CN104993398A - 一种高温地区适用的开关站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温地区适用的开关站，所述开关站包括排风装置；所述排风装置包括排风道、空调以及风机；所述排风道的进气口设置于所述空调的冷空气出口，所述排风通道的出气口设置于所述开关站内各个配电柜的顶部，通过所述空调产生的冷空气将各个所述配电柜内的热空气以正压方式排出每一所述配电柜；所述风机的排风扇设置于所述开关站的顶部，用于将所述开关站内的热空气排出。本发明通过在开关站的箱体内设置排风装置，并通过正压方式排风，大大提高了箱式开关站的散热能力。

Description

一种高温地区适用的开关站

技术领域

本发明涉及输配电领域，更具体涉及一种高温地区使用的开关站。

背景技术

石油天然气行业通常采用35kV箱式开关站、10(6)kV箱式开关站配合主变压器等设备，构成一整套输配电***来满足石油开采需要。传统户外箱式开关站是由高、低压室组成一体的预装式成套配电设备，适用于环网、双线、终端供电方式，且三种方式可互换。进线方式采用电缆，高压室采用紧凑设计，具有防误操作连锁功能，可兼容终端负荷开关、空气环网开关、SF6环网柜等。低压室设有计量和无功补偿，可根据用户需要设计二次回路及出线数，满足不同需要。

但是现有的箱式开关站具有诸多优点，越来越不能满足需求，其中现有的箱式开关站不能实现在高温条件下的高效率散热，石油开采输配电设备经常建设在环境恶劣的区域，特别是西北地区因风沙大、夏季冬季温差大、个别地区存在大量的碱性微尘等因素，容易对箱式开关站散热通风***造成不利影响，散热***故障率较高维护频繁；每年因通风散热***失效造成配电设备(如变频器、接触器、软启动器)烧毁的现象屡有发生，给油田生产带来较大的间接损失。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提高箱式开关站的散热能力。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高温地区适用的开关站，所述开关站包括排风装置；

所述排风装置包括排风道、空调以及风机；所述排风道的进气口设置于所述空调的冷空气出口，所述排风通道的出气口设置于所述开关站内各个配电柜的顶部，通过所述空调产生的冷空气将各个所述配电柜内的热空气以正压方式排出每一所述配电柜；所述风机的排风扇设置于所述开关站的顶部，用于将所述开关站内的热空气排出。

优选地，所述开关站还包括检修操作通道，用于工作人员对所述开关站进行检修和操作，并且所述检修操作通道的出入口设置于所述开关站的箱体的前面板和后面板上。

优选地，所述检修操作通道的四周均铺设绝缘胶皮。

优选地，所述开关站还包括加热装置，其与所述开关站的控制模块连接，用于接收所述控制模块的控制信号进行工作。

优选地，所述开关站还包括照明灯和时控钟；所述照明灯安装于所述开关站的箱体内部的上面板上，所述照明灯由所述时控中进行通断控制。

(三)有益效果

本发明提供了一种高温地区适用的开关站，本发明通过在开关站的箱体内设置排风装置，并通过正压方式排风，大大提高了箱式开关站的散热能力；

另外本发明设置了检修操作通道，方便工作人员对开关站进行检修和人工操作。

附图说明

图1是本发明的一种高温地区适用的开关站的监控装置的结构示意图；

图2是本发明中监控装置的温度监测子模块；

图3是本发明的一种高温地区适用的开关站的结构示意图；

图4是本发明的一种高温地区适用的开关站的排风道的俯视图；

图5是本发明的一种高温地区适用的开关站的排风道的正视图；

图6是本发明的一种高温地区适用的开关站的排风道的侧视图；

图7是本发明的一种高温地区适用的开关站的送风方向示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本发明公开了一种高温地区适用的开关站，所述开关站包括排风装置；如图4、5、6、7所示，所述排风装置包括排风道、空调以及风机；所述排风道的进气口设置于所述空调的冷空气出口，所述排风通道的出气口设置于所述开关站内各个配电柜的顶部，通过所述空调产生的冷空气将各个所述配电柜内的热空气以正压方式排出每一所述配电柜；所述风机的排风扇设置于所述开关站的顶部，用于将所述开关站内的热空气排出。

所述箱式开关站还包括检修操作通道，用于工作人员对所述箱式开关站进行检修和操作，并且所述检修操作通道的设置于所述箱式开关站的箱体的前面板和后面板上。所述检修操作通道的四周均铺设绝缘胶皮。通过增加检修操作通道，便于维护人员的维修，优化内部结构。

