戶外環網箱環境智能控制系統及控制方法與流程

本發明涉及一種戶外環網箱環境智能控制系統及控制方法，屬于變電站設備技術領域。

背景技術：

隨著城市配電網的不斷發展，電纜化程度的提高，戶外環網柜應用日漸廣泛，并成為配電網中的重要組成部分，因此應用范圍越來越廣、數量越來越多。其運行可靠性，直接關系到供電質量和供電可靠程度。現場運行經驗表明，環網箱內環境和開關柜內空氣質量差（高溫、高濕、凝露和積灰），在長期的運行過程中，可導致開關柜絕緣劣化、絕緣強度降低、操作機構銹蝕、設備壽命縮短、甚至發生事故。

當前隨著“一流配網建設”的推進，戶外環網柜增加了“配電自動化終端”設備，對戶外環網箱的環境又提出了新的要求。

目前環網箱環境控制方式和存在問題如下：

（1）溫濕度控制：環網箱上開設進排風窗，通過空氣的對流將外界相對低溫干燥的空氣置換箱內相對高溫潮濕空氣達到降低箱內溫濕度的目的。存在的問題是當箱外環境溫濕度較大時不起作用，且易造成塵土、污穢進入。

（2）開關柜防凝露：

常用的防凝露處理方法有以下幾種：1、柜內加裝電加熱器，對設備內部進行加熱，通過提高柜內溫度，降低柜內空氣相對濕度；2、柜內加裝驅潮劑，在柜體內懸掛硅膠袋，或者是其他的吸水材料，吸收柜內濕氣；3、進出電纜縫隙使用膠泥封堵。存在的問題分析：1、用電加熱器，對設備內部進行加熱，以解決凝露現象；這種方法并不能從根本上消除凝露，原因在于這種方法只是增加空氣中水蒸氣的不飽和程度，降低空氣的相對濕度，并沒有將柜內的水汽排出，當遇環境溫度突變時，仍可能發生凝露。2、用驅潮劑，在柜體內懸掛硅膠袋，或者是其他的吸水材料，來降低開關柜內空氣的含濕量；然而實際因為其吸水效果有限，且吸收的水分很難排出，所以效果往往并不明顯，維護工作量增加。3、用膠泥封堵開關柜底部進出電纜縫隙只可以減少從電纜溝進入到開關柜內的水汽，并無法杜絕。上述處理方法都不能解決開關柜凝露現象。

（3）防外力破壞：戶外環網柜被一些不法分子破壞時運維人員不能及時知曉，導至存在安全隱患。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種戶外環網箱環境智能控制系統及控制方法，一體化解決電氣設備的諸多運行環境問題，有效改善環網箱設備的運行條件，降低電氣設備故障概率。

按照本發明提供的技術方案，所述戶外環網箱環境智能控制系統，包括環網箱主機箱，環網箱主機箱內設有開關柜，在環網箱主機箱底部設置與開關柜相連通的電纜溝；其特征是：在所述環網箱主機箱上設置進風口和排風口，進風口處設置空氣過濾網和風機，環風箱主機箱內設置排水型電子除濕器，在環網箱主機箱的箱內和箱外分別設置箱內溫/濕度傳感器和箱外溫/濕度傳感器；在所述環網箱主機箱的底部設置控制系統，控制系統包括環網箱控制主板，環網箱控制主板的輸入端連接箱內溫/濕度傳感器和箱外溫/濕度傳感器，以接收環網箱箱內和箱外的溫/濕度信號；環網箱控制主板的輸入端與排水型電子除濕器的脈沖信號連接；環網箱控制主板的輸入端連接風機的開關信號和運行速度信號；環網箱控制主板的控制端連接除濕機，以控制排水型電子除濕器的開關；環網箱控制主板的控制端連接風機，以控制風機的開關、以及運行速度。

進一步的，所述環網箱控制主板的輸出端連接移動終端，移動終端通過GRPS信號連接云中心。

進一步的，在所述環網箱主機箱的門上設置門禁檢測傳感器，環網箱控制主板的輸入端連接門禁檢測傳感器。

進一步的，所述環網箱控制主板還包括上電初始化模塊。

所述戶外環網箱環境智能控制方法，其特征是：根據箱內溫/濕度傳感器和箱外溫/濕度傳感器采集的數據，環網箱控制主板控制排水型電子除濕器的開關、風機的開關和運行速度；具體地包括以下步驟：

（1）設定風機運行門限：

設定箱外高溫上下限值、箱外低溫上下限值和箱外濕度上下限值；

當箱外溫度達到高溫上限值時，停風機；當箱外溫度達到高溫下限值時，開風機；

當箱外溫度達到箱外低溫下限值時，停風機；當箱外溫度達到低溫上限值時，開風機；

當箱外濕度達到箱外濕度上限值時，停風機；當箱外濕度達到箱外濕度下限值時，開風機；

（2）設定排水型電子除濕器的運行門限：

設定箱內濕度上下限值，當箱內濕度達到箱內濕度上限值時，開啟排水型電子除濕器；當箱內濕度達到箱內溫度下限值時，關閉排水型電子除濕器。

進一步的，所述箱外高溫上下限值為33℃、31℃，所述箱外低溫上下限值為7℃、5℃，所述箱外濕度上下限值為80%、75%，所述箱內濕度上下限值為80%、75%。

進一步的，在滿足風機運行的門限時，在箱外濕度75%以下，分兩個濕度段，風機分別運行高速和低速；兩個濕度段的上下限值為65%、60%；在箱外濕度在60%以下時，風機高速運行；在箱外濕度升至65%時，風機由高速切換至低速運行；在箱外溫度為60%～65%時，風機保持當前轉速。

