0  引言

    随着国民经济和电网的飞速发展，各电压等级的变电站数量不断增长，为节约宝贵的土地资源，减少噪声等，变电设施设计越来越多地采用地下布置方式。地下变电站优点明显，由于其建设于地下，不占用地面土地资源，可以节省大量城市建设用地，同时与周围市政环境保持协调，在城市电网中得到越来越多的应用。

    地下变电站由于处于地下，站内潮湿、高温、站内水位、有毒气体积聚等问题显得尤为突出，使得变电设备发生故障概率升高，存在严重安全隐患。随着变电站投运年限的增加，变电站室内的环境问题会越来越严重^[1-2]。

    传统的变电站环境调控方式大多是从单一角度出发，无法对站内所有环境要素进行系统性和综合性调控^[3]。因此，需要在安全可靠的前提下，综合性、系统性地进行技术优化，达到一体化、智能化、系统化解决各种环境问题。

    本文提出的地下变电站运行环境智能调控系统通过优化和改善变电站设备所处环境的小气候，自动跟踪环境温湿度变化，进行动态跟踪控制，以适应设备负荷变化引起的发热量变化以及环境温度变化，为设备营造一个干燥、洁净、温度适宜的运行环境。

1  运行环境对地下变电站设备运维影响

1.1  湿度因素

    湿度是影响电气设备正常运行的重要因素。一方面开关设备中多处（如母排）依靠空气绝缘，湿度过高，将使空气的绝缘性能降低；另一方面空气中的水分附着在绝缘材料表面，使电气设备的绝缘电阻降低，特别是使用年限较长的设备，由于内部有积尘吸附水分，潮湿程度将会更严重，导致绝缘电阻更低，设备的泄露电流大大增加，甚至造成绝缘击穿，发生事故^[4]。

    图1为依据浦东供电公司4个典型地下变电站2017年3月~8月地下三层湿度监测数据所绘制的曲线图。从图中可知，4个地下变电站整体湿度较高，特别是在6月份梅雨季节，湿度明显升高。

1.2  温度因素

    由于设备内部损耗使设备具有一定的温度，如果周围环境温度过高或空气流动性差，使设备的热量不能及时散开，将会使设备因过热跳闸，甚至烧坏设备。对于自动化程度较高的地下变电站，室温过高会影响站内各类电子设备稳定运行。

    图2为根据浦东供电公司4个典型地下变电站2017年3月~8月地下三层温度监测数据所绘制的曲线图。从图中可知，4个地下变电站整体温度不高。

1.3  视频监控

    传统变电站虽已实现无人值守，但由于缺少相关监控手段，对站内运行环境及设施设备情况监控效率不高，运维成本较大。

1.4  消防因素

    消防安全是变电站运行安全的重要一环。地下变电站由于结构复杂、大型机械难以进出等原因，事故处理时间较传统变电站更久，一旦发生火灾将造成严重后果。因此在地下变电站中增强消防监控水平尤为关键。

1.5  SF6因素

    为有效利用空间，地下变电站多采用SF6充气设备。具有灭弧能力强等特点的同时，SF6气体存在泄漏风险，一方面严重影响设备运行安全，另一方面威胁运维人员安全。

1.6  水位因素

    地下变电站受环境因素影响，电缆层积水的风险突出。电缆层积水影响设备安全运行^[5]。

2  变电站运行环境智能调控系统设计研究

2.1  变电站运行环境智能调控系统总体架构

    基于上述环境因素对地下变电站所产生的影响，本文搭建变电站运行环境智能调控系统总体架构。系统通过温湿度检测单元、有毒有害气体浓度检测单元、现场通信管理机、电机智能驱动、后台调控系统及相关接口软件，将各功能子模块进行组合。其中，各类环境信息由各自安装在相应位置的监测探头测得。各系统连接如图3所示。