所述箱式开关站还包括加热装置，其与所述本地控制模块连接，用于接收所述本地控制模块的控制信号进行工作。

所述开关站还包括照明灯和时控钟；所述照明灯安装于所述开关站的箱体内部的上面板上，所述照明灯由所述时控中进行通断控制。

对应与开关站，其设计了监控装置对所述开关站进行监控，所述监控装置包括本地控制模块和监测模块；所述监测模块用于采集所述箱式开关站内各个所述配电柜内的温度信息、电压信息、电流信息以及所述排风装置的工作状态信息，并传递给所述本地控制模块；所述本地控制模块根据接收的所述温度信息和所述排风装置的工作状态信息控制所述空调的开启、温度和风速，并控制所述风机的开启、温度和风速，所述本地控制模块接收并显示所述电压信息和电流信息。

所述监测模块还用于采集各个所述配电柜的开关状态、门开关状态(断路器开关状态和各柜门门开状态)，并通过所述本地控制模块对各个所述配电柜的开关状态进行控制。

所述监测模块包括温度监测子模块，其用于采集所述温度信息；所述温度监测子模块包括多个数据传输基站、多个无线温度传感器以及多个环境温度传感器，所述无线温度传感器安装于所述配电柜的测温部位和变频器的测温部位，所述环境温度传感器安装于所述开关柜的箱体内；所述无线温度传感器以及环境温度传感器将采集的上传给对应的所述数据传输基站，由所述数据传输基站进行保存并传输给所述本地控制模块。

所述监测模块还包括电压监测子模块和电流监测子模块；所述电压监测子模块用于设置电压预定值和监测所述电压信息，并在所述电压信息超过所述电压预定值时进行报警，所述电压信息为所述配电柜中低压侧的三相电压信息；所述电流监测子模块用于设置电流预定值和监测所述电流信息，并在所述电流信息超过所述电流预定值时进行报警，所述电流信息为所述配电柜中低压侧的三相电流信息；

所述监测模块还包括水侵监测子模块，其用于通过在所述箱式开关站内设置水侵探测器监测所述箱式开关站是否有水侵入，并将检测的信息上传给所述本地控制模块，由所述本地控制模块发出预警信息，进行水侵预警；

所述监测模块还包括视频监测子模块，其用于通过在所述箱式开关站内设置摄像头实现对视频的采集和存储，并上传给所述本地控制模块，由所述本地控制模块进行分析、回放及预警；

所述监测模块还包括火灾监测子模块，其用于通过在所述箱式开关站内设置烟感探头实现对火灾信息的检测，并将检测信息上传给所述本地控制模块，由所述本地控制模块进行分析判断，发出预警信息，进行火灾预警。

所述箱式开关站还包括显示报警仪，用于对所述温度监测子模块监测的温度信息进行显示和报警，并可通过所述本地控制模块的控制设置温度预定值。

所述温度监测子模块、电压监测子模块、电流监测子模块、水侵监测子模块、视频监测子模块以及火灾监测子模块均包括语音报警单元，用于进行语音报警。

所述箱式开关站还包括远程控制模块，所述本地控制模块将其采集的信息通过无线或有线的通信的方式传递给所述远程控制模块，并接收所述远程控制模块的控制信号，实现对所述排风装置以及每一所述配电柜内各个开关的控制。

所述本地控制模块和所述远程控制模块均设置数据存储模块，所述数据存储模块存储：

所述箱式开关站的编号、投用日期、质保到期日，用于对所述箱式开关站是否到达使用期限进行标定；

所述各个所述配电柜的编号、投用日期、质保到期日，用于对各个所述配电柜是否到达使用期限进行标定；

所述风机的使用寿命、保养期限以及更换期限；

所述变频器的使用寿命、保养期限以及更换期限；

所述配电柜内各个开关的寿命、保养期限以及更换期限；

所述配电柜内各个开关的分合次数；

所述风机的转速以及运转时间；

所述变频器的额工作时间；

所述箱式开关站的故障次数以及故障类型。

所述开关站柜体设置显示面板，设计界面，显示保养或更换何种配件、元件、时间、人名，设置及后台数据库记录，以备后期分析。考虑采用垫片式温度传感器，监测一次线常烧的几处。