進一步的，所述環網箱由風機加壓保持環網箱內空氣壓力相對大氣呈正壓。

本發明所述環網箱環境智能控制系統是一種基于傳感器應用、計算機自動控制技術應用系統。通過對應用對象環境溫濕度、空氣品質等數據采集與融合，經處理后按設定或自動生成的控制策略驅動執行部件，實現氣流的導向與流量流速控制，輔以風口選擇與布置、風機優化、空氣凈化、空氣壓差控制、電子除濕、異常判別與告警等專項技術與手段，實現環網箱和開關柜內空間的局部小氣候的改造，一體化解決電氣設備的諸多運行環境問題，有效改善環網箱設備的運行條件，降低電氣設備故障概率，同時能第一時間掌握環網箱、柜遭破壞的信息，提高設備運行的安全和可靠性。

附圖說明

圖1為本發明所述戶外環網箱環境智能控制系統的示意圖。

圖2為所述環網箱主機箱的示意圖。

圖3為本發明所述環網箱環境智能控制系統的功能框圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖對本發明作進一步說明。

如圖1～圖3所示：所述戶外環網箱環境智能控制系統包括環網箱主機箱1、電纜溝2、排風口3、空氣過濾網4、風機5、排水型電子除濕器6、箱內溫/濕度傳感器7、箱外溫/濕度傳感器8、門禁檢測傳感器9、控制系統10、開關柜11等。

如圖1、圖2所示，本發明所述戶外環網箱環境智能控制系統，包括環網箱主機箱1，環網箱主機箱1內設有開關柜11，在環網箱主機箱1底部設置與開關柜11相連通的電纜溝2，在環網箱主機箱1上設置進風口和排風口3，進風口處設置空氣過濾網4和風機5，環風箱主機箱1內設置排水型電子除濕器6，在環網箱主機箱1的箱內和箱外分別設置箱內溫/濕度傳感器7和箱外溫/濕度傳感器8，在環網箱主機箱1的門上設置門禁檢測傳感器9。

另外，為了對環網箱內的運行環境進行調控，在環網箱主機箱1的底部設置控制系統10；如圖3所示，所述控制系統包括環網箱控制主板，環網箱控制主板的輸入端通過RS485總線連接箱內溫/濕度傳感器7和箱外溫/濕度傳感器8，以接收環網箱箱內和箱外的溫/濕度信號；環網箱控制主板的輸入端與排水型電子除濕器6的脈沖信號連接；環網箱控制主板的輸入端連接風機的開關信號和運行速度信號；環網箱控制主板的輸入端還連接門禁檢測傳感器9；環網箱控制主板的輸出端通過RS232接口連接移動終端，移動終端通過GRPS信號連接云中心；環網箱控制主板的控制端連接除濕機，以控制排水型電子除濕器6的開關、以及運行速度；環網箱控制主板的控制端連接風機，以控制風機的開關、以及運行速度。所述環網箱控制主板還包括上電初始化模塊，能夠將相關設定的參數如測量通道數量、越限方式的設定、通訊地址等調入RAM中，保證每次上電時設置的參數不丟失。

本發明的思路是以改善開關柜內空氣質量為核心，具體原理如下：

1、開關柜內空氣狀態由設備運行產生的溫升引起空氣溫度上升，由柜外（即環網箱內、電纜溝）進入的灰塵和水氣使柜內空氣呈現溫度高、濕度大、積灰多。形成開關柜內上述空氣狀態的原因是開關柜內設備散發出來的熱量使柜內的空氣溫度升高，形成一股熱空氣，由于熱空氣的密度比冷空氣的密度要低，因此熱空氣往開關柜頂部上升，從而在柜內形成一股自下而上的氣流，導致柜內底部形成一個負壓區，柜外空氣將從柜體下部二個通道補入柜內，一是由于開關柜柜壁、柜門存在縫隙，柜外箱內空氣會從此補入柜內，二是由于開關柜與電纜溝連通，盡管柜內有膠泥封堵，但經過長時間的運行，因應力、劣化等方面原因，可能導致出現細小縫隙，電纜溝空氣會從此進入柜內。

