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摘 要：本文比较了目前在智能变电站中所采用的设备降温方式，分析了采用这些方式所遇到的问题和存在的不足。提出了一套有效的解决方案，创建了变电站降温系统的新方法并研究了该方法的可行性。新方法采用中央空调（制冷机）进行集中降温，建立一个新的降温模式，集高效、方便、节能于一体。并比较了新方法与传统方法的优劣性和经济性。
关键词：智能变电站；降温；中央空调
1 引言
近年来，随着智能化电网的快速发展，目前建设智能变电站正在全面展开。在变电站智能化过程中，存在着一个不可回避的问题：与传统变电站相比，分布式保护和网络交换机的大量应用造成设备的发热量大增，并且由于这些设备放置于室外，运行环境恶劣，容易降低设备运行的稳定性、可靠性，严重时会产生安全隐患。为此，本文提出一种行之有效的方法对设备进行降温，以预防上述情况的发生。
2 现状
2.1 智能变电站存在的问题
在国家电网公司颁布的企业标准Q/GDW383-2009《智能变电站技术导则》中，明确了智能变电站保护装置独立分散、就地安装。国家电网公司企业标准Q/GDW393-2009《110kV——220kV智能变电站设计规范》中规定了智能变电站智能终端分散布置于配电装置场地。
以较为常见的220kV户外敞开式布置的变电站为例，在智能变电站设计中，通常采取将合并单元、智能终端等智能装置组合安装在户外一次设备附近的智能终端控制柜内。而由众多电子元器件构成的合并单元、智能终端工作时会发出较大的热量，尤其是合并单元的光口较多，发热量更大。众多发热元件集中组装在一个防尘防潮的全密闭式箱体内，造成的后果是使智能终端控制柜柜内的温度直线上升。
众所周知，电子元器件都比较“娇气”。不仅惧脏怕潮，工作温度还要求保持在-10—50摄氏度之间，低了不行，高了更不行。有资料表明，超过工作温度后，环境温度每升高10摄氏度，电子元器件的寿命会缩减一半。而电子元器件自身产生的热量就能达到60摄氏度以上。现如今所运行的常规变电站中，安装于室外的断路器端子箱（内部不含发热装置）在夏季白昼时，箱内温度可达60摄氏度以上。
因此，对设备降温的问题如果不能有效解决，就会造成设备运行的不稳定性增加，设备的寿命大大降低。从长期来看设备的更换周期缩短，进而导致投资成本增加，获得收益减少。
2.2 目前采用的降温方式及效果
目前，对户外智能终端控制柜进行降温通采用三种方式：
（1）、采用风扇降温。在智能终端控制柜柜体顶部安装几个大功率风扇，增加箱体内外气流流通，通过人造风对箱体内进行自然降温。该降温方法费用较低，效果较差，与环境气温呈反比关系。
（2）、采用热交换器降温。这种方式是通过风扇和散热片组合进行降温。经测量统计，只有在箱体内外温差达到10摄氏度以上时，降温效果方才显著。费用适中，但气温较高时，降温效果不好。
（3）、采用工业空调降温。即在智能终端控制柜柜体上安装一个小型工业空调对箱体内部进行降温。相比较前两种方式，该方法降温效果相对较好，但费用较高。
由于前两种方式的预期效果不理想，因此目前采用第三种方式降温的较多。但是，此种方式有一个不可避免的缺点是：每一个智能终端控制柜柜体上都需要安装一个小型（小功率）工业空调，成本较高，效率较低。
2.3 新的解决办法
针对上述问题，本文提出一种新的解决方法——使用中央空调（或制冷机）进行集中降温。即在变电站安裝一个小型中央空调，通过通风管道送风对整站设备进行降温，具体方法如下：
由于户外智能终端控制柜体积较小并且点多面广，而主控制室空间较大，设备集中，所以中央空调宜安装在主控制室、高压配电室等建筑物附近。基于缩减变电站占地面积等因素的考虑，中央空调可放置于主控制室建筑顶部（若为单层建筑时）或建筑物附近的空地中（若为双层建筑时）。
对于室内设备，可以通过空调的通风管道对主控制室、高压配电室室内设备进行降温，同时可以取消建筑物的室内空调。
