典型極端天氣環(huán)境的模擬技術(shù)研究

楊志義 諸曉穎

摘要：極端天氣給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來重大影響，為了解及分析不同設(shè)備材料受到不同環(huán)境的影響情況，本文設(shè)計(jì)一套不同極端環(huán)境模擬技術(shù)，可以模擬光照強(qiáng)度、溫度、濕度、風(fēng)速、降雨、起霧及降雪的控制等氣候現(xiàn)象，模擬一種理想的人工環(huán)境，通過控制設(shè)備可模擬出不同強(qiáng)度的極端環(huán)境，滿足電纜在不同環(huán)境下的性能測(cè)試要求，提升電力設(shè)備的材質(zhì)要求，為電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？蓾M足相關(guān)產(chǎn)品的研究與測(cè)試等要求。

關(guān)鍵詞：極端環(huán)境;環(huán)境模擬;電力設(shè)備

引言

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，如何在現(xiàn)有資源儲(chǔ)備下保證充足的電力供應(yīng)已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新的重點(diǎn)。借助電力工程技術(shù)，建設(shè)智能電網(wǎng)以降低生產(chǎn)和輸電過程中的成本和電力資源損失，確保供電效率，已成為解決發(fā)展矛盾的主要策略之一，電網(wǎng)工程的主要問題是如何應(yīng)對(duì)雨雪的極端環(huán)境，當(dāng)冰雪，雨雪，雨雪等極端環(huán)境發(fā)生時(shí)，許多省份的電力系統(tǒng)運(yùn)行受到嚴(yán)重影響。輸電線路，輸電塔，變電站和高壓開關(guān)上的冰雪凝結(jié)，導(dǎo)致系統(tǒng)短路。不堪重負(fù)的輸電塔坍塌，電線斷裂，導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)嚴(yán)重受損。因此，有必要建立一套極端天氣的模擬實(shí)驗(yàn)室，通過模擬不同的極端環(huán)境，來檢測(cè)電網(wǎng)設(shè)備材料性能，一方面有助于事先選擇合適的產(chǎn)品，另一方面通過對(duì)線纜或設(shè)備在不同氣候下的使用狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，可使運(yùn)行人員全面掌握其工作狀況，在必要時(shí)結(jié)合實(shí)際氣候情況提出檢修計(jì)劃，避免或減少故障的發(fā)生，提高供電系統(tǒng)安全性、可靠性，從而促進(jìn)供電企業(yè)增收節(jié)支，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1不同功能的模擬

本文主要設(shè)計(jì)一種可以模擬光照強(qiáng)度、溫度、濕度、風(fēng)速、降雨、起霧及降雪的控制等氣候現(xiàn)象的高精度的冷熱恒溫設(shè)備，提供一種理想的人工氣候室環(huán)境，以滿足客戶進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域的研究、測(cè)試等要求。其工作原理是在氣候艙內(nèi)安裝溫度、濕度和風(fēng)速傳感器等檢測(cè)設(shè)備，來對(duì)溫度、濕度和風(fēng)速進(jìn)行檢測(cè)，然后將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送到控制系統(tǒng)并進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，根據(jù)處理的結(jié)果來控制制冷、制熱設(shè)備、加濕、除濕設(shè)備、淋雨設(shè)備、造雪設(shè)備和風(fēng)機(jī)設(shè)備的工作狀態(tài)，從而達(dá)到精確控制人工氣候艙體內(nèi)部的溫度、濕度和風(fēng)速等參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)客戶對(duì)環(huán)境的需求。

1.1溫度、濕度和風(fēng)速控制模塊

該模塊由制冷機(jī)組、蒸發(fā)器、加濕器、加熱管、鋁合金風(fēng)道、空調(diào)風(fēng)機(jī)等實(shí)現(xiàn)室內(nèi)制冷和升溫，由溫控儀控制加熱管對(duì)室內(nèi)加熱，雙方通過無超調(diào)PID算法共同完成室內(nèi)溫度的精確控制，并通過控制設(shè)備完成對(duì)加熱、壓機(jī)和風(fēng)機(jī)的手動(dòng)或自動(dòng)控制。由加濕、除濕器配合控制實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)室濕度控制。

