變電站高壓室風(fēng)機(jī)及加熱器自動控制裝置設(shè)計

摘要：文中針對330kV羅夫變電站高壓室通風(fēng)機(jī)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(shè)計了基于STC89C52單片機(jī)為處理器的自動控制裝置，根據(jù)室內(nèi)外溫濕度的變化對通風(fēng)機(jī)和加熱器進(jìn)行自動控制。實(shí)驗驗證該裝置具有一定的可靠性和實(shí)用性，可滿足設(shè)備運(yùn)行的需求。
關(guān)鍵詞：高壓室；濕度；溫度；通風(fēng)；單片機(jī)

0 引言
    變電站高壓室溫濕度對設(shè)備的安全運(yùn)行有著重要的影響。目前渭南電網(wǎng)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(shè)備發(fā)熱、元件壽命縮短等問題。濕度過低易產(chǎn)生靜電，靜電的積累可能使二次設(shè)備的電子元件直接損壞，甚至引起保護(hù)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(zhì)與絕緣材料長期相互作用會極大降低設(shè)備的絕緣性能并且當(dāng)濕度達(dá)到凝露點(diǎn)時濕空氣會凝結(jié)成水滴，引起短路或直流接地等故障的發(fā)生，嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全運(yùn)行。

1 高壓室除濕現(xiàn)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(jīng)常越過規(guī)定的上限值；高壓室母線等設(shè)備封閉在高壓柜內(nèi)，空氣流通不暢，在迎峰度夏期間，電網(wǎng)負(fù)荷大、環(huán)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(jī)、通風(fēng)機(jī)及加熱器對高壓室溫濕度進(jìn)行控制，但效果不是很理想。這是因為除濕機(jī)可根據(jù)設(shè)定的濕度值自動進(jìn)行除濕，但通風(fēng)機(jī)和加熱器投退還是依靠值班員手動進(jìn)行控制，無法充分發(fā)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(shí)時地根據(jù)室內(nèi)、外溫濕度的變化及時開啟和關(guān)閉通風(fēng)機(jī)及加熱器；
    (2)手動開啟通風(fēng)機(jī)后若不能及時關(guān)閉會使通風(fēng)機(jī)電機(jī)長期運(yùn)行，發(fā)熱嚴(yán)重，極大縮短通風(fēng)機(jī)的使用壽命，降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性。
    (3)隨著無人值守變電站的不斷改造和投入運(yùn)行，高壓室通風(fēng)機(jī)和加熱器手動控制方式無法滿足現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行需求。

2 通風(fēng)機(jī)及加熱器控制裝置設(shè)計
2．1 原理及控制策略
    文中設(shè)計了基于STC89C52單片機(jī)為處理器的控制裝置。裝置由電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、風(fēng)機(jī)及加熱器控制模塊組成。原理如圖2所示。

