劉瑜俊，柏　彬，朱海峰，洪莎莎，王章軒

安裝實驗

統(tǒng)一潮流控制器閥廳微正壓環(huán)境的建立和管理策略

劉瑜俊，柏彬，朱海峰，洪莎莎，王章軒

（江蘇省電力公司電力經濟技術研究院，江蘇南京210008）

南京西環(huán)網統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）示范工程是我國第一個基于模塊化多電平技術的UPFC工程，是我國在柔性交流輸電領域的重要成果。閥廳是UPFC示范工程的重要設備換流閥所在區(qū)域，而換流閥對閥廳的溫度、濕度和潔凈度要求很高，使得閥廳的建設和管理成為整個工程的關鍵點和難點。文中首先通過對閥廳內溫度、濕度的數學建模，分析了影響閥廳溫濕度的關鍵因素，然后針對閥廳的環(huán)境要求，使用分階段管控方案、暖通系統(tǒng)、新風系統(tǒng)和新型監(jiān)控手段對閥廳環(huán)境進行嚴密管控，形成了符合要求的閥廳微正壓環(huán)境。

建設管理；UFPC；微正壓

南京西環(huán)網統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）示范工程是我國第一個、世界上第四個UPFC工程［1-4］，也是世界上第一個基于模塊化多電平（MMC）技術的UPFC工程，代表了當今世界柔性交流輸電技術的最高水平［5］。該工程由我國自主設計、研發(fā)和建設，是我國在柔性交流輸電技術領域取得的又一世界級創(chuàng)新成果。南京UPFC工程的建設可以使得南京西環(huán)網各輸電通道的潮流分布能夠靈活調節(jié)，解決了南京西環(huán)網地區(qū)長期存在的潮流分布不均、供電能力不足，新增輸電通道又投資巨大、難以實施的問題。該工程的建設為國內高度城市化地區(qū)電網采用智能輸電技術提升供電能力，破解電網建設難題起到示范作用，并為將來在更高電壓等級電網應用UPFC積累運行經驗，將有力地推進我國堅強智能電網的建設與發(fā)展。閥廳是UPFC工程中最為關鍵的區(qū)域，閥廳中布置有換流閥閥塔、換流閥控制保護系統(tǒng)、直流場、晶閘管旁路開關以及水冷設備，是實現潮流控制的核心區(qū)域。其中的設備對閥廳環(huán)境具有比較高的“微正壓”要求，需一定的管控手段，來保證工程的安全質量符合設備所需指標。

1　南京西環(huán)網統(tǒng)一潮流控制器示范工程

1.1工程概況

南京220 kV西環(huán)網統(tǒng)一潮流控制器示范工程，站址位于南京市棲霞區(qū)燕子磯新城，利用原燕子磯220 kV變電站戶內化改造后的空余場地。建設UPFC成套裝置，輸出功率-40～40 MW，無功-60～60 Mvar，分為閥廳區(qū)和戶外設備區(qū)，建筑體積18 757 m3，占地面積9400 m2。同期新建鐵北220 kV開關站工程，占地面積8400 m2。建設配套220 kV線路9條。

1.2閥廳建立和運行的環(huán)境要求

閥廳包含3個換流閥室、直流場區(qū)域、水冷卻機室、晶閘管旁路開關室、UPFC控制保護室、備品備件室、檢修巡視通道和參觀通道，如圖1所示。

圖1　閥廳平面示意圖

（1）換流閥閥廳電磁屏蔽要求。換流站閥廳采取嚴格的電磁屏蔽措施，來削弱向閥廳外傳播的空間輻射，避免換流閥所產生的電磁騷擾對周邊人員、換流站內設備和鄰近地區(qū)的通信系統(tǒng)形成干擾。

（2）對于換流閥室微正壓和無塵要求。換流閥室內安裝有UPFC換流主設備，因此在安裝和運行過程中對換流閥室內的環(huán)境要求比較高。首先，換流閥組在安裝之前需要對閥廳進行全面清潔；其次，換流閥拆箱、安裝對環(huán)境的潔凈、溫度及空氣相對濕度有較高的要求；更為重要的是，閥組設備要求閥廳密封狀況必須良好，換流閥室內應保持微正壓環(huán)境，空氣相對濕度不能超過60%RH。具體運行及環(huán)境要求如表1所示。