型式試驗(yàn)室風(fēng)道設(shè)計(jì)為左右水平風(fēng)，兩側(cè)為中央離散風(fēng)口（送風(fēng)道及回風(fēng)道放置于實(shí)驗(yàn)室的頂部，采用吊裝結(jié)構(gòu)）、回風(fēng)為單面風(fēng)口的形式，進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)共用風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，構(gòu)成閉環(huán)風(fēng)路以確保試驗(yàn)室溫濕度控制。采用制冷機(jī)組、蒸發(fā)器、空調(diào)風(fēng)機(jī)通過鋁合金回風(fēng)道實(shí)現(xiàn)型式試驗(yàn)室室內(nèi)溫度制冷。采用2組SR93系列的帶無超調(diào)PID算法的溫控表，通過溫控表分別控制不銹鋼加熱管進(jìn)行加熱，并與制冷設(shè)備聯(lián)合實(shí)現(xiàn)0～60℃的溫度控測(cè)范圍及不低于±0.5℃的控制精度;溫度、濕度、制冷的控制主要由PLC控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

風(fēng)數(shù)模擬由變頻風(fēng)機(jī)完成，風(fēng)機(jī)風(fēng)量不低于8000m³/h.機(jī)通過變頻器可以控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。可模擬實(shí)驗(yàn)室風(fēng)速0～7.5m/s（連續(xù)可調(diào)）。

1.2降雨降雪和起霧模塊

降雨功能較為簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)室配有變頻水泵和儲(chǔ)水箱、水管及回水槽?；厮塾伤芙尤雰?chǔ)水箱，水管出口有過濾器。變頻泵采用變頻器可以控制流量，如此可以控制降雨的強(qiáng)弱。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)水管布置在實(shí)驗(yàn)室頂部，均勻分布，水管下方接有噴淋頭。模擬降雨時(shí)，雨滴由地面四周回水槽到儲(chǔ)水箱。

造雪的原理是來自水泵的高壓水與來自空氣壓縮機(jī)的高壓空氣在雙流噴嘴處混合形成細(xì)水霧，利用壓縮空氣體積膨脹帶走熱量和室內(nèi)冷卻空氣冷卻形成降雪?？諝鈮嚎s機(jī)用來產(chǎn)生壓縮空氣，變頻水泵提供水量，將壓縮空氣和水流提供給雙流噴嘴箱，噴嘴箱產(chǎn)生細(xì)顆粒水霧（平均粒徑20微米），在冷空氣下形成降雪。

噴嘴箱內(nèi)含有多個(gè)雙流噴嘴，雙流噴嘴含有氣路接口和水路接口。壓縮空氣和水流在噴嘴口混合噴出，壓縮空氣將水流打碎，形成細(xì)小顆粒水霧，雙流噴嘴結(jié)構(gòu)可見下圖1：

1.3光照模擬模塊

采用短弧氙燈加濾光片模擬太陽(yáng)光。此種短弧氙燈可發(fā)出接近太陽(yáng)光的全光譜的燈光，配合濾光片可模擬太陽(yáng)光。此種燈電流可以調(diào)節(jié)，可以控制等輸出，可控制光照強(qiáng)度1500～6000全光譜鹵素太陽(yáng)燈連續(xù)可調(diào)，短弧氙燈較鹵素?zé)舳阅M太陽(yáng)光效果更佳。氙燈的成本比鹵素?zé)舾?，但性能?yōu)越，亮度、色溫和耐用等方面氙燈都比鹵素?zé)艉谩?/p>

通過以上功能的模擬，基本能模擬出不同的極端環(huán)境，詳細(xì)功能如表1所示。

2結(jié)束語(yǔ)

作為直接服務(wù)于用戶的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，配電網(wǎng)在極端天氣情況下的正常運(yùn)行，對(duì)保障人們生產(chǎn)生活、抵御災(zāi)害事故、推動(dòng)社會(huì)發(fā)展具有重要意義，配電網(wǎng)的災(zāi)害應(yīng)對(duì)能力由此受到了廣泛的關(guān)注。尤其沿海地區(qū)，極容易受極端天氣影響，因此迫切需要一種能用于電網(wǎng)設(shè)備材料檢測(cè)的典型極端氣候模擬設(shè)施，本文研究了一種可以模擬出光照強(qiáng)度、溫度、濕度、風(fēng)速、降雨及降雪等氣候現(xiàn)象的高精度冷熱恒溫設(shè)備，通過控制設(shè)備可模擬出不同強(qiáng)度的極端環(huán)境，滿足電纜在不同環(huán)境下的性能測(cè)試要求，提升電力設(shè)備的材質(zhì)要求，為電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。