2、環網箱內環境控制方式：

（1）降溫、降濕：利用環網箱外空氣溫濕度隨時間變化的規律和環網箱的圍護結構具有對箱外空氣溫度濕度變化的衰減作用，再通過本發明所述的環境智能控制系統實行當環網箱外空氣低溫、低濕時運行通風，當環網箱外空氣高溫、高濕時停止通風，達到將箱外相對低溫空氣和低濕空氣置換箱內相對高溫空氣或相對高濕空氣，來控制環網箱內空氣的溫度和濕度。當箱外空氣處于高溫或高濕狀態不能滿足箱內控制要求時，系統能自動關閉進風。這時如箱內濕度達到或超過設定參數，系統自動啟用排水型電子除濕器來確保箱內濕度處于設定的范圍內。

（2）箱內空氣凈化：通過環網箱內外空氣置換作用，確保箱內有害氣體的排出；且對進入的箱外空氣通過空氣過濾網實行高效過濾，同時箱內保持正壓，室外灰塵無法從門孔等縫隙進入，從而保證環網箱內空氣的潔凈。

3、開關柜內空氣質量控制和防凝露：

本發明摒棄了傳統的通過施行柜內加熱等防凝露措施，而是通過降低柜內空氣含濕量來降低柜內空氣的露點溫度，使空氣的露點溫度低于不允許出現凝露部件的表面溫度的防凝露辦法。經箱外風機加壓，使環網箱及開關柜內空氣壓力相對大氣呈正壓，使得在開關柜底部同電纜溝間的縫隙處的空氣只能從上往下流動，杜絕了電纜溝濕空氣進入開關柜，加之柜外箱內空氣濕度的控制，降低了柜內空氣的含濕量，確保柜內空氣的露點溫度低于柜內設備表面溫度，從而達到開關柜內防凝露的目的。

4、系統管理的智能化：

環網箱環境智能控制系統不但實現了設備（風機、除濕器）的智能管理功能，而且各類信息的遠傳均可通過無線、有線網絡來實現，發出告警時具有GPS定位。這樣運維人員可以在任何地點、任何時間實時了解環網箱的運行環境情況，第一時間掌握環網箱、柜遭破壞的信息。及時發現問題，快速處理，大大提高了環網箱設備運行的安全性和可靠性。

5、報警功能：當箱內傳感器故障、箱外傳感器故障、煙霧傳感器故障、煙霧報警、箱內溫度超限、箱內濕度超限、開門報警、移位報警、除濕機故障，環網箱控制主板通過移動終端發出報警信號；門禁系統非法開啟時，可通過蜂鳴器報警以及短信報警。

本發明所述戶外環網箱環境智能控制方法，包括以下步驟：

1、設定風機運行門限：

箱外高溫上下限值為33℃、31℃，即箱外溫/濕度傳感器檢測到箱外溫度升至33℃時，停風機；箱外溫/濕度傳感器檢測到箱外溫度降到31℃時，開風機；

箱外低溫上下限值為7℃、5℃，即箱外溫/濕度傳感器檢測到箱外溫度降至5℃時，停風機；箱外溫/濕度傳感器檢測到外溫度升至7℃時，開風機；

箱外濕度上下限值為80%、75%，即箱外濕度升至80%時，停風機；箱外濕度降至75%時，開風機；

2、風機的高低速運行條件：

在滿足風機運行的門限時，在箱外濕度75%以下，分兩個濕度段，風機分別運行高速和低速；兩個濕度段的上下限值為65%、60%；在箱外濕度在60%以下時，風機高速運行；在箱外濕度升至65%時，風機由高速切換至低速運行；

3、排水型電子除濕器運行門限：

當箱內濕度升至設置上限（如80%）時，開啟排水型電子除濕器；當箱內濕度降至設置下限（如75%）時，關閉排水型電子除濕器；排水型電子除濕器開啟時，風機處于停止狀態。

為了解決現有技術中環網箱普遍存在的環境問題，本發明通過對影響設備運行環境的諸多要素如環網箱的內外環境、電纜溝內空氣參數、開關柜內空氣狀態及其變化的測量與分析，運用現場實驗測試、熱力學計算、空氣動力學原理等方法與技術手段，對箱內設備的溫升及其熱效應、溫度場分布、濕度變化、灰污形成、柜內凝露的發生等物理現象進行定性和定量的研究分析，在此基礎上科學地提出新的思路，把影響環網箱的諸多環境要素及其通風、降溫、防污、防凝、干燥等控制需求通過計算機統一進行整合和平衡，形成了以智能控制通風和除濕、壓差控制柜內空氣含濕量、光電開關、通信及GPS定位等技術為核心的環境控制防破方案，形成一個環境智能控制系統。

本發明所述環網箱環境智能控制系統是一種基于傳感器應用、計算機自動控制技術應用系統。通過對應用對象環境溫濕度、空氣品質等數據采集與融合，經處理后按設定或自動生成的控制策略驅動執行部件，實現氣流的導向與流量流速控制，輔以風口選擇與布置、風機優化、空氣凈化、空氣壓差控制、電子除濕、異常判別與告警等專項技術與手段，實現環網箱和開關柜內空間的局部小氣候的改造，一體化解決電氣設備的諸多運行環境問題，有效改善環網箱設備的運行條件，降低電氣設備故障概率，同時能第一時間掌握環網箱、柜遭破壞的信息，提高設備運行的安全和可靠性。