表1　換流閥室的運行及試驗環(huán)境要求

2　閥廳環(huán)境參數的溫濕度建模

閥廳綜合環(huán)境參數包含溫度、濕度、粉塵3種參數，這3種參數即為閥廳環(huán)境控制的核心。

2.1閥廳溫度建模

首先，閥廳內溫度受室外氣象條件與室外建筑（設備）及燈光散熱等影響。周圍環(huán)境表面的綜合溫度可以采用公式計算得到，即：

式（1）中：Tcom為周圍環(huán)境表面的綜合溫度，K；Tear為地表溫度，K；Twea為天空有效溫度，K；Tsur為鄰近建筑（設備）表面溫度，K；fear為地面角系數；fsur為鄰近建筑（設備）表面對待模擬建筑表面的角系數。以上各參數根據當地氣象參數和設備運行參數決定［6，7］。

閥廳北側是交流配電裝置區(qū)域，主要包括機械旁路開關、TBS進線設備、中性點接地電阻、啟動電阻、運行方式轉換隔離開關以及各種電壓電流測量裝置。在運行階段，交流配電設備產生的熱將會對閥廳內的溫度產生一定的影響。而在建設階段，這些設備本身不發(fā)熱，但是周圍會有起重吊裝設備、焊接設備等配套大功率施工設備，對閥廳內溫度產生一定的影響。其次，閥廳室內影響因素對閥廳的整體溫度影響更大，主要包括室內照明裝置、設備和人體等的散熱。閥廳內主要設備包括換流閥、TBS閥等，在運行后將成為閥廳內的主要熱負荷。同時，閥廳內還存在為閥組設備配備的用于散熱的水冷設備，其在自身產生熱的同時，更多帶走了閥組和閥廳內的熱量。因此閥廳在運行階段的熱負荷計算公式為：

式（2）中：Qin為閥廳內的熱負荷總量；Qequ為由設備引起的熱負荷；Qlig為由照明引起的熱負荷；Qman為由人體引起的熱負荷；Qrad為散熱系統(tǒng)逸散的熱負荷。

而在建設階段主要電氣設備都處于不運行的狀態(tài)，所以電氣設備沒有發(fā)熱，僅有施工設備的熱量；而為換流閥冷卻配置的水冷設備也不在工作狀態(tài)，所以也沒有額外的散熱手段。因此式（2）可簡化為：

式（3）中：Q'in為建設階段閥廳的熱負荷；Q'equ為除閥廳電氣設備外由其他設備引起的熱負荷。

因此閥廳的室內溫度可以由計算得到［8］：

式（4，5）中：C為空氣比熱容，取值為1.4 J/（kg·K）；M為室內空氣質量；ρ為空氣濃度，取值為1.205 kg/m3；V為室內建筑體積，m3；T為室內溫度，K。

通過分析可知，閥廳的溫度主要與氣溫、閥廳內外的運行設備以及進出人員有關，應著力控制發(fā)熱設備的使用，限制人員進出閥廳。

2.2閥廳濕度建模

閥廳內的濕度主要受到空氣濕度的影響，另外人員和水冷設備也會對閥廳濕度產生的一定的影響，在管理到位的情況下，影響比較輕微。因此濕度的計算主要考慮國家氣象局出版的《濕度查算表》使用的國際氣象組織（WMEO）推薦的公式進行計算，即：

式（8）中：U為相對濕度，%；t1為濕球溫度，℃；t2為濕球溫度，℃；T1為水的三相點溫度，取值為273.16 K；T為絕對溫度，K；P為本地氣壓，MPa；A為干濕表系數，是隨濕度表是否結冰和通風條件不同而定；e為空氣中的水汽壓，MPa；ew（t）為溫度在t時的液面飽和水汽壓，MPa；以上公式適宜溫度范圍是-49.9～49.8℃。

