變電站高壓室風機及加熱器自動控制裝置設計

　　摘要：文中針對330kV羅夫變電站高壓室通風機和加熱器由值班員手動投退，溫濕度控制效果不理想的問題。設計了基于STC89C52單片機為處理器的自動控制裝置，根據室內外溫濕度的變化對通風機和加熱器進行自動控制。實驗驗證該裝置具有一定的可靠性和實用性，可滿足設備運行的需求。
　　
　　關鍵詞：高壓室；濕度；溫度；通風；單片機
　　
　　引言
　　
　　變電站高壓室溫濕度對設備的安全運行有著重要的影響。目前渭南電網要求將高壓室的溫度控制在5～20℃、濕度控制在35～75%之間。溫度長期超出范圍就會造成設備發熱、元件壽命縮短等問題。濕度過低易產生靜電，靜電的積累可能使二次設備的電子元件直接損壞，甚至引起保護或控制元件誤動。過高有利于霉菌的生長，霉菌分解出的酸性物質與絕緣材料長期相互作用會極大降低設備的絕緣性能并且當濕度達到凝露點時濕空氣會凝結成水滴，引起短路或直流接地等故障的發生，嚴重威脅設備的安全運行。
　　
　　1、高壓室除濕現狀
　　
　　渭南供電局330kV羅夫變電站35kV高壓室濕度較高，尤其是陰雨天時地表潮氣與電纜溝道相匯集，使得濕度經常越過規定的上限值；高壓室母線等設備封閉在高壓柜內，空氣流通不暢，在迎峰度夏期間，電網負荷大、環境溫度高，使得母線引線連接處溫度較高。　　
　　目前羅夫變電站采用除濕機、通風機及加熱器對高壓室溫濕度進行控制，但效果不是很理想。這是因為除濕機可根據設定的濕度值自動進行除濕，但通風機和加熱器投退還是依靠值班員手動進行控制，無法充分發揮其除濕降溫作用，控制電路如圖1所示。這種控制方式還存在以下問題：
　　
　　（1）值班員無法實時地根據室內、外溫濕度的變化及時開啟和關閉通風機及加熱器；
　　
　　（2）手動開啟通風機后若不能及時關閉會使通風機電機長期運行，發熱嚴重，極大縮短通風機的使用壽命，降低風機運行的可靠性。
　　
　　（3）隨著無人值守變電站的不斷改造和投入運行，高壓室通風機和加熱器手動控制方式無法滿足現有設備的運行需求。
　　
　　2、通風機及加熱器控制裝置設計
　　
　　2．1原理及控制策略
　　
　　文中設計了基于STC89C52單片機為處理器的控制裝置。裝置由電源模塊、數據采集模塊、顯示模塊、風機及加熱器控制模塊組成。原理如圖2所示。　　
　　數據采集模塊選用進口高精度傳感器對室內外溫濕度進行采集，每秒鐘向單片機上傳一次數據，單片機對數據進行統計、分析、計算。根據計算出的結果控制通風機和加熱器的開啟和關閉。控制策略如下：
　　
　　（1）通風機控制。當室內濕度值高于40％且室外濕度值比室內低10％時，處理器發出指令啟動風機運行。當室內外濕度相同時關閉風機。
　　
　　當室內溫度高于30℃時開啟通風，低于10℃時關閉通風，風機連續運行3h后若室內濕度還未達到設定的停運值，單片機會發出指令控制風機停運20min，然后再次啟動，如此循環，直到室內濕度值達到規定值，避免因電機長期運行發熱造成損壞。
　　
　　當室外濕度值低于75％時，每天中午十點啟動通風，運行15min自動關閉。改善高壓室室內空氣，有利于值班人員巡視。
　　
　　（2）加熱器控制。當室內溫度低于5℃時啟動加熱器運行，高于30℃時關閉加熱器。當室內濕度超過75％時啟動風機運行，低于50％時關閉風機。
　　
　　2．2硬件選擇及設計
　　
　　330kV變電站電壓等級高、電磁干擾強，因此處理器選用了宏晶公司生產的STC89C52單片機，該機具有高速度、低功耗、*抗*力等特點。電源首先采用變壓器進行電磁隔離和降壓處理，再將低壓輸入電源模塊對系統進行供電，這使得供電電壓穩定并且交流與直流、強電與弱點*隔離。傳感器選用瑞士Sensirion公司推出的SHT10單片數字溫濕度集成傳感器。室外傳感器用雙層屏蔽線從高壓室電纜溝道引出采集戶外溫濕度。當溫、濕度達到處理器設定的動作值時，處理器通過I／O口發出控制指令控制風機的開啟和關閉。控制電路如圖3所示。通過LCD溫濕度及風機動作等參數和信息進行顯示，并可用按鍵對其進行修改、設定、查詢。印制板中版面進行覆銅、引線進行加寬等，使裝置抗*力強、可靠性高。　　
　　2．3軟件系統設計
　　
　　裝置中采用C語言進行軟件編寫，以模塊化設計為思想，易于移植、擴充與維護。為了提高裝置運行的穩定性和可靠性，程序在初始化和運行中不斷對各重要外圍模塊的工作狀態進行監測，發現異常后能很快地對系統進行復位，對數據進行備份并發出異常告警。軟件中設置了看門狗、多重備份等措施保證電路能夠進行自動糾錯或即時復位。工作流程如圖4所示。　　
　　3、實驗及分析
　　
　　裝置安裝于羅夫變電站35kVI段高壓室內，并聯于現有的風機控制接觸器CJ10—10旁，不影響目前對風機的手動控制。滿足了文獻“除濕加熱裝置應具備自動控制和手動投退功能”。自動控制裝置如圖5所示；表1記錄了裝置四天里的動作情況。由表可見，當室內外濕度差達到設定值后，風機自動開啟和關閉，在濕度值低于75％時，每天10：00風機自動開啟15min然后自動關閉，改善高壓室空氣的質量，為值班人員10：00對高壓室進行巡視提供了良好環境。這四天里由于室內溫度未達到設定值，因此加熱器未自動啟動。　　
　　本裝置在羅夫變高壓室現場運行中，功能及各項參數均基本達到要求，運行情況比較穩定。
　　
　　4、結束語
　　
　　文中設計了基于STC89C52單片機的通風機和加熱器自動控制裝置，可根據室內外溫濕度的變化實時地開啟通風機及加熱器，該裝置在羅夫變電站運行后提高了高壓室的除濕降溫效果，減輕了值班人員的負擔，為無人值守變電站的進一步推廣提供了條件。實踐證明具有一定的實用性和推廣性，但也存在以下的問題需進一步研究和探索：1）風機啟動的室內外溫濕度差值等參數目前尚無規范明確規定，現場運行中需不斷進行調整校驗。2）結合變電站運行情況，通過實驗分析現有的空調、除濕機、通風機及加熱器等溫濕度控制裝置對各個階段溫濕度控制效果的區別，依此制定出一套綜合的優化控制方案。實現對高壓室溫濕度的*控制。