端子箱溫溼度實時監測數據和加熱器實時工作情況存儲到資料庫中，並通過計算機外設部件在客戶端機查詢、分析和操作。
進一步地，所述加熱器箱體採用鋁合金散熱板型材，在加熱器箱體內設有鎳鉻合金電熱絲。
進一步地，所述加熱器採用220伏交流電源，直接從端子箱的電接點端子上引入，連接到溫溼度控制器中的控制單元的繼電器。
相應地，本發明實施例提供了一種變電站端子箱溫溼度控制方法，包括下述步驟：
步驟1:在端子箱外部設置溫溼度傳感器A、內部設置溫溼度傳感器B和加熱器；
步驟2:通過溫溼度傳感器B、溫溼度傳感器A分別獲得端子箱內部溫度、溼度和端子箱外環境溫度，根據採集到的溫度t和溼度f實測值計算出端子箱空氣凝露的凝露點Td，並且計算當前時間範圍的露點平均值Td』，作為端子箱內部空氣的凝露點；
步驟3:計算機判斷端子箱內部溫度和端子箱外溫度是否會導致凝露；
步驟4:若端子箱溫度會導致凝露，則溫溼度控制器啟動加熱組件；否則，重複步驟2-3。
進一步地，根據所採集到的溫度t和溼度f實測值計算出端子箱空氣凝露的凝露點Td，通過下述步驟實現：
1)空氣的飽和水蒸汽壓Es：
Es＝6.11×10[7.5×t/(237.3+t)]
式中：Es-空氣的飽和水蒸汽壓，hpa；t-空氣溫度，℃；
2)由空氣的飽和水蒸汽壓Es得到空氣的水蒸汽壓e：
e＝f×Es
式中：e-空氣的水蒸汽壓，hpa；f-空氣的相對溼度，％；Es-空氣的飽和水蒸汽壓，hpa；
3)進而得到端子箱空氣凝露的凝露點Td：
Td＝237.3/[7.5/log(e/6.11)-1]
式中：Td-空氣凝露的凝露點Td，℃；e-空氣的水蒸汽壓，hpa。
本發明實施例提供的另一種變電站端子箱溫溼度控制方法，包括下述步驟：
步驟1:首先對系統進行標定，建立天氣氣溫預報資料庫；
步驟2:設定端子箱內部溫度、溼度和端子箱外環境溫度導致端子箱空氣凝露的凝露點平均值Td』；
步驟3:根據天氣氣溫預報資料庫提供的當日環境溫溼度數據，以及通過溫溼度傳感器B、溫溼度傳感器A分別獲得端子箱內部溫度t、溼度和端子箱外環境溫度T，與導致端子箱空氣凝露的凝露點平均值Td』對比，判定端子箱內部溫度和端子箱外溫度是否會導致凝露；
步驟4:如果會導致凝露，溫溼度控制器定時啟動加熱組件，直至箱外溫度不會導致凝露發生為止；
步驟5:如果不會導致凝露，重複步驟3-4，直至滿足要求。
進一步地，所述溫溼度控制器定時啟動加熱組件條件為：
1)將端子箱內的露點平均值Td』與端子箱內部溫度t和端子箱外環境溫度T進行對比，若0＜t-Td』≤2，且T-t＜0，則按步驟2)進行控制；若當天天氣預報獲得某時段環境溫度將低於Td』，則按步驟3)進行控制；
2)控制模塊控制加熱器的控制電路啟動，在t-Td≥3℃時加熱器停止加熱；
3)設置控制模塊控制加熱器的控制電路在相應的時間段啟動，在t-Td』≥3℃時加熱器停止加熱。
本發明的有益效果是：變電站端子箱溫溼度控制裝置通過溫溼度控制器連接溫溼度傳感器A和溫溼度傳感器B，同時測量端子箱箱內、箱外溫溼度信息，並將該信息傳輸至計算機，可以計算出箱內露點，然後根據箱內、箱外溫溼度之間的差，進行條件判決；通過溫溼度控制器隨機啟動或者關閉加熱器，破壞露點產生的條件，主動防凝露，在凝露可能發生之前就進行控制，得到最佳控制效果；並通過計算機及網絡可實現對變電站各端子箱的溫溼度數據進行24小時的不間斷的檢測、溫溼度控制、超限報警、記錄和數據存儲、查詢。
本發明的網絡系統可以把辦公區內網計算機與變電站建成一個遠距離共享網絡，可以在遠端監控變電站端子箱內溼度、溫度、加熱器工作情況和環境溫度。
