0  引言

    隨著國民經濟和電網的飛速發展，各電壓等級的變電站數量不斷增長，為節約寶貴的土地資源，減少噪聲等，變電設施設計越來越多地采用地下布置方式。地下變電站優點明顯，由于其建設于地下，不占用地面土地資源，可以節省大量城市建設用地，同時與周圍市政環境保持協調，在城市電網中得到越來越多的應用。

    地下變電站由于處于地下，站內潮濕、高溫、站內水位、有毒氣體積聚等問題顯得尤為突出，使得變電設備發生故障概率升高，存在嚴重安全隱患。隨著變電站投運年限的增加，變電站室內的環境問題會越來越嚴重^[1-2]。

    傳統的變電站環境調控方式大多是從單一角度出發，無法對站內所有環境要素進行系統性和綜合性調控^[3]。因此，需要在安全可靠的前提下，綜合性、系統性地進行技術優化，達到一體化、智能化、系統化解決各種環境問題。

    本文提出的地下變電站運行環境智能調控系統通過優化和改善變電站設備所處環境的小氣候，自動跟蹤環境溫濕度變化，進行動態跟蹤控制，以適應設備負荷變化引起的發熱量變化以及環境溫度變化，為設備營造一個干燥、潔凈、溫度適宜的運行環境。

1  運行環境對地下變電站設備運維影響

1.1  濕度因素

    濕度是影響電氣設備正常運行的重要因素。一方面開關設備中多處（如母排）依靠空氣絕緣，濕度過高，將使空氣的絕緣性能降低；另一方面空氣中的水分附著在絕緣材料表面，使電氣設備的絕緣電阻降低，特別是使用年限較長的設備，由于內部有積塵吸附水分，潮濕程度將會更嚴重，導致絕緣電阻更低，設備的泄露電流大大增加，甚至造成絕緣擊穿，發生事故^[4]。

    圖1為依據浦東供電公司4個典型地下變電站2017年3月~8月地下三層濕度監測數據所繪制的曲線圖。從圖中可知，4個地下變電站整體濕度較高，特別是在6月份梅雨季節，濕度明顯升高。

1.2  溫度因素

    由于設備內部損耗使設備具有一定的溫度，如果周圍環境溫度過高或空氣流動性差，使設備的熱量不能及時散開，將會使設備因過熱跳閘，甚至燒壞設備。對于自動化程度較高的地下變電站，室溫過高會影響站內各類電子設備穩定運行。

    圖2為根據浦東供電公司4個典型地下變電站2017年3月~8月地下三層溫度監測數據所繪制的曲線圖。從圖中可知，4個地下變電站整體溫度不高。

1.3  視頻監控

    傳統變電站雖已實現無人值守，但由于缺少相關監控手段，對站內運行環境及設施設備情況監控效率不高，運維成本較大。

1.4  消防因素

    消防安全是變電站運行安全的重要一環。地下變電站由于結構復雜、大型機械難以進出等原因，事故處理時間較傳統變電站更久，一旦發生火災將造成嚴重后果。因此在地下變電站中增強消防監控水平尤為關鍵。

1.5  SF6因素

    為有效利用空間，地下變電站多采用SF6充氣設備。具有滅弧能力強等特點的同時，SF6氣體存在泄漏風險，一方面嚴重影響設備運行安全，另一方面威脅運維人員安全。

1.6  水位因素

    地下變電站受環境因素影響，電纜層積水的風險突出。電纜層積水影響設備安全運行^[5]。

2  變電站運行環境智能調控系統設計研究

2.1  變電站運行環境智能調控系統總體架構

    基于上述環境因素對地下變電站所產生的影響，本文搭建變電站運行環境智能調控系統總體架構。系統通過溫濕度檢測單元、有毒有害氣體濃度檢測單元、現場通信管理機、電機智能驅動、后臺調控系統及相關接口軟件，將各功能子模塊進行組合。其中，各類環境信息由各自安裝在相應位置的監測探頭測得。各系統連接如圖3所示。