閥廳的濕度主要受到空氣濕度的影響，應對進入閥廳的空氣進行一定的干燥處理，同時避免人員等其他因素對閥廳濕度的影響。

3　閥廳的管理手段和模式

閥廳的微正壓、濕度、溫度和無塵要求需要通過多種管控手段協同才能保證，工程中主要通過暖通設備來實現這一系列的要求，并通過分階段管控方案、水冷設備等手段進行輔助管理。閥廳管控手段與環(huán)境指標關系如圖2所示。

圖2　閥廳管控手段與環(huán)境指標關系圖

3.1閥廳分階段管控方案

因為主要換流閥設備對工作環(huán)境要求較高，有嚴格的溫度、濕度和防塵要求，為確保閥廳建設施工的安全、有序、規(guī)范進行，在閥廳土建基本完成后，根據內部的建設流程和施工安排，在管理上將閥廳從建設到試驗運行的整個過程分成3個階段，實行不同等級的管理要求。

（1）第一階段主要施工內容為閥廳內各室中支架、管道等輔助設備安裝，對環(huán)境要求不高，但必須保證各施工單位有序進場進行設備安裝，防止對設施設備造成損壞。因此，這一階段主要管控手段是在閥廳的2個門口實行嚴格的門禁標準化管理，對進出入人員、設備、設施進行登記，并與施工計劃進行核對，對于不符合計劃安排的人員進行勸阻，保證現場施工人員能夠順暢作業(yè)。

（2）第二階段為閥廳內隔離刀閘等常規(guī)電氣設備以及水冷機組、暖通設備的安裝，需要閥廳內滿足封閉、通風、和初步無塵要求。因此現場需要進一步加強第一階段的門禁管理，進入現場的人員必須要有工作票，佩戴工作證才能進入，并且不允許在閥廳內進行可能對閥廳內環(huán)境造成污染的作業(yè)。

（3）第三階段為閥組等重要電氣設備進場后的安裝、接線、調試和運行階段，這一階段的要求將貫穿在閥組全壽命周期，是管理最為嚴格，指標要求最高的階段。換流閥設備安裝和運行對室內環(huán)境的要求主要集中在微正壓、潔凈、溫度及空氣相對濕度四個方面，因此閥廳內應嚴格達到封閉、通風、微正壓和精細化無塵要求，還應保證閥廳內各室全封閉，保證閥廳進出人員的著裝符合潔凈要求。因此在階段二的門禁管控基礎上，要加強進入人員的潔凈度，所以進入閥廳的人員要保證衣服整潔，穿鞋套進入。而對于要進入閥塔室的施工和調試人員，進一步要求其更換潔凈的連體工作服，帶頭套后才能進入。

3個建設階段之間均設置清潔階段，分別在施工銜接時對閥廳內進行初步清潔和全面清潔，以配合實現閥廳內環(huán)境的潔凈和無塵要求。

3.2暖通系統(tǒng)

工程閥廳設置通風空調系統(tǒng)，其服務區(qū)域包括閥廳、水冷控制屏柜間、閥廳直流場、TBS閥組室等區(qū)域，系統(tǒng)型式為低速全空氣空調系統(tǒng)，系統(tǒng)考慮全年運行。UPFC工程通過控制室設置全年運行的集中式全空氣空調系統(tǒng)，維持房間的溫度、濕度及微正壓環(huán)境，其設計標準全年溫度10～45℃、相對濕度25%～60%、室內微正壓值5～30 Pa。

空調機組的自動控制系統(tǒng)，通過監(jiān)測回風溫濕度自動調節(jié)機組的制冷、加熱、加濕、過濾運行，以使室內溫濕度能滿足設計要求?？照{機組進出風口、新排風口處的電動風閥及加濕器管上的電動閥開啟及關閉與機組啟停聯鎖，并由機組電控柜控制?？照{系統(tǒng)運行時需調節(jié)新、排風閥門的開度保證各空調區(qū)域5～30 Pa正壓以防止粉塵侵入。屋頂空調采用雙層百葉風口，減少風管內灰塵進入閥廳。夏季及冬季按總風量的10%補充新風，新風量約4500 m3/h，補充新風時空調機組的排風閥關閉。暖通設備是維持閥廳環(huán)境的主力設備，是閥廳環(huán)境保持的關鍵技術。