对于室外设备，可以利用变电站内的电缆沟敷设主通风管道，在每个户外箱（柜）体底部接入分支通风管道，对户外智能终端控制柜内部设备进行降温。
2.4 与目前使用方法的比较
以220kV户外敞开式布置的智能变电站为例，使用中央空调集中降温与采用工业空调降温法进行比较分析：
2.4.1降温效果分析：
采用工业空调对户外箱体降温，由于安装空间有限，小型工业空调的功率较低，降温效果不理想。经过在夏季较长时期内观察统计，发现经过一天的充分烤晒后，智能终端控制柜柜体内温在下午达到高峰期时，与外温平均温差在10摄氏度左右。
智能终端柜内温度为38℃
例如，在2012年8月28日，该天天气晴朗，少云，日照充足。于下午4点，测得某220千伏智能变电站室外气温为31.5摄氏度，智能终端控制柜柜体内部温度计显示为38摄氏度（如图）。而合并单元装置外壳温度达到48摄氏度，以手背触之，有微烫的感觉。
采用中央空调对户外智能终端控制柜体降温，虽然目前没有数据，但在一个较小的全密闭箱体中通入冷气降温，效果肯定很好。
2.4.2成本分析：
（1）、通常在设备厂房内会配备6—8台柜式空调，对设备进行降温，而采用中央空调经过通风管道降温后，不但省掉了柜式空调的费用还可以节省室内空调的占用空间，从而减少建筑物的总体积，节约了土建费用。
如果在有人值班变电站，主控制楼房间多，所需空调数量进一步增加，若采用中央空调集中制冷，会节约更多成本。
（2）、按照国家电网变电站典型设计方案，户外220千伏站3台主变规模为例，全站户外箱体的数量大约为30个左右；每个户外箱体的体积按2m*1m*1m=2m3计（通常柜高1.85m柜宽1m柜深0.8m，实际柜体小于1.5m3）。因此，户外需降温的空间不超过2m3*30=60 m3。如果采用安装工业空调降温，共计需要安装30台空调，约需资金36万元。用这么一大笔资金对60m3的空间降温，性价比太低。并且工业空调每2—3年就需更换一次风叶，维护费用较高。 （3）、与户内空间相比，户外需降温的空间较小。采用中央空调或制冷机降温，可以大大减少对户外设备降温的投资。对于整个变电站，安装一套小型中央空调即可满足设备降温、保暖运行条件。
变电站现行的室内柜式空调+室外工业空调方案，空调费用为40万元左右。而安装一套中央空调，根据目前市场价格只需花费20多万元。远远少于安装户外工业空调和室内柜式机的投资。如果没有加热需求，可以把中央空调换为制冷机，费用会进一步降低。
（4）、采用工业空调降温的方法，布点多，安装设备多，运行费效比高，设备故障率高。采用中央空调或制冷机集中降温，安装设备少，运行费效比低，节约能源，设备故障率低。
（5）、采用中央空调对户外箱体降温，可以利用变电站电缆沟敷设通风管道，不改变变电站设备布置方式，不用发生额外的土建费用。此外，对于变电站后期扩建也容易实施对接，不会影响设备运行。
综上所述，安装中央空调的成本远低于安装工业空调和室内柜式机的成本。并且集中制冷，运行成本低。
2.4.3外觀分析：
（1）、中央空调放置于主控制室房顶，不会“引人注目”，通风管道位于室内墙体与天花板交界处，同建筑物构成一个天然的整体，自然和谐。而柜式空调与四周的保护屏柜无论从外形还是颜色都不协调；柜式空调主机和进风管道裸露于建筑物外墙，显得很突兀、凌乱。
（2）、中央空调的通风管道隐蔽安装于电缆沟内，不影响变电站外观。而工业空调安装在智能终端控制柜上，使整个箱体多出一块，不太协调。
3应用
采用中央空调集中制冷、供暖效率高，运行成本低，安装隐蔽。敷设于电缆沟内的通风管道不会影响同沟电缆、光缆运行的安全稳定，也不会对装置产生电磁干扰。
需要注意的是，在设计过程中必须校验中央空调安放位置是否满足防雷等要求。
4结束语
采用中央空调或制冷机对装置进行降温，效果好、成本低，是一种有效的降温方式。并且不改变国网公司所颁布的典型设计方案，不会对变电站整体布局产生影响，前景可期。
参考文献
[1] Q/GDW383-2009国家电网公司企业标准《智能变电站技术导则》，2009-12-25.