增加各类智能保护功能，设备运转异常报警,显示面板有对应提示信息,开关站房内声光报警，得养维修后,面板设置自检功能,正常后自动解除报警。

通过增加后台软件，完善预警机制，设计数据库记录设备编号、投用日期、生产日期、质保到期日等信息；设定开关、风扇、变频使用寿命及保养、更换期限；正常使用状态:如开关分合位置、温度正常区间、风扇转速等；数据库存储设备使用次数,如开关分合次数,风扇运转小时，变频工作小时，更换后重置。显示面板提供维护界面,更换哪种配件，时间，人名；故障报警记录,按设备元件统计故障率,故障周期；设备自检功能:运行状态通讯状态。

随着用户对供电质量要求的提高以及油田建设的发展需要,传统的箱式开关站将逐渐被智能化的箱式开关站取代。通过用户对智能化箱式开关站的需求分析,满足自动化要求的箱式开关站所需要具备的基本功能。同时,在原有产品基础上设计了从壳体、柜型等的升级方案。解决产品存在散热不畅等问题，并能使产品延长使用寿命，实现了设备的在线监测、动力环境、视频监控、火灾报警消防及监控平台为一体的***设计方案。为了适应市场变化需要，通过对现有箱式开关站进行产品升级，提高产品竞争力。

本发明提出的重新设计、升级后的产品功能多样并可根据用户需要灵活组合，控制模块可实现"四遥(即遥测、遥信、遥控、遥调)"，可对各柜体单元运行参数进行远程监测和设置，对箱体内湿度、温度进行控制以及烟雾报警，满足无人值守的要求，根据需要还可实现图像远程监控、对部分开关实现远程分合。控制模块以及显示面板能够就地显示各单元运行数据以及维护信息，具备预警、报警功能。

现有箱式开关站缺乏检修操作通道，设备出现故障时需要拆卸外壳活动背板以及柜体背板才能进行修理，给检修工作带来不便。特别是遇到气候恶劣的情况，要保证故障设备尽快恢复工作且不影响用电设备(油田开采关键设备)的运行，是非常困难的。基于此本发明设计了检修操作通道，很好地解决了上述问题。

实施例：

监控装置结构示意图如图1所示，远程控制模块通过专有协议与现有老站子***进行通信，监测模块通过设置传感网监测网络安装若干个传感器，实现对各个参数的检测。

表1本发明开关站与现有开关站技术比较表

图3是本发明的开关站的结构示意图，图中可以看到开关站设置了风机1、应急灯2、进线柜3、空调4、变频柜5、补偿柜6、备用柜7、摄像头8、联络桥架9、安全门10、日光灯11、电暖气12以及出线柜13；其中如光灯11用于照明，电暖气作为加热装置，联络桥架9连接所述进线柜和出线柜，摄像头用于采集视频图像，应急灯2用于断电时进行照明。

本发明中设置了加热装置、空调以及风机，构成开关站的采暖通风子模块，通过所述本地控制模块或远程控制模块的控制实现对加热装置、空调以及风机工作状态的控制，从而实现了对开关站内空气温度的控制。由加热装置(电暖气)、空调、恒温控制***组成的全智能化控制***，当室内温度高于设定温度时空调自动工作，温度低于设定温度时加热板自动工作。

采暖通风子模块通过外设的温度传感器，准确监测室内外的温度情况，监测信息传至主机(本地控制模块)。同时，湿度监测前段可执行主机控制命令，根据室内温湿度状况对空调、排风机的温度、风向等进行控制。

主机根据室内外的温湿度情况，自动控制通风***和空调***(排风装置和加热装置)的切换运行。夏季，比较各空调区域的室内外温差，若空调***能满足室内温度要求则采用空调来排除室内余热。若空调不能满足室外气温或空调故障，将开启风机运行，达到降温的目的。冬季，若室内温度低于设定温度，将开启电暖气加热满足设备运行条件。当温度达到设定温度，自动停止加热。始终保持温度恒定。

表2本发明开关站箱体与现有开关站箱体比较表

开关站箱体部分根据最新设计方案、用户需求和安全方面的要求，对原有箱体进行了改进。主要是柜内布局，增加了检修操作通道和风道(对应于排风装置)。

0.4KV箱式开关站由开关站壳体部分、通风照明***、温控智能控制***(排风装置和监测装置)、配电***、电机控制***组成，适用于厂矿、油田配电设备分配电能使用。

根据季节环境设置时控钟的时间，进而控制照明灯的通断。所述操作检修通道宽度为800mm，通道上全面铺设厚度5mm的绝缘胶皮。箱开内设自动控制驱潮装置(空调)，防止元件发生凝露。箱开地板上装有人孔，便于调试维修。箱开在前后门侧配备灭火器。

