摘 要 ：以機械結構創(chuàng)新為核心，以硬件聯網通信為導向，以數字孿生平臺為歸依，國電智溫-城市變電站智慧散熱技術破壁者在雙碳大背景下應運而生，研發(fā)項目立足節(jié)能與智能領域，為城市變電站存在的散熱缺失與物聯服務提出了一種嶄新的發(fā)展路徑。

關鍵詞：城市變電站；智慧散熱；無線通信；應用設計

1 作品介紹

電，是一座城市的命脈，也是智慧制造和節(jié)能減排最需要落實的領域之一。我們的生活離不開電力，城市變電站為我們生活提供優(yōu)質可靠的電力供應起到了不可小覷的作用。城市變電站自20世紀誕生，歷經傳統變電站、綜合自動化變電站、數字化變電站三個發(fā)展階段，到今日逐漸向擁有先進、可靠、節(jié)能、環(huán)保、集成特點的智能變電站創(chuàng)新，城市變電站已經成為我們生產、生活不可或缺的一部分。

根據圖1中官方公布的數據，2009—2010年，我國新建智能變電站46座，在運變電站智能化改造28座；2011—

2015年，新建智能變電站8 000座，在運變電站智能化改造50座；2016—2020年，新建智能變電站7 700座，在運變電站智能化改造44座；“十四五”期間預測智能變電站將新建7 411座，在運改造39座。從中我們可以看到，變電站智能化升級已經在進行，說明智能變電站關鍵技術正在逐步走向成熟，技術標準體系也在逐漸確立。同時，圖2數據表明，我國變電站數量也在穩(wěn)步增加，在雙碳大背景下，對于變電站智能化改造的技術創(chuàng)新尤為重要，城市變電站智慧散熱技術的創(chuàng)新是時代所需，更是社會所望。

我們針對城市變電站存在的由于結構不完善、控制不智能，導致長時間工作下溫控失調，容易造成電能流失、元件老化、排放超標等連鎖危害，甚至危害電力一線工作人員安全的問題，自主設計研發(fā)城市變電站智慧散熱技術，旨在降低城市變電站由于散熱引發(fā)的一系列風險，重點提升其智能化的經濟效益與綜合節(jié)能的環(huán)保能力。

2 技術原理

2.1 機械層面

機械層面為具備智慧散熱保護功能的變電站裝置，包括封閉門、電力支撐架、散熱機構和保護機構。散熱機構包括散熱扇、熱交換板、循環(huán)泵、輸液管、封閉板、除塵網和過濾網。電力支撐架使得降溫效果最大化，提高了散熱能力。熱交換板內部為中空設置，方便后續(xù)對冷凝液進行快速風冷降溫，進而方便后續(xù)進行循環(huán)導流。封閉板能防止冷卻空氣由下部導通，避免后續(xù)溫控重復。保護裝置確保了裝置使用過程中的安全性，使用過程中可以有效保護導線，避免導線斷裂，并且使內部單元走線整齊，有利于城市變電站高效運行。具有散熱保護功能的機械結構圖紙設計如圖3所示。

2.2 物聯層面

提高物聯能力需要硬件和軟件的雙重支持。其中，硬件層面為集成HPLC模塊、通信模塊、AC/DC模塊、交采板、運算芯片、主控板的控制單元；軟件層面為以3D渲染程序為主體，小程序和Web端同時兼容的互聯調度平臺。通過單片機與傳感器組裝的控制系統將實時溫度上傳，通過模型構建和算法預測，實現城市變電站的核心組網，優(yōu)化智能變電站到主站調控、調度和生產的數據流向，提出數據優(yōu)化、告警直傳、遠程瀏覽三種數據傳輸方式應用方案，最后通過構建輕量化3D可視化場景，搭建數字孿生變電站系統。城市變電站互聯調度與綜合管理平臺如圖4所示。

3 創(chuàng)新點與應用前景

（1）適用范圍廣：可以覆蓋每個街道的城市變電站，適用于電力系統城網建設與改造，能夠解決地下變電站普遍存在的結構不完善、散熱效果差、能耗高等問題，提高密閉空間的空氣循環(huán)能力，保護生產安全，最大限度提高元件的散熱能力。

（2）社會價值顯著：可以進一步提升城市變電站的物聯網交互能力，將城市變電站溫控情況反饋到系統中，提高工作效率，落實“人民電業(yè)為人民”的服務宗旨，構建變電站綠色環(huán)保工程，以節(jié)約能源、減少排放、親近自然、保護自然。

（3）多學科交叉研究：此舉是機械創(chuàng)新在電氣領域的綜合應用，有利于帶動電氣行業(yè)的發(fā)展和保護電力一線工作人員的生命財產安全，可以進一步推廣到其他相對密閉的生活生產場景，提高節(jié)能工作效率，幫助構建和諧共生的生活環(huán)境。創(chuàng)新電力設備，深入探索研發(fā)，優(yōu)化產品結構，智慧建造，使電力設備具有自然環(huán)境與人民生活的雙親和力。