[2] Q/GDW393-2009国家电网公司企业标准《110kV——220kV智能变电站设计规范》，2010-02-22.
[3] 国家电网公司输变电工程通用设计（2013年版），110（66）—220kV智能变电站施工图设计.
关键词：智能变电站；降温；中央空调
1 引言
近年来，随着智能化电网的快速发展，目前建设智能变电站正在全面展开。在变电站智能化过程中，存在着一个不可回避的问题：与传统变电站相比，分布式保护和网络交换机的大量应用造成设备的发热量大增，并且由于这些设备放置于室外，运行环境恶劣，容易降低设备运行的稳定性、可靠性，严重时会产生安全隐患。为此，本文提出一种行之有效的方法对设备进行降温，以预防上述情况的发生。
2 现状
2.1 智能变电站存在的问题
在国家电网公司颁布的企业标准Q/GDW383-2009《智能变电站技术导则》中，明确了智能变电站保护装置独立分散、就地安装。国家电网公司企业标准Q/GDW393-2009《110kV——220kV智能变电站设计规范》中规定了智能变电站智能终端分散布置于配电装置场地。
以较为常见的220kV户外敞开式布置的变电站为例，在智能变电站设计中，通常采取将合并单元、智能终端等智能装置组合安装在户外一次设备附近的智能终端控制柜内。而由众多电子元器件构成的合并单元、智能终端工作时会发出较大的热量，尤其是合并单元的光口较多，发热量更大。众多发热元件集中组装在一个防尘防潮的全密闭式箱体内，造成的后果是使智能终端控制柜柜内的温度直线上升。
众所周知，电子元器件都比较“娇气”。不仅惧脏怕潮，工作温度还要求保持在-10—50摄氏度之间，低了不行，高了更不行。有资料表明，超过工作温度后，环境温度每升高10摄氏度，电子元器件的寿命会缩减一半。而电子元器件自身产生的热量就能达到60摄氏度以上。现如今所运行的常规变电站中，安装于室外的断路器端子箱（内部不含发热装置）在夏季白昼时，箱内温度可达60摄氏度以上。
因此，对设备降温的问题如果不能有效解决，就会造成设备运行的不稳定性增加，设备的寿命大大降低。从长期来看设备的更换周期缩短，进而导致投资成本增加，获得收益减少。
2.2 目前采用的降温方式及效果
目前，对户外智能终端控制柜进行降温通采用三种方式：
（1）、采用风扇降温。在智能终端控制柜柜体顶部安装几个大功率风扇，增加箱体内外气流流通，通过人造风对箱体内进行自然降温。该降温方法费用较低，效果较差，与环境气温呈反比关系。
（2）、采用热交换器降温。这种方式是通过风扇和散热片组合进行降温。经测量统计，只有在箱体内外温差达到10摄氏度以上时，降温效果方才显著。费用适中，但气温较高时，降温效果不好。
（3）、采用工业空调降温。即在智能终端控制柜柜体上安装一个小型工业空调对箱体内部进行降温。相比较前两种方式，该方法降温效果相对较好，但费用较高。
由于前两种方式的预期效果不理想，因此目前采用第三种方式降温的较多。但是，此种方式有一个不可避免的缺点是：每一个智能终端控制柜柜体上都需要安装一个小型（小功率）工业空调，成本较高，效率较低。
2.3 新的解决办法
针对上述问题，本文提出一种新的解决方法——使用中央空调（或制冷机）进行集中降温。即在变电站安裝一个小型中央空调，通过通风管道送风对整站设备进行降温，具体方法如下：
由于户外智能终端控制柜体积较小并且点多面广，而主控制室空间较大，设备集中，所以中央空调宜安装在主控制室、高压配电室等建筑物附近。基于缩减变电站占地面积等因素的考虑，中央空调可放置于主控制室建筑顶部（若为单层建筑时）或建筑物附近的空地中（若为双层建筑时）。
对于室内设备，可以通过空调的通风管道对主控制室、高压配电室室内设备进行降温，同时可以取消建筑物的室内空调。
对于室外设备，可以利用变电站内的电缆沟敷设主通风管道，在每个户外箱（柜）体底部接入分支通风管道，对户外智能终端控制柜内部设备进行降温。
2.4 与目前使用方法的比较
以220kV户外敞开式布置的智能变电站为例，使用中央空调集中降温与采用工业空调降温法进行比较分析：