开关站安装有应急灯、烟雾报警，温感等，手动、自动，遥控等安全措施。能够更有效的将开关站内信息，传达给值班留守人员。

开关站底部选用优质的20#槽钢，立柱框架采用8#矩形钢，地板铺3mm厚钢板，整个箱体采用2.0mm冷轧板制作。外表面油漆，选用优质的工业船舶专用防腐、防碱、抗氧化的环氧丙烯酸漆。开关站为面对面两排柜体并列摆放，柜体前后的检修维护专用通道，大大提高了检修、安全性能。

开关站配有风道，将空调内的冷气，有效合理的分配到每台配电柜内，使配电柜至上而下、由里到外，成正压方式向柜体外部排放柜内的热空气。柜外的热空气，再有屋顶上安装的大功率排风扇，强行将开关站内的热空气排出，来完成整个配电柜的冷却功能。

表3配电柜技术参数表

所述监测模块对影响箱式开关站安全的重要参数进行检测，实现开关站内数据的集中监控，因此增加智能控制柜，实现如下监测点：低压侧监控(三相电压、三相电流)；开关状态采集(开关状态)；开关控制功能(远程/本地合分闸)；门开关状态采集。电表数据读取(RS485)。电缆接头测温(光缆)；风机运行状态；水侵报警。

所述监测模块设计了温度监测子模块，也可称为温度传感子***，通过将温度传感器分别安装于进线柜测温部位和变频器测温处，实现温度的实时监测；同时可以将温度传感器安全、方便地装于母线排、隔离开关等位置上；所述温度监测子模块包括温度信号处理及发射单元、信号传输单元；其中信号传输单元的测温传感器完成温度测温，数温度信号处理及发射单元检测完成温度等数据的无线传输，然后由显示报警仪完成数据接收、显示、设定和报警，可实时显示温度数据，现场设定相关参数，具有报警和预报警功能，并可利用总线技术，组网完成集中显示、设定、数据记录及无线远程语音报警等功能，因此可实现无人值班的情况下的实时监测，发现温度过高马上报警，及时处理防范于未然，保证电网运行的安全和供电的可靠性。

表4几种测温方式对比表

温度监测子模块由若干数据传输基站、无线温度传感器和环境温度传感器构成，如图2所示。无线温度传感器由微功耗控制器、数字温度传感器、射频收发器、电池、天线等组成。微功耗控制器定时读取温度传感器的数据，测量电池电压，启动射频通讯芯片，将这些数据通过射频信号发送到数据传输基站。通过高频无线信道传输到基站，由基站保存记录。无线温度传感器采用结构胶安装方式，直接安装在设备可能的发热处，如动力电缆、电缆接头、刀闸触点、开关静触点、铜排连接点和设备安装环境温度、实现温度和温升的高可靠实时状态监测。

监测模块完成站内各类数据采集并显示。监测模块的控制器主要特点：

配置工业级100MHz/266MHz/533MHz处理器，拥有纳秒级(13ns)的处理速度。

***I/O容量大，数字量I/O最多可达57344点，模拟量I/O最多可达3584点，可灵活配置，满足不同用户的需求。

具有大容量内存，用于程序，最大16MB；用于数据，最大64MB+1MB掉电保持区。强大的模拟量处理功能。

具有通信故障时的输出保持或输出预置功能。

低功耗设计，CPU模块功耗在5W左右，I/O模块功耗在2W左右。

集成度高，内置多种通信接口，包括冗余PROFIBUS-DP总线接口、以太网接口、RS232接口和RS485接口。

I/O模块配置灵活，可根据不同的应用场合为用户提供高性能的、实用的、经济的解决方案。

支持多种通信协议，如TCP/IP、PROFIBUS-DP、MODBUS、自由口等协议。采用开放式设计，可为各类HMI软件提供标准接口。强大的扩展能力，用户可根据实际***规模和功能需求，对***进行扩展。

