邱子平，吳雪峰，周國慶，劉 毅

（國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江 金華 321001）

智能終端裝置是智能化變電站不可缺少的二次設(shè)備之一，所有一次設(shè)備的信息量采集后均由智能終端通過光纖傳至監(jiān)控中心，它的可靠性直接影響著變電站安全穩(wěn)定運行。但傳統(tǒng)設(shè)備柜體的散熱效果較差，溫度過高使智能終端設(shè)備的缺陷發(fā)生率居高不下。

近年來，太陽能發(fā)電技術(shù)與半導(dǎo)體材料應(yīng)用技術(shù)不斷發(fā)展，為太陽能電池組件與半導(dǎo)體制冷的應(yīng)用提供了可行性。通過采用太陽能電池組件供電，利用半導(dǎo)體材料的熱電效應(yīng)為智能終端柜調(diào)節(jié)溫度，將改變傳統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)方式，設(shè)計了一種采用太陽能與半導(dǎo)體技術(shù)降溫的智能終端柜。

1 智能終端柜運行現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)有散熱方式

變電站的戶外端子箱一般采用空氣直接交換降溫。傳統(tǒng)變電站場地端子箱內(nèi)為電纜及端子排，沒有電子設(shè)備，自身不會產(chǎn)生熱量；而智能變電站智能終端設(shè)備就地放置在端子箱內(nèi)，智能終端設(shè)備運行時發(fā)熱，其產(chǎn)生的熱量使柜內(nèi)溫度比環(huán)境室溫高20℃以上。通過柜頂部加裝的2臺大功率風(fēng)扇，將熱量從柜頂散熱風(fēng)窗排出。

在6—9月份夏季高溫季節(jié)，智能終端柜內(nèi)溫度普遍超過40℃，最高達55℃，而電子設(shè)備正常運行的理想環(huán)境溫度為-5℃～40℃，采用風(fēng)扇直接交換降溫法只能使柜內(nèi)溫度降低5℃左右，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

1.2 缺陷統(tǒng)計分析

以500kV芝堰變電站為例，自2009年7月投入運行以來，共產(chǎn)生二次系統(tǒng)缺陷133個，其中由于智能終端柜溫度過高產(chǎn)生的相關(guān)故障為25個，占18%，發(fā)生率較高，嚴(yán)重影響日常穩(wěn)定運行，最嚴(yán)重時曾引起萬松Ⅰ與Ⅱ線第1套智能終端PSIU發(fā)“SPI（子模件通信）異?！毙盘枺F(xiàn)場不能復(fù)歸。

2 新型智能終端柜的設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

按照功能劃分為太陽能發(fā)電系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、半導(dǎo)體制冷片。太陽能電池組件為半導(dǎo)體制冷片提供電能，太陽能控制器用于控制太陽能發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在太陽能電池組件工作時對蓄電池進行浮充，在太陽能電池組件無法工作時輸出蓄電池中儲存的電能，并保護太陽能電池組件與蓄電池。

溫度控制系統(tǒng)用于控制半導(dǎo)體制冷片的運行。溫度傳感器將感應(yīng)到的溫度轉(zhuǎn)換成電壓輸入溫度控制器，如果溫度超出溫度控制器設(shè)定的溫度上限或下限，則導(dǎo)通交流接觸器的常開主接點，使半導(dǎo)體材料制冷或制熱。半導(dǎo)體制冷片的熱端需要散熱，散熱效果越好，其冷端的制冷效果越好。因此，在半導(dǎo)體制冷片的熱端加裝散熱片。

2.2 裝置組成

太陽能電池組件、蓄電池、太陽能控制器、半導(dǎo)體制冷片等的位置見圖1，電氣接線見圖2。太陽能電池板由125塊單晶電池片組成，太陽能電池組件由2塊太陽能電池板并聯(lián)組成。