2.4.1降温效果分析：
采用工业空调对户外箱体降温，由于安装空间有限，小型工业空调的功率较低，降温效果不理想。经过在夏季较长时期内观察统计，发现经过一天的充分烤晒后，智能终端控制柜柜体内温在下午达到高峰期时，与外温平均温差在10摄氏度左右。
智能终端柜内温度为38℃
例如，在2012年8月28日，该天天气晴朗，少云，日照充足。于下午4点，测得某220千伏智能变电站室外气温为31.5摄氏度，智能终端控制柜柜体内部温度计显示为38摄氏度（如图）。而合并单元装置外壳温度达到48摄氏度，以手背触之，有微烫的感觉。
采用中央空调对户外智能终端控制柜体降温，虽然目前没有数据，但在一个较小的全密闭箱体中通入冷气降温，效果肯定很好。
2.4.2成本分析：
（1）、通常在设备厂房内会配备6—8台柜式空调，对设备进行降温，而采用中央空调经过通风管道降温后，不但省掉了柜式空调的费用还可以节省室内空调的占用空间，从而减少建筑物的总体积，节约了土建费用。
如果在有人值班变电站，主控制楼房间多，所需空调数量进一步增加，若采用中央空调集中制冷，会节约更多成本。
（2）、按照国家电网变电站典型设计方案，户外220千伏站3台主变规模为例，全站户外箱体的数量大约为30个左右；每个户外箱体的体积按2m*1m*1m=2m3计（通常柜高1.85m柜宽1m柜深0.8m，实际柜体小于1.5m3）。因此，户外需降温的空间不超过2m3*30=60 m3。如果采用安装工业空调降温，共计需要安装30台空调，约需资金36万元。用这么一大笔资金对60m3的空间降温，性价比太低。并且工业空调每2—3年就需更换一次风叶，维护费用较高。 （3）、与户内空间相比，户外需降温的空间较小。采用中央空调或制冷机降温，可以大大减少对户外设备降温的投资。对于整个变电站，安装一套小型中央空调即可满足设备降温、保暖运行条件。
变电站现行的室内柜式空调+室外工业空调方案，空调费用为40万元左右。而安装一套中央空调，根据目前市场价格只需花费20多万元。远远少于安装户外工业空调和室内柜式机的投资。如果没有加热需求，可以把中央空调换为制冷机，费用会进一步降低。
（4）、采用工业空调降温的方法，布点多，安装设备多，运行费效比高，设备故障率高。采用中央空调或制冷机集中降温，安装设备少，运行费效比低，节约能源，设备故障率低。
（5）、采用中央空调对户外箱体降温，可以利用变电站电缆沟敷设通风管道，不改变变电站设备布置方式，不用发生额外的土建费用。此外，对于变电站后期扩建也容易实施对接，不会影响设备运行。
综上所述，安装中央空调的成本远低于安装工业空调和室内柜式机的成本。并且集中制冷，运行成本低。
2.4.3外觀分析：
（1）、中央空调放置于主控制室房顶，不会“引人注目”，通风管道位于室内墙体与天花板交界处，同建筑物构成一个天然的整体，自然和谐。而柜式空调与四周的保护屏柜无论从外形还是颜色都不协调；柜式空调主机和进风管道裸露于建筑物外墙，显得很突兀、凌乱。
（2）、中央空调的通风管道隐蔽安装于电缆沟内，不影响变电站外观。而工业空调安装在智能终端控制柜上，使整个箱体多出一块，不太协调。
3应用
采用中央空调集中制冷、供暖效率高，运行成本低，安装隐蔽。敷设于电缆沟内的通风管道不会影响同沟电缆、光缆运行的安全稳定，也不会对装置产生电磁干扰。
需要注意的是，在设计过程中必须校验中央空调安放位置是否满足防雷等要求。
4结束语
采用中央空调或制冷机对装置进行降温，效果好、成本低，是一种有效的降温方式。并且不改变国网公司所颁布的典型设计方案，不会对变电站整体布局产生影响，前景可期。
参考文献
[1] Q/GDW383-2009国家电网公司企业标准《智能变电站技术导则》，2009-12-25.
[2] Q/GDW393-2009国家电网公司企业标准《110kV——220kV智能变电站设计规范》，2010-02-22.
[3] 国家电网公司输变电工程通用设计（2013年版），110（66）—220kV智能变电站施工图设计.