随着现代科技工艺向高精密、微尺寸、精确化方向的不断发展，如实验室、网络机房、设备间、精密厂房、数据中心、配线室、基站、配电站、特种库房、楼宇环境保障等已成为各单位正常开展工作所必需的重要组成部分。为保障场站及设施的可靠运行必须对人员、设备、环境、动力、物品、线缆以及水电油气管道等设施进行有效控管。如供配电、温湿度、漏水、消防、人员、空气质量、大型智能设备、UPS、空调、气体灭火、发电机组、新风、供水、供气、供油等均需得到可靠控管，否则，就可能会影响到整个***的有效运行，造成严重后果。因此，目前许多实验室、设备机房等场站的管理不得不采用24小时专人值班以及定时巡查等措施，不仅加重了管理人员的负担，而且往往还是不能有效预见预防事故的发生或者及时发现和排除故障，而造成不可估量的损失。因此对环境设备进行自动化智能管理显得迫切需要。本发明的箱式开关站通过设置本地控制模块和远程控制模块，结合监测模块采集的数据，实现自动监控和报警。远程控制模块和本地控制模块传递的信息主要有：1)视频信息，2)各类辅助生产设备的遥控命令，如风机开启，3)各类异常情况生成及处理报告，4)各类辅助生产设备的运行信息等。

远方集控中心(远程控制模块)，负责接收管辖区域内所有变电站的视频图像，可实现对站内的各种辅助设备的控制管理功能。一般在集控站增设一套后台主机，实现变电站内的智能监测及辅助控制主机的各类信息的互联，并预留以后与其他变电站的接口。

所述远程控制模块和本地控制模块均设置数据存储模块，存储一下信息：

1、设备编号、投用日期、生产日期、质保到期日等信息。

2、设定开关、风扇、变频使用寿命及保养、更换期限。

3、风扇转速监控。

4、数据库存储设备使用次数,如开关分合次数,风扇运转小时,变频工作小时,更换后重置。

5、显示面板提供维护界面,更换哪种配件,时间,人名。故障报警记录,按设备元件统计故障率,故障周期。

通过设置摄像头实现开关站内的视频监控。视频监控***主要包括视频采集、视频监视、视频监控录像/存储及回放、PTZ及预置位操作、视频内容分析(可选)、告警联动、***互联、***安全和***管理等功能。

本发明的相识开关站的主要是实现了建设模块化、标准化和智能化的设计思路，主要表现以下几个方面：

具备成熟的固定预装式设计方案，并实现对一个典型开关站的全功能模块化组合。

全站采用装配式结构，实现了绝大部分模块工厂预制，规模化生产；

施工周期短，预制土建模块可极大缩短建设、施工周期，并具有相关建设经验；

全站组合化设计，实现“搭积木”式建站，方便快速；

模块化单元之间采用标准化的接口，对变电站快速扩容带来巨大便利。

成熟技术产品及生产工艺。

建站标准化：标准化的设计、生产和施工有助于批量化生产，提升质量，并缩短周期。

设计标准化、定型化；

标准模块带来生产加工标准化；

方案定型、模块定型带来施工标准化。

***智能化，全自动式在线监测与专家检修***，效率更高；

统一信息共享平台，不同设备可方便快速集成；

实现全站数据采集、传输、处理的智能化，提高可靠性；

以设备的实际运行状况为基础，实行缺陷检修，减少维护工作。

综上，本发明中，通采用正压方式散除开关站控制柜内的热空气，可对运行设备进行生命周期的监控，监控装置实现站内各类数据实时监控、管理。本发明能够有效的解决产品的散热问题，可广泛应用于戈壁油田、沙漠等高温、高寒环境，实现在线监测、图像监视、采暖通风、火灾报警、水侵监测等功能的集成，全面实现箱式开关站的智能运行管理，具备“智能监测、智能判断、智能管理、智能验证”功能。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种高温地区适用的开关站，其特征在于，所述开关站包括排风装置；

所述排风装置包括排风道、空调以及风机；所述排风道的进气口设置于所述空调的冷空气出口，所述排风通道的出气口设置于所述开关站内各个配电柜的顶部，通过所述空调产生的冷空气将各个所述配电柜内的热空气以正压方式排出每一所述配电柜；所述风机的排风扇设置于所述开关站的顶部，用于将所述开关站内的热空气排出。

2.根据权利要求1所述的开关站，其特征在于，所述开关站还包括检修操作通道，用于工作人员对所述开关站进行检修和操作，并且所述检修操作通道的出入口设置于所述开关站的箱体的前面板和后面板上。

3.根据权利要求2所述的开关站，其特征在于，所述检修操作通道的四周均铺设绝缘胶皮。

4.根据权利要求3所述的开关站，其特征在于，所述开关站还包括加热装置，其与所述开关站的控制模块连接，用于根据所述控制模块的控制信号进行工作。

5.根据权利要求4所述的开关站，其特征在于，所述开关站还包括照明灯和时控钟；所述照明灯安装于所述开关站的箱体内部的上面板上，所述照明灯由所述时控中进行通断控制。