3.3閥廳新風系統(tǒng)

新風系統(tǒng)主要應用于對安裝和運行環(huán)境要求較高的設備，例如工程中的閥組設備，灰塵將會減少設備的使用壽命，甚至出現設備事故［9］。UPFC示范工程應用了最新研制的新風系統(tǒng)裝置，裝配在閥廳的東側，在外部環(huán)境相對復雜的情況下，將會不斷把干燥、潔凈無塵的空氣充入閥廳中，能夠防止外部灰塵、潮氣污染閥廳，保證閥廳安裝的高要求、嚴標準，以及投運后的可靠運行，在工程中得到良好的應用。新風系統(tǒng)裝置的順利應用，對電網設備安全運行有著重要意義?？梢栽黾与娏υO備全壽命周期中的運行效率，減少電網因設備故障停運的概率，有著極大的社會效益。

3.4新型監(jiān)控手段

工程還應用了新型監(jiān)控手段來應對過熱、火災等特殊情況，保證閥廳的安全穩(wěn)定運行。

3.2.1閥廳紅外測溫巡檢系統(tǒng)

示范工程的視頻監(jiān)控在站內設有常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)，同時為了及時發(fā)現閥塔等設備的缺陷或隱患，提高巡視任務的效率，確保電氣設備的安全穩(wěn)定運行，還采用集中監(jiān)控與智能軌道式巡檢系統(tǒng)相結合方式構架的智能監(jiān)控系統(tǒng)。集中監(jiān)控與智能巡檢系統(tǒng)互為備用，相互補充，能夠有效解決圖像監(jiān)視系統(tǒng)的死區(qū)和遮擋問題。

巡檢系統(tǒng)的安裝地點依據閥室的巡視線路確定，每個閥廳內安裝一套紅外測溫巡檢遠程紅外溫度智能在線監(jiān)測系統(tǒng)，在閥塔四周架設一組U型軌道，搭載一套一體化可伸縮球型雙倉熱成像機。紅外測溫巡檢系統(tǒng)運行時采用紅外熱像儀與可見光攝像機同步工作方式，監(jiān)視閥廳內閥塔的外觀狀態(tài)、工作狀態(tài)、溫度場分布情況。攝像機可移動、伸縮，能對閥塔進行全方位監(jiān)控，有效解決了固定位置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)受閥塔整體較高且分層等客觀條件限制。紅外測溫智能巡檢系統(tǒng)除了具有在任意設定時間進行巡視檢查工作、自主和遙控巡視、圖像遙傳、自動停障、各巡視設備歷史數據分析等功能之外，還具備在自動巡檢過程中任意采集紅外熱圖進行智能識別技術，獲得圖中所有涉及設備的精確位置及工作溫度的功能。紅外測溫智能巡檢系統(tǒng)通過對設備溫度數據的分析進行設備缺陷診斷，并提供超溫報警、差溫報警等功能。

3.2.2閥廳火災報警系統(tǒng)

因為閥廳布置相對密集，重要設備多，且設備發(fā)熱量大，容易形成火災。使用傳統(tǒng)的火災預防方法有可能出現報警信號滯后，無法及時發(fā)現設備異常，盡早消除隱患的問題。因此，閥廳的火災報警系統(tǒng)根據UPFC控制室、TBS室、閥廳及直流設備室等不同的保護對象，分別采用溫、煙、光感探測器和熱敏溫感線等不同的探測手段，從多角度探測火災隱患，力保設備安全。

