基于电力设备检测的极端环境模拟技术研究

王 栋，朱拓夫，谢翱羽

（国网浙江宁波供电公司，浙江 宁波 315100）

0 引 言

随着全球天气变暖，极端天气发生的可能性越来越高，如高温、低温、大雪、暴雨等。宁波属于沿海城市，受极端天气影响极为严重，如台风。近些年几乎每年都有一次以上的大台风，给电网的正常稳定运行带来了极大危害[1]。为了保证配网正常运行，电网工作人员加强了对配电线路及设备的日常维护保养，也提高了对产品材质的要求，但无法检验材料水平。因此，有必要建立一套用于电力设备检测的极端环境模拟技术，实现对不同的温湿度、太阳关照强度、风速、降雨强度以及降雪量等环境的模拟。

1 极端天气的模拟及实现

1.1 温湿度模拟

为了使舱内温湿度分布均匀，采用上送下回的气流组织方式。经过组空处理后的空气由风道从组空送入舱内吊顶层，吊顶采用孔板拼装，气流由吊顶孔板向下送入房间，在房间流动后从房间下部进入组空，完成循环[2]。试验箱内的温湿度模拟主要由蒸发盘管、电加热器、循环风机以及加湿蒸汽管等组成，如图1所示。

1.2 太阳光照模拟

该气候室采用长弧氙模拟太阳光。此种长弧氙灯可发出接近太阳光的全光谱灯光，配合数字电源可以调节氙灯光照功率。

长弧氙灯较卤素灯，模拟太阳光效果更佳。氙灯的成本比卤素灯高，但性能优越，亮度、色温和耐用等方面都比卤素灯好，是一种极佳的模拟太阳光源。另外，在电缆处设置有光照度变送器，可以感知电缆处阳光照射强度。

图1 温湿度模拟结构

本人工气候舱选用3 盏2.5 kW 的长弧氙灯，组装在一个长条形灯架上，该灯架置于被测电缆上方。

1.3 风速模拟

风速模拟由置于舱内的独立变频风机完成。风机箱内设置6 台同型号风机，分为上下两层，每层各有3台风机。6 台风机通过一个变频器控制风机转速，可模拟气候室风速0～7.5 m/s（连续可调）。在风机出口处设置有双层百叶出口，可以改变出风方向。在电缆旁设置有E+E 风速变送器，能够准确测量电缆处风速，并可与电脑通信。

1.4 淋雨模拟

气候室配有变频水泵、储水箱、喷淋管、喷头及回水排管。储水箱为1 m3不锈钢制品，水管出口有过滤器。变频泵采用变频器可以控制流量，可以控制降雨的强弱。气候室内喷淋管布置在气候室中部，在被试电缆正上方和水管下方接有喷淋头。模拟降雨时，落在地面雨水通过房间两端的排水孔排出。被试电缆下方设置有翻斗型雨量传感器，电脑界面可以实时在线显示降雨量。因为房间存在零下温度工况，所以喷头内残留水有冰冻的可能。此时，可以等喷头内水滴尽后再进行低温工况；可以将喷头取下，水会随即流尽；可以利用压缩空气将水管内水吹排出。

通过泵将水箱内水送至水管及喷头，用于模拟降雨。泵同样通过变频器控制泵的转速，进而可以实现不同的降雨强度。气候室管路系统设置有翻斗型雨量传感器，可以测量管路内水流量。通过实验可以确认降雨强度与流量的关系，可通过设置不同的流量实现不同的降雨强度。

水流量的调节主要是通过水泵变频。水泵变频调节水流量的原理如图2 所示。在计算机的控制软件中输入变频器频率值，数据控制系统将该数字信号传入变频器的控制端，可调节水泵电机的频率和水泵的转速，进而达到调节水流量的目的。

1.5 降雪模拟

人工仓的飘雪机采用高新前沿技术，核心配件采用美国进口配件，保证内机在运行中不漏氟、不跑气，且采用世界一流品牌的压缩机，性能稳定，坚固耐用[3]。此外，PLC 可视化操作界面方便了操作控制，设备运行参数实时在线显示，飘雪过程可全程控制，设备可连接电脑，实现远程控制，整个飘雪过程自动进行。可以通过调节风速大小改变飘雪面积，调节电缆覆雪长度，另外，可利用风力大小或制冰系统的旋转速度调节雪花大小。本设备设有完善的保温系统，有水盒自动加热系统、进水自动保温系统、低温自动保护系统（水盒里水温度下降到零度以下时，设备停止运行并自动报警）。飘雪机分为室内机和室外机，外形如图3 所示。降雪机内水管和水槽装有电加热装置，室温低于零下时会自动加热，防止水结冰，此时须保证降雪机处于通电状态。

图2 水流量调节图

图3 飘雪机室内外机

2 结 论

作为直接服务于用户的关键环节，配电网在极端天气情况下的正常运行，对保障人们生产生活、抵御灾害事故、推动社会发展具有重要意义。因此，配电网的灾害应对能力受到了人们的广泛关注。尤其沿海地区，极易受极端天气影响，因此迫切需要一种能用于电网设备材料检测的典型极端气候模拟设施。本文研究了一种可以模拟光照强度、温度、湿度、风速、降雨及降雪等气候现象的高精度冷热恒温设备，通过控制设备可模拟出不同强度的极端环境，满足电缆在不同环境下的性能测试要求，提升电力设备的材质要求，为电网稳定运行打下了坚实基础。