    數(shù)據(jù)采集模塊選用進(jìn)口高精度傳感器對室內(nèi)外溫濕度進(jìn)行采集，每秒鐘向單片機(jī)上傳一次數(shù)據(jù)，單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析、計算。根據(jù)計算出的結(jié)果控制通風(fēng)機(jī)和加熱器的開啟和關(guān)閉?？刂撇呗匀缦拢?br />     (1)通風(fēng)機(jī)控制。當(dāng)室內(nèi)濕度值高于40％且室外濕度值比室內(nèi)低10％時，處理器發(fā)出指令啟動風(fēng)機(jī)運(yùn)行。當(dāng)室內(nèi)外濕度相同時關(guān)閉風(fēng)機(jī)。
    當(dāng)室內(nèi)溫度高于30℃時開啟通風(fēng)，低于10℃時關(guān)閉通風(fēng)，風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行3h后若室內(nèi)濕度還未達(dá)到設(shè)定的停運(yùn)值，單片機(jī)會發(fā)出指令控制風(fēng)機(jī)停運(yùn)20min，然后再次啟動，如此循環(huán)，直到室內(nèi)濕度值達(dá)到規(guī)定值，避免因電機(jī)長期運(yùn)行發(fā)熱造成損壞。
    當(dāng)室外濕度值低于75％時，每天中午十點(diǎn)啟動通風(fēng)，運(yùn)行15min自動關(guān)閉。改善高壓室室內(nèi)空氣，有利于值班人員巡視。
    (2)加熱器控制。當(dāng)室內(nèi)溫度低于5℃時啟動加熱器運(yùn)行，高于30℃時關(guān)閉加熱器。當(dāng)室內(nèi)濕度超過75％時啟動風(fēng)機(jī)運(yùn)行，低于50％時關(guān)閉風(fēng)機(jī)。
2．2 硬件選擇及設(shè)計
    330kV變電站電壓等級高、電磁干擾強(qiáng)，因此處理器選用了宏晶公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)，該機(jī)具有高速度、低功耗、超強(qiáng)抗干擾能力等特點(diǎn)。電源首先采用變壓器進(jìn)行電磁隔離和降壓處理，再將低壓輸入電源模塊對系統(tǒng)進(jìn)行供電，這使得供電電壓穩(wěn)定并且交流與直流、強(qiáng)電與弱點(diǎn)完全隔離。傳感器選用瑞士Sensirion公司推出的SHT10單片數(shù)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(dāng)溫、濕度達(dá)到處理器設(shè)定的動作值時，處理器通過I／O口發(fā)出控制指令控制風(fēng)機(jī)的開啟和關(guān)閉。控制電路如圖3所示。通過LCD溫濕度及風(fēng)機(jī)動作等參數(shù)和信息進(jìn)行顯示，并可用按鍵對其進(jìn)行修改、設(shè)定、查詢。印制板中版面進(jìn)行覆銅、引線進(jìn)行加寬等，使裝置抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。

2．3 軟件系統(tǒng)設(shè)計
    裝置中采用C語言進(jìn)行軟件編寫，以模塊化設(shè)計為思想，易于移植、擴(kuò)充與維護(hù)。為了提高裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，程序在初始化和運(yùn)行中不斷對各重要外圍模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常后能很快地對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，對數(shù)據(jù)進(jìn)行備份并發(fā)出異常告警。軟件中設(shè)置了看門狗、多重備份等措施保證電路能夠進(jìn)行自動糾錯或即時復(fù)位。工作流程如圖4所示。

3 實(shí)驗及分析
    裝置安裝于羅夫變電站35kV I段高壓室內(nèi)，并聯(lián)于現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)控制接觸器CJ10—10旁，不影響目前對風(fēng)機(jī)的手動控制。滿足了文獻(xiàn)“除濕加熱裝置應(yīng)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(dāng)室內(nèi)外濕度差達(dá)到設(shè)定值后，風(fēng)機(jī)自動開啟和關(guān)閉，在濕度值低于75％時，每天10：00風(fēng)機(jī)自動開啟15min然后自動關(guān)閉，改善高壓室空氣的質(zhì)量，為值班人員10：00對高壓室進(jìn)行巡視提供了良好環(huán)境。這四天里由于室內(nèi)溫度未達(dá)到設(shè)定值，因此加熱器未自動啟動。

    本裝置在羅夫變高壓室現(xiàn)場運(yùn)行中，功能及各項參數(shù)均基本達(dá)到要求，運(yùn)行情況比較穩(wěn)定。

4 結(jié)束語
    文中設(shè)計了基于STC89C52單片機(jī)的通風(fēng)機(jī)和加熱器自動控制裝置，可根據(jù)室內(nèi)外溫濕度的變化實(shí)時地開啟通風(fēng)機(jī)及加熱器，該裝置在羅夫變電站運(yùn)行后提高了高壓室的除濕降溫效果，減輕了值班人員的負(fù)擔(dān)，為無人值守變電站的進(jìn)一步推廣提供了條件。實(shí)踐證明具有一定的實(shí)用性和推廣性，但也存在以下的問題需進(jìn)一步研究和探索：1)風(fēng)機(jī)啟動的室內(nèi)外溫濕度差值等參數(shù)目前尚無規(guī)范明確規(guī)定，現(xiàn)場運(yùn)行中需不斷進(jìn)行調(diào)整校驗。2)結(jié)合變電站運(yùn)行情況，通過實(shí)驗分析現(xiàn)有的空調(diào)、除濕機(jī)、通風(fēng)機(jī)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(qū)別，依此制定出一套綜合的優(yōu)化控制方案。實(shí)現(xiàn)對高壓室溫濕度的最優(yōu)控制。