工程火災報警系統(tǒng)除配置了傳統(tǒng)的感煙探測器外，還針對閥塔重要性高、容易發(fā)熱的特點，綜合配置了極早期煙霧探測器和紫外火焰探測器對閥室進行全方位的保護，如圖3所示。另外還在新風口處設置了極早期煙霧探測器檢測室外空氣，防止室外空氣中的煙霧進入閥室而導致火災報警系統(tǒng)誤動作。

圖3　閥廳火災報警系統(tǒng)示意圖

4　結束語

本文針對換流閥對閥廳微正壓環(huán)境的具體要求，通過數學建模分析了影響閥廳溫濕度的主要因素，并相應地運用各種管控手段和設備來應對，取得了較好的效果，從而保證了閥廳內閥組設備的順利安裝、調試和運行。工程建設過程中采用的分階段管控手段和設備對今后其他柔性輸電技術建設管理方案的制定具有一定的借鑒意義。

［1］李駢文.美國INEZ變電站統(tǒng)一潮流控制器簡介［J］.電網技術，2002，26（8）：84-87.

［2］HAN Y S，SUH I Y，KIM J M，et al.Commissioning and Testing of the KangJin UPFC in Korea［C］.Cigre Conference，2004.

［3］AHN S J，LEE D W，MOON S I.Structure and Operation Strategies of an Automatic Supervisory Control System of the KEPCO UPFC［J］.Electrical Engineer，vol.90，2008：511-519.

［4］KIM S Y，YOON J S，CHANG B H.The Operation Experience of KEPCO UPFC［C］.Proceedings of the 8th International Conference on Electrical Machines and Systems，Nanjing，2005：2502-2505.

［5］GYUGYI L，SCHAUDER C D.The Unified Power Flow Controller-A new Approach to Power Transmission Controller［J］.IEEE Transaction on Power Delivery，vol.10，no.2，April 1995：1085-1097.

［6］曹建偉.置換通風空調室內空氣品質的數值模擬研究［D］.北京：北京交通大學，2007.

［7］LEE C，KIM B，KO S.A New Lagrangian Stochastic Model for the Gravity-Slumping/Spreading Motion of a Dense Gas［J］.Atmospheric Environment，2007，41（36）：7874-7886.

［8］黃偉.基于變電室綜合環(huán)境控制的智能保障系統(tǒng)研究［D］.北京：北京交通大學，2014.

［9］李彬，李衛(wèi)國，秦永生，等.離相封閉母線微正壓裝置的配置與安裝標準探討［J］.內蒙古電力技術，2010，28（1）：25-28.

Establishment and Management Strategy of the Micro-positive Pressure in the Valve Hall of UPFC

LIU Yujun，BAI Bin，ZHU Haifeng，HONG Shasha，WANG Zhangxuan
（State Grid Jiangsu Economic Research Institute，Nanjing 210008，China）

The Nanjing western power grid unified power flow controller（UPFC）project is the first UPFC project based on the modular multilevel converter（MMC）technology.This project is an important achievement of flexible alternating current transmission system of China.The valve hall which contains the converters has a high level requirement of temperature，humidity and cleanliness.So the construction and management of the valve hall room becomes the most significant step of the whole project.With the analysis of the circumstances of the valve hall，this paper builds the mathematic models of the temperature and humidity.According to the analysis，a series of control method is applied to the hall，such as the staged control method，the heating and ventilating system，the fresh air system and the monitor systems.All the control methods form a strict control system to maintain the micro positive pressure in the valve hall.

construction management；unified power flow controller（UPFC）；micro positive pressure

TM631

A

1009-0665（2015）06-0061-04

2015-08-11；

2015-09-17

劉瑜?。?988），男，江蘇阜寧人，博士，研究方向為電力系統(tǒng)運行與控制、電動汽車與電網互動、儲能技術；

柏彬（1980），男，江蘇南京人，高級工程師，從事電網建設管理方面的工作；

朱海峰（1974），男，江蘇啟動人，高級工程師，從事電網規(guī)劃及建設管理方面的工作；

洪莎莎（1984），女，江蘇南京人，工程師，從事電網建設管理方面的工作；

王章軒（1984），男，江蘇南京人，工程師，從事電網建設管理方面的工作。