本發明的方法通過環境溫度、端子箱內部溫度和溼度的實時測量，端子箱中空氣露點進行計算，控制加熱器；結合天氣預報，預設置加熱時間，有效的防止凝露的發生。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明結構示意圖；
圖2為本發明溫溼度控制器示意圖；
圖3為本發明溫溼度控制方法流程圖。
圖中：1-溫溼度傳感器A；2-溫溼度傳感器B；3-溫溼度控制器；4-加熱器；5-端子箱；6-計算機；7-計算機外設部件。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
如圖1所示，本發明變電站端子箱溫溼度控制系統，包括安裝在戶外端子箱5內部的溫溼度控制器3和加熱器4，溫溼度控制器3分別與設置在端子箱5箱內的溫溼度傳感器B2和設置在端子箱5箱外的溫溼度傳感器A1電連接，可以同時採集端子箱5箱內和箱外的溫度和溼度信息，溫溼度控制器3的控制單元與加熱器4連接，通過控制單元的控制執行元件對加熱器4的電源通斷進行控制，從而控制加熱器3的加熱或者關閉加熱；溫溼度控制器3與計算機6通過RS485接口，使用電纜連接，計算機外設部件7包括列印、記錄、通訊和報警等器件。
如圖2所示，溫溼度控制器3安裝在戶外端子箱5箱內部，溫溼度控制器3包括中央處理器和控制單元和接收單元，並設置有RS485接口，中央處理器採用CH372晶片。接收單元可以接收溫溼度傳感器A1和溫溼度傳感器B2的溫溼度信息，控制單元可以打開或者關閉加熱器4；溫溼度控制器3同時採集端子箱5箱內、箱外的溫度和溼度信息，通過中央處理器對該信息進行比對，根據程序事先設定的溫差調節方法，啟動控制單元的控制執行元件動作，從而控制加熱器4的加熱打開或者加熱關閉，使端子箱3箱內溫度始終比端子箱3箱外的溫度高1—3℃，使之不具備凝露發生的條件，起到預防凝露的作用。同時可以設定溫溼度的限定值，根據設定自動啟動或者關閉加熱器4加熱和除溼。
另外，加熱器4採用專用的鋁合金散熱板型材和優質鎳鉻合金電熱絲，具有體積小、外形美觀、散熱均勻、熱傳導快、散熱面積大、壽命長等優點，從而保證了配套電力設備的產品可以長期可靠的工作。
加熱器4和溫溼度控制器3的電源可以從端子箱5內部電接點端子上引入，本發明中，加熱器4採用220伏交流，直接從端子箱5的電接點端子上引入，通過溫溼度控制器3中的控制單元控制執行元件即繼電器控制電路的開合；溫溼度控制器3的晶片為直流4伏電源由計算機直接提供。
計算機6作為變電站監控計算機，放置在變電站監控室內，與變電站系統的區域網連接；溫溼度控制器3與計算機6分別帶有RS485接口，通過電纜連接，計算機6與溫溼度控制器3之間通過RS485接口可以實現數據通訊，通過計算機6可以對溫溼度控制器3進行設置、控制、檢測、顯示；計算機6連接有計算機外設部件7，計算機外設部件7包括列印、記錄、通訊和報警器件，可以列印、存儲相關信息，通過報警器件可以對溫溼度超限狀態進行報警，通過通訊接口可以接入變電站系統區域網路，實現網上信息共享；計算機6還可以通過61850標準接口，方便接入數位化變電站。溫溼度控制器3將變電站端子箱溫溼度實時監測數據和加熱器實時工作情況存儲到資料庫中，並通過計算機外設部件7在客戶端機查詢、分析和操作。
通過對溫溼度控制器3增加溫溼度信息採集點和控制輸出，還可對10kV高壓配電室多點溫溼度實時監測，能對空調、除溼機、室內通風機進行自動控制。
以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
實施例1
一種變電站端子箱溫溼度控制方法，包括下述步驟：
