变电站高压室风机及加热器自动控制装置设计

摘要：文中针对330kV罗夫变电站高压室通风机和加热器由值班员手动投退，温湿度控制效果不理想的问题。设计了基于STC89C52单片机为处理器的自动控制装置，根据室内外温湿度的变化对通风机和加热器进行自动控制。实验验证该装置具有一定的可靠性和实用性，可满足设备运行的需求。
关键词：高压室；湿度；温度；通风；单片机

0 引言
    变电站高压室温湿度对设备的安全运行有着重要的影响。目前渭南电网要求将高压室的温度控制在5～20℃、湿度控制在35～75％之间。温度长期超出范围就会造成设备发热、元件寿命缩短等问题。湿度过低易产生静电，静电的积累可能使二次设备的电子元件直接损坏，甚至引起保护或控制元件误动。过高有利于霉菌的生长，霉菌分解出的酸性物质与绝缘材料长期相互作用会极大降低设备的绝缘性能并且当湿度达到凝露点时湿空气会凝结成水滴，引起短路或直流接地等故障的发生，严重威胁设备的安全运行。

1 高压室除湿现状
    渭南供电局330kV罗夫变电站35kV高压室湿度较高，尤其是阴雨天时地表潮气与电缆沟道相汇集，使得湿度经常越过规定的上限值；高压室母线等设备封闭在高压柜内，空气流通不畅，在迎峰度夏期间，电网负荷大、环境温度高，使得母线引线连接处温度较高。

    目前罗夫变电站采用除湿机、通风机及加热器对高压室温湿度进行控制，但效果不是很理想。这是因为除湿机可根据设定的湿度值自动进行除湿，但通风机和加热器投退还是依靠值班员手动进行控制，无法充分发挥其除湿降温作用，控制电路如图1所示。这种控制方式还存在以下问题：
    (1)值班员无法实时地根据室内、外温湿度的变化及时开启和关闭通风机及加热器；
    (2)手动开启通风机后若不能及时关闭会使通风机电机长期运行，发热严重，极大缩短通风机的使用寿命，降低风机运行的可靠性。
    (3)随着无人值守变电站的不断改造和投入运行，高压室通风机和加热器手动控制方式无法满足现有设备的运行需求。

2 通风机及加热器控制装置设计
2．1 原理及控制策略
    文中设计了基于STC89C52单片机为处理器的控制装置。装置由电源模块、数据采集模块、显示模块、风机及加热器控制模块组成。原理如图2所示。

    数据采集模块选用进口高精度传感器对室内外温湿度进行采集，每秒钟向单片机上传一次数据，单片机对数据进行统计、分析、计算。根据计算出的结果控制通风机和加热器的开启和关闭。控制策略如下：
    (1)通风机控制。当室内湿度值高于40％且室外湿度值比室内低10％时，处理器发出指令启动风机运行。当室内外湿度相同时关闭风机。
    当室内温度高于30℃时开启通风，低于10℃时关闭通风，风机连续运行3h后若室内湿度还未达到设定的停运值，单片机会发出指令控制风机停运20min，然后再次启动，如此循环，直到室内湿度值达到规定值，避免因电机长期运行发热造成损坏。
    当室外湿度值低于75％时，每天中午十点启动通风，运行15min自动关闭。改善高压室室内空气，有利于值班人员巡视。
    (2)加热器控制。当室内温度低于5℃时启动加热器运行，高于30℃时关闭加热器。当室内湿度超过75％时启动风机运行，低于50％时关闭风机。
2．2 硬件选择及设计
    330kV变电站电压等级高、电磁干扰强，因此处理器选用了宏晶公司生产的STC89C52单片机，该机具有高速度、低功耗、超强抗干扰能力等特点。电源首先采用变压器进行电磁隔离和降压处理，再将低压输入电源模块对系统进行供电，这使得供电电压稳定并且交流与直流、强电与弱点完全隔离。传感器选用瑞士Sensirion公司推出的SHT10单片数字温湿度集成传感器。室外传感器用双层屏蔽线从高压室电缆沟道引出采集户外温湿度。当温、湿度达到处理器设定的动作值时，处理器通过I／O口发出控制指令控制风机的开启和关闭。控制电路如图3所示。通过LCD温湿度及风机动作等参数和信息进行显示，并可用按键对其进行修改、设定、查询。印制板中版面进行覆铜、引线进行加宽等，使装置抗干扰能力强、可靠性高。

2．3 软件系统设计
    装置中采用C语言进行软件编写，以模块化设计为思想，易于移植、扩充与维护。为了提高装置运行的稳定性和可靠性，程序在初始化和运行中不断对各重要外围模块的工作状态进行监测，发现异常后能很快地对系统进行复位，对数据进行备份并发出异常告警。软件中设置了看门狗、多重备份等措施保证电路能够进行自动纠错或即时复位。工作流程如图4所示。

3 实验及分析
    装置安装于罗夫变电站35kV I段高压室内，并联于现有的风机控制接触器CJ10—10旁，不影响目前对风机的手动控制。满足了文献“除湿加热装置应具备自动控制和手动投退功能”。自动控制装置如图5所示；表1记录了装置四天里的动作情况。由表可见，当室内外湿度差达到设定值后，风机自动开启和关闭，在湿度值低于75％时，每天10：00风机自动开启15min然后自动关闭，改善高压室空气的质量，为值班人员10：00对高压室进行巡视提供了良好环境。这四天里由于室内温度未达到设定值，因此加热器未自动启动。

    本装置在罗夫变高压室现场运行中，功能及各项参数均基本达到要求，运行情况比较稳定。

4 结束语
    文中设计了基于STC89C52单片机的通风机和加热器自动控制装置，可根据室内外温湿度的变化实时地开启通风机及加热器，该装置在罗夫变电站运行后提高了高压室的除湿降温效果，减轻了值班人员的负担，为无人值守变电站的进一步推广提供了条件。实践证明具有一定的实用性和推广性，但也存在以下的问题需进一步研究和探索：1)风机启动的室内外温湿度差值等参数目前尚无规范明确规定，现场运行中需不断进行调整校验。2)结合变电站运行情况，通过实验分析现有的空调、除湿机、通风机及加热器等温湿度控制装置对各个阶段温湿度控制效果的区别，依此制定出一套综合的优化控制方案。实现对高压室温湿度的最优控制。