智能終端柜上設(shè)有若干半導(dǎo)體制冷片，半導(dǎo)體制冷片固定在智能終端柜上的一端，設(shè)有散熱片，智能終端柜的外壁上設(shè)有開口，散熱片固定在開口處的外壁上，半導(dǎo)體制冷片設(shè)在開口中且半導(dǎo)體制冷片固定在智能終端柜上的一端與散熱片貼合，半導(dǎo)體制冷片的兩端和散熱片上與半導(dǎo)體制冷片的連接端均有導(dǎo)熱硅膠。散熱片采用翅式結(jié)構(gòu)。

太陽能電池組件安裝在智能終端柜外殼的上方，智能終端柜內(nèi)部設(shè)有卡槽，太陽能控制器、溫/濕度傳感器、溫/濕度控制器、交流接觸器固定在智能終端柜內(nèi)部的卡槽上。

2.3 技術(shù)參數(shù)

圖1 組成結(jié)構(gòu)

圖2 電氣接線

太陽能控制器采用PWM（脈寬調(diào)制）充電模式，具有太陽能電池防反接、蓄電池防反接、蓄電池過充/過放保護、負載過載短路保護、防雷等保護功能。太陽能電池組件轉(zhuǎn)換效率為17%左右，峰值功率為120 W，最佳工作電壓為18.8 V，最大工作電流為5.4 A；太陽能控制器的輸入額定電流為20 A，蓄電池組標(biāo)稱電壓為12.8 V，標(biāo)稱容量為20 Ah；溫/濕度控制器輸入電壓為AC 220 V，輸出電壓為AC 220 V，溫度測量精度為±1℃，溫度控制為0～75℃。交流接觸器額定電壓為AC 220 V；半導(dǎo)體制冷片實際工作電壓為12 V，最大制冷功率為54.1 W，最大溫差為67℃。

3 應(yīng)用效果

3.1 技術(shù)特點

與普通的戶外端子箱相比，新型智能終端柜具備下列特點：

（1）使用光伏發(fā)電技術(shù)，節(jié)能環(huán)保；

（2）使用半導(dǎo)體材料，利用其熱電轉(zhuǎn)換特性，使柜內(nèi)溫度下降明顯；

（3）使用溫度傳感與控制電路，可以根據(jù)環(huán)境溫度靈活地調(diào)節(jié)柜內(nèi)溫度。

3.2 降溫效果

如圖3所示，從新型智能終端柜與普通戶外端子箱在8與9月份高溫天氣的對比中可以看出，新型終端柜溫度調(diào)節(jié)效果明顯。

圖3 降溫效果對比

3.3 改進建議

（1）太陽能電池的功率與蓄電池的容量有限，如果長時間陰雨天氣將造成裝置無法正常工作，可以考慮光伏發(fā)電與普通直流供電的交替使用。

（2）安裝在柜頂?shù)奶柲茈姲暹^重，可以考慮放置在場地上。

（3）設(shè)計時沒有考慮安裝在柜體兩側(cè)散熱片的防雨問題，應(yīng)考慮加裝防雨罩。

4 結(jié)語

智能化變電站建設(shè)是未來電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，推廣使用基于太陽能電板的半導(dǎo)體散熱智能終端柜，調(diào)節(jié)智能終端柜內(nèi)溫度，可使設(shè)備缺陷發(fā)生率大幅降低，也釋放了大量搶修精力，對未來新上智能化變電站智能終端柜的溫度調(diào)節(jié)具有一定的實用價值。

[1]盛獻飛，吳雪峰，周滔滔，等.500kV數(shù)字化變電站擴建時的二次調(diào)試方案及安全措施[J].電力建設(shè)，2012，30（5）∶51-54.

[2]吳雪峰，邱子平，周國慶.降低數(shù)字化變電站智能終端柜溫度的方法[J].浙江電力，2011，31（6）∶63-65.

[3]吳雪峰，劉艷敏，施戰(zhàn)遼，等.數(shù)字化變電站智能終端柜降溫方案[J].水電能源科學(xué)，2012，30（5）∶158-160.