步驟1:在端子箱外部設置溫溼度傳感器A、內部設置溫溼度傳感器B和加熱器；
步驟2:通過溫溼度傳感器B、溫溼度傳感器A分別獲得端子箱內部溫度、溼度和端子箱外環境溫度，根據採集到的溫度t和溼度f實測值計算出端子箱空氣凝露的凝露點Td，並且計算當前時間範圍的露點平均值Td』，作為端子箱內部空氣的凝露點；
根據採集到的溫度t和溼度f實測值計算出端子箱空氣凝露的凝露點Td，具體為：
1)空氣的飽和水蒸汽壓Es：
Es＝6.11×10[7.5×t/(237.3+t)]
式中：Es-空氣的飽和水蒸汽壓，hpa；t-空氣溫度，℃；
2)由空氣的飽和水蒸汽壓Es得到空氣的水蒸汽壓e：
e＝f×Es
式中：e-空氣的水蒸汽壓，hpa；f-空氣的相對溼度，％；Es-空氣的飽和水蒸汽壓，hpa；
3)進而得到端子箱空氣凝露的凝露點Td：
Td＝237.3/[7.5/log(e/6.11)-1]
式中：Td-空氣凝露的凝露點Td，℃；e-空氣的水蒸汽壓，hpa；
步驟3:計算機判斷端子箱內部溫度和端子箱外溫度是否會導致凝露；
步驟4:若端子箱溫度會導致凝露，則溫溼度控制器啟動加熱組件；否則，重複步驟2-3。
實施例2
一種變電站端子箱溫溼度控制方法，見圖3所示，給出了本發明實現變電站端子箱溫溼度控制方法流程框圖，包括下述步驟：
步驟1:首先對系統進行標定，建立天氣氣溫預報資料庫；
步驟2:設定端子箱內部溫度、溼度和端子箱外環境溫度導致端子箱空氣凝露的凝露點平均值Td』；
步驟3:根據天氣氣溫預報資料庫提供的當日環境溫溼度數據，以及通過溫溼度傳感器B、溫溼度傳感器A分別獲得端子箱內部溫度t、溼度和端子箱外環境溫度T，與導致端子箱空氣凝露的凝露點平均值Td』對比，判定端子箱內部溫度和端子箱外溫度是否會導致凝露；
步驟4:如果會導致凝露，溫溼度控制器定時啟動加熱組件，直至箱外溫度不會導致凝露發生為止；
步驟5:如果不會導致凝露，重複步驟3-4，直至滿足要求。
溫溼度控制器定時啟動加熱組件條件為：
1)將端子箱內的露點平均值Td』與端子箱內部溫度t和端子箱外環境溫度T進行對比，若0＜t-Td』≤2，且T-t＜0，則按步驟2)進行控制；若當天天氣預報獲得某時段環境溫度將低於Td』，則按步驟3)進行控制；
2)控制模塊控制加熱器的控制電路啟動，在t-Td≥3℃時加熱器停止加熱；
3)設置控制模塊控制加熱器的控制電路在相應的時間段啟動，在t-Td』≥3℃時加熱器停止加熱。
下面給出實施例1具體計算實例：
1.實時採集端子箱內溫度、溼度和端子箱外環境溫度，根據採集到的溫度和溼度計算出端子箱空氣凝露的最高溫度(凝露點)，並且計算當前時間範圍的露點平均值為10℃，則端子箱內部空氣的凝露點為10℃；
2.檢測到端子箱內部溫度12℃，且端子箱外溫度繼續下降；
3.啟動加熱組件，直到箱內溫度高於13℃。
實施例2具體計算實例：
1.設定端子箱內部溫度、溼度和端子箱外環境溫度導致端子箱空氣凝露的凝露點平均值Td，為10℃；
2.根據天氣預報，若夜晚2時到5時天氣溫度在10℃或以下，通過溫溼度傳感器A、溫溼度傳感器B獲得端子箱內部溫度t為12℃、溼度和端子箱外環境溫度繼續下降；
3.控制模塊控制加熱器的控制電路啟動，直到箱內溫度高於13℃；
4.設置預約時間2時到5時啟動加熱器，直到箱內溫度高於13℃。
以上所述給出了一個有限範圍的實例對本發明做出了詳細說明，不能認定本發明的實施方式僅限於此，對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，凡根據本發明精神實質所作的任何簡單修改及等效結構變換或修飾，均屬於本發明所提交的權利要求書確定的保護範圍。