    地下變電站運行環境智能調控中心將視頻調控、溫濕度監測、SF6監測、技防報警主機、火災報警主機等一系列監測系統收集到的環境信息匯總處理，然后上報變電站/區域控制中心等上級控制單元。

2.2  參數檢測單元

    參數檢測單元由安裝在開關室、保護室等設備室需要檢測位置的墻壁、開關柜上的溫濕度、SF6密度檢測元件、智能遠程紅外遙控器、遠程智能I/O模塊、開關量采集模塊構成。控制元件根據設備室調控設備性能配置組建，可以進行數據信息與通信管理機雙向數據傳輸。其結構框圖如圖4所示。

2.3  通信控制單元

    通信控制單元可實現數據實時判斷、裝置故障信息處理及數據實時傳輸通信管理，通信控制器可與各類變送器、遠程智能I/O模塊、開關量采集模塊進行通信，也可與其他的智能設備通信。通信控制單元負責接收各檢測單元傳輸的數據信息，計算處理后控制所轄除濕、降溫、排風系統，并將設備運行情況、現場環境數據上傳調控系統。其結構框圖如圖5所示。

2.4  后臺調控單元

    后臺調控數據處理采用OPC技術可方便實現與第三方系統的數據交換，進行遠程控制監視、數據存儲、故障信息記錄、數據發布和相關報表等處理任務。它由多個運行模塊組成。運行模塊由兩部分構成：工具部分和在線運行管理部分。工具模塊可以在系統運行的同時進行制圖、制表、圖元編輯、數據庫生成。在線運行模塊是系統運行時用于對系統進行動態監測、修改和調試進程，包括實庫數據檢索、畫面調用、歷史數據、運行登錄、系統管理、系統檢測和功能模塊。上述功能被集成于主控平臺之中，運行人員根據主控平臺的提示可啟動相應的功能模塊，實現收集、記錄、處理由前端計算機上傳的數據。

3  系統實用檢測

    選擇具有代表性的一座地下變電站安裝運行環境智能調控系統，對站內環境進行全天候監測與智能控制，如表1所示。

    系統安裝前后站內相關環境數據如表2所示。

    連續跟蹤監測表明，安裝運行環境智能調控裝置后開關室內設備運行環境有了顯著改善：站內環境明顯干燥涼爽，安裝前室內風管和開關柜金屬部件上能夠見到凝露產生的水珠，安裝后凝露現象完全消除；站內溫濕度情況正常；其他功能如視頻調控、水位調控、SF6監測等運行正常；同時運維人員能夠隨時了解和查詢站內工作狀態，有效減少變電站運維人員的工作量，設備運行的可靠性、穩定性、安全性得到了較大提高。

4  結束語

    本文研究了運行環境對地下變電站設備安全性、可靠性的影響。通過對變電站現場的大量數據采集和調研，分析高溫、潮濕、站內水位、有毒氣體積聚等環境問題對地下變電站設備運維的影響，基于調研分析的結果，充分利用變電站現有資源設計地下變電站運行環境智能調控方案。采用基于傳感器、無線通信的統一監控平臺，實現對變電站內的溫濕度、SF6調控、風機、水位、視頻調控、消防等生產輔助設備或系統的運行狀態等信息的采集和控制，實現設備間的智能化聯動。通過選取典型地下變電站，現場安裝運行環境智能調控系統，試驗表明本系統能夠有效改善地下變電站運行環境。

參考文獻

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[2] 陳延秋,王偉強,陳興華.地下變電站的運行風險與管控措[J].自動化應用,2016(3): 82-84.

[3] 鄔振武.220 kV地下變電站環境影響及對策分析[J].華東電力,2011,39(8): 1329-1331. 

[4] 梁廣.地下變電站的安全風險及應急對策[J].廣東電力,2008(8): 5-7.

[5] 袁曉明,朱亞平.地下變電站給排水設計優化措施[J].華東電力,2014,42(3): 577-580.

作者信息:

邱名義，方  略，曲曉東，徐夢超，謝  濤，都泓蔚，龍  鵬

（國網上海浦東供電公司，上海200120）