微正压敞开式GIS安装洁净棚系统设计

摘"要：针对GIS安装对空气洁净度要求高、安装质量难以控制等问题，本文设计了一种微正压敞顶式多变空间洁净棚系统。该系统集成了温度控制、湿度调节以及空气净化等多重功能于一体，既保证了内部空间的洁净度，又优化了整体布局。经现场应用表明：此系统具备出色的适应性，能够灵活满足不同尺寸GIS的安装需求，同时在安装环境中实现了空气质量达到十万级无尘级别的卓越标准，为GIS的安装提供了洁净、稳定的环境保障。

关键词：洁净棚；GIS设备；温度控制；湿度调节；空气净化

随着电力行业的快速发展和电网规模的不断扩大，气体绝缘开关设备（GIS）在电力系统中得到了广泛应用［1］。GIS设备以其独特的优势，如占地面积小、维护方便、运行可靠等，逐渐成为电力系统中不可或缺的重要组成部分。然而，GIS设备的安装对环境洁净度要求较高，任何微小的尘埃或颗粒物都可能对设备的正常运行造成潜在威胁［2］。统计结果表明［3］，GIS设备的大部分故障发生在投运一年以内，引起故障的原因如图1所示，施工中的防尘抑尘措施不到位是造成GIS设备发生故障的主要因素。因此，提升GIS安装空间的空气洁净度，是保障GIS设备安装质量、降低故障发生概率的主要手段。

吕阳［3］以青海某750kV变电站GIS为例，提出了六级防尘措施施工方案来保障GIS安装质量。吴学增［4］设计了移动式铠甲挂装防尘棚，基本解决了GIS安装受户外环境影响大的问题。刘亚骑等［5］结合GIS现场安装条件，设计出了一套智慧充气式防尘棚，主要包括充气式防尘棚和净化装置两大组成部分。然而，这两种类型作业棚的作业空间较小，起重设备工作不便，易出现空气质量不达标、微水超标、杂质气体含量不合格、细小颗粒或灰尘含量大等问题。因此，有必要结合现有技术路线的优点，设计一种结构简单、安装方便、防尘抑尘效果显著的新型洁净棚系统。

在深入剖析现有技术的利弊之后，我们精心构思了一种微正压敞顶式多变空间洁净棚系统。该系统集成了温度控制、湿度调节以及空气净化等多重功能于一体的空气质量净化系统，这一系统安置于棚外，既保证了内部空间的洁净度，又优化了整体布局。此系统具备出色的适应性，能够灵活满足不同尺寸GIS的安装需求，同时在安装环境中实现了空气质量达到十万级无尘级别的卓越标准，为GIS的安装提供了洁净、稳定的环境保障。以期为相关工程实践提供有益的参考和借鉴。

1"功能需求分析

GIS安装洁净棚的主要功能在于为GIS设备的安装过程提供一个洁净、无尘的环境，以保障设备的安装质量和运行安全。具体来说，洁净棚需要满足以下几个方面的功能需求。

1.1"高效的空气净化功能

GIS设备对安装环境的洁净度有着极高的要求，任何微小的尘埃或颗粒物都可能对设备的正常运行造成潜在威胁。因此，洁净棚必须配备高效的空气净化系统，通过过滤、吸附等手段去除空气中的尘埃、颗粒物和微生物等污染物，确保内部空气洁净度达到GIS设备安装的要求。

1.2"精确的温湿度控制功能

GIS设备的性能和稳定性受到环境温湿度的影响较大，过高或过低的温度及湿度波动都可能对设备的正常运行产生不利影响。因此，洁净棚需要配备精确的温湿度控制系统，能够根据环境条件和GIS设备的需求自动调节内部环境的温湿度，使设备保持在最佳的工作状态。

1.3"良好的密封性和防护功能

洁净棚作为一个封闭的空间，必须具备良好的密封性和防护功能，以防止外部环境中的污染物进入内部。这要求洁净棚的围护结构应采用防尘、防静电、防辐射等特殊材料构建，并确保各个接口和缝隙的密封性良好。同时，洁净棚还应具备防止人员和设备进出时带入污染物的措施。

1.4"实时监测与报警功能

为了方便对洁净棚内部环境的实时监控和管理，应设置监测系统，包括粉尘度监测、温湿度监测等。这些监测系统能够实时反馈洁净棚内部的环境参数，当环境参数超出设定范围时，系统应能自动报警，提醒操作人员及时采取措施进行调整。

2"系统设计

本系统主要由洁净棚主体结构、空气净化系统、温度控制系统、湿度控制系统等组成。图2为系统的示意图。

2.1"空气净化系统

空气净化系统是洁净棚的核心组成部分，其主要功能是去除空气中的尘埃、颗粒物和微生物等污染物。该系统由空调装置、除湿装置、空气净化装置、出风口、回风口和送风管组成。空气净化装置采用特殊材料制成，能够有效拦截空气中的微小颗粒；空气循环装置则负责将经过过滤的空气均匀分布到洁净棚内的各个角落；排风设备则负责将棚内的污浊空气排出，保持内部环境的清新。