    地下变电站运行环境智能调控中心将视频调控、温湿度监测、SF6监测、技防报警主机、火灾报警主机等一系列监测系统收集到的环境信息汇总处理，然后上报变电站/区域控制中心等上级控制单元。

2.2  参数检测单元

    参数检测单元由安装在开关室、保护室等设备室需要检测位置的墙壁、开关柜上的温湿度、SF6密度检测元件、智能远程红外遥控器、远程智能I/O模块、开关量采集模块构成。控制元件根据设备室调控设备性能配置组建，可以进行数据信息与通信管理机双向数据传输。其结构框图如图4所示。

2.3  通信控制单元

    通信控制单元可实现数据实时判断、装置故障信息处理及数据实时传输通信管理，通信控制器可与各类变送器、远程智能I/O模块、开关量采集模块进行通信，也可与其他的智能设备通信。通信控制单元负责接收各检测单元传输的数据信息，计算处理后控制所辖除湿、降温、排风系统，并将设备运行情况、现场环境数据上传调控系统。其结构框图如图5所示。

2.4  后台调控单元

    后台调控数据处理采用OPC技术可方便实现与第三方系统的数据交换，进行远程控制监视、数据存储、故障信息记录、数据发布和相关报表等处理任务。它由多个运行模块组成。运行模块由两部分构成：工具部分和在线运行管理部分。工具模块可以在系统运行的同时进行制图、制表、图元编辑、数据库生成。在线运行模块是系统运行时用于对系统进行动态监测、修改和调试进程，包括实库数据检索、画面调用、历史数据、运行登录、系统管理、系统检测和功能模块。上述功能被集成于主控平台之中，运行人员根据主控平台的提示可启动相应的功能模块，实现收集、记录、处理由前端计算机上传的数据。

3  系统实用检测

    选择具有代表性的一座地下变电站安装运行环境智能调控系统，对站内环境进行全天候监测与智能控制，如表1所示。

    系统安装前后站内相关环境数据如表2所示。

    连续跟踪监测表明，安装运行环境智能调控装置后开关室内设备运行环境有了显著改善：站内环境明显干燥凉爽，安装前室内风管和开关柜金属部件上能够见到凝露产生的水珠，安装后凝露现象完全消除；站内温湿度情况正常；其他功能如视频调控、水位调控、SF6监测等运行正常；同时运维人员能够随时了解和查询站内工作状态，有效减少变电站运维人员的工作量，设备运行的可靠性、稳定性、安全性得到了较大提高。

4  结束语

    本文研究了运行环境对地下变电站设备安全性、可靠性的影响。通过对变电站现场的大量数据采集和调研，分析高温、潮湿、站内水位、有毒气体积聚等环境问题对地下变电站设备运维的影响，基于调研分析的结果，充分利用变电站现有资源设计地下变电站运行环境智能调控方案。采用基于传感器、无线通信的统一监控平台，实现对变电站内的温湿度、SF6调控、风机、水位、视频调控、消防等生产辅助设备或系统的运行状态等信息的采集和控制，实现设备间的智能化联动。通过选取典型地下变电站，现场安装运行环境智能调控系统，试验表明本系统能够有效改善地下变电站运行环境。

参考文献

[1] 范长俊.110 kV变电站环境影响问题探讨[J].广东输电与变电技术,2009,11(5): 39-41.

[2] 陈延秋,王伟强,陈兴华.地下变电站的运行风险与管控措[J].自动化应用,2016(3): 82-84.

[3] 邬振武.220 kV地下变电站环境影响及对策分析[J].华东电力,2011,39(8): 1329-1331. 

[4] 梁广.地下变电站的安全风险及应急对策[J].广东电力,2008(8): 5-7.

[5] 袁晓明,朱亚平.地下变电站给排水设计优化措施[J].华东电力,2014,42(3): 577-580.

作者信息:

邱名义，方  略，曲晓东，徐梦超，谢  涛，都泓蔚，龙  鹏

（国网上海浦东供电公司，上海200120）