2.2"温湿度控制系统

温湿度控制系统是保障GIS设备在适宜环境下运行的关键，该系统主要由空调机组、加湿器和温湿度传感器等组成。空调机组负责调节洁净棚内的温度，通过制冷或制热功能使环境温度保持在设定范围内；加湿器则负责调节湿度，通过向空气中加入适量的水蒸气来保持湿度的稳定；温湿度传感器则实时监测棚内的温湿度变化，并将数据反馈给控制系统，以便进行精确调节。

在温湿度控制系统的设计中，需要考虑设备的选型、容量和布局等因素，以满足洁净棚内部环境的实际需求。同时，还应关注系统的节能性和稳定性，以降低运行成本并提高使用寿命。

2.3"洁净棚主体结构

洁净棚主体由不锈钢骨架、PVC密封帘等组成，如图3所示。不锈钢框架设计为模块化配件，可在安装现场进行装配，实现便捷运输与快速安装，解决了目前洁净棚运输不灵活的问题。防护结构采用PVC密封帘，其主要作用是防止外部环境中的污染物进入内部。防护结构通常采用防尘、防静电、防辐射等特殊材料构建，具有良好的密封性和防护性能。在防护结构的设计中，需要关注材料的选择、接口的密封性以及结构的稳定性等方面，以确保其能够有效地隔绝外部污染物。

此外，为了方便人员进出和设备运输，防护结构还应设置合理的开启和关闭方式，如采用自动门或滑动门等形式。同时，还应在防护结构上设置观察窗或摄像头等设备，以便于实时监测洁净棚内部的情况。

2.4"监测与报警系统

监测与报警系统是对洁净棚内部环境进行实时监测和管理的重要手段。该系统主要由粉尘度监测仪、温湿度传感器、报警装置等组成。这些设备能够实时采集洁净棚内部的环境参数，并通过数据处理和分析，判断环境是否满足GIS设备安装的要求。当环境参数超出设定范围时，报警装置会发出警报信号，提醒操作人员及时采取措施进行调整。

在监测与报警系统的设计中，需要关注设备的选型、精度和可靠性等方面，以确保其能够准确反映洁净棚内部的环境状况。同时，还应建立完善的数据记录和分析机制，以便于对洁净棚的运行状态进行长期跟踪和评估。

2.5"控制模块设计

为了实现自动、精确的控制，上位机软件需要对STM32中央处理下发指令，通过STM32对各个控制模块进行调节或者启停。在程序设计中，程序启动后，先进行温湿度传感器、压力传感器、空气质量传感器、采集模块、调节器设备等相关设备的初始化和接入。基于程序的健康性和操作的安全性考虑，在进行下一步操作前，设备状态的检查是必需的。设备状态正常接入后，通过展示窗口，引导客户通过界面操作，便于下一步操作。

温湿度传感器、压力传感器、空气质量传感器程序开发环境为Windows或Linux，用C语言进行编程、用Web构建用户界面，使用MySQL数据库开存储数据，通过队列消息实现实时报警通知功能并上传到运算控制芯片，和设定值进行对比确定是否启动空气质量处理系统。考虑传感器的时漂和零漂，系统除了硬件补偿修改外，对监测到的数据结合传感器的参数使用线性修正和二次方程修正，流程如图4所示。

控制系统采用PID控制算法，其原理如图5所示。PID控制是一种线性控制，它将给定值r（t）与实际输出值y（t）的偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合形成控制量，对被控对象进行控制，表达式见下式所示：

u（t）=Kpe（t）+1Ti∫t0E（t）dt+Tdde（t）dt

式中，e（t）是控制的输入，即偏差，e（t）=R（t）-y（t），是被控量与给定值的偏差；u（t）是控制的输出；Kp是比例系数；Ti是积分时间常数；Td是微分时间常数。

3"结论

本文旨在解决GIS设备在安装过程中因防尘抑尘措施不足而频繁发生故障的问题，为此提出了一种微正压敞顶式多变空间洁净棚系统的设计构想。该设计将空气净化、温湿度控制、实时监测与报警等多项功能融为一体，旨在为GIS设备的安装工作提供一个洁净且稳定的环境保障。这一新型洁净棚系统的设计特色在于结构简洁、安装便捷，采用模块化设计，不仅方便运输与安装，还集成了高效的空气净化系统和精确的温湿度控制系统，从而确保GIS设备安装环境的洁净度和温湿度始终处于最佳状态。此外，系统还配备了实时监测与报警功能，能够即时反馈洁净棚内部的环境参数，一旦环境参数超出预设范围，系统将自动触发报警机制，提醒操作人员迅速采取相应措施进行调整。

参考文献：

［1］刘靖羽.GIS设备现场安装工艺和质量控制要点［J］.电工电气，2023（08）：5560.

［2］陈学斌.变电站GIS安装技术分析［J］.集成电路应用，2023，40（09）：414415.

［3］吕阳.750kVGIS安装的六级防尘措施研究［J］.机电信息，2020（26）：8384.

［4］吴学增.针对GIS安装环境的移动式铠甲挂装防尘棚设计及应用［D］.北京：华北电力大学，2018.

［5］刘亚骑，张成，魏永乐，等.智慧充气式防尘棚在GIS无尘化安装中的应用［J］.山东电力技术，2023，50（12）：8488.

作者简介：刘国彪（1977—"），男，汉族，广东东莞人，本科，工程师，研究方向：电力工程施工技术。