基于温度差值的电气设备室内环境温度智能控制方法及其装置

摘要

基于温度差值的电气设备室内环境温度智能控制方法及其装置，属于电力系统及电力用户电气设备室内环境温度智能控制技术，控制方法包括采集电气设备室内外的环境温度信号和各组冷却器运行状态信号，电气设备所有电源侧电流、电压信号，对温度信号、电流信号、电压信号进行运算处理，根据运算处理结果，控制冷却器的投入或退出运行。装置包括可编程控制器U1，温度检测器U2，电流检测器U3，电压监测器U4和冷却器状态监测器等。与现有技术相比，具有在保障电气设备安全运行可靠环境温度的前提下，智能控制冷却器序列投入或退出运行，能够实现精确控制和最佳经济运行等优点。

说明书

技术领域

基于温度差值的电气设备室内环境温度智能控制方法及其装置，属于电力系统及电力用 户电气设备室内环境温度智能控制技术，既要保证电气设备安全运行必须的温度环境，又要 使得电能损耗处于最低水平。

背景技术

户内使用的电气设备由于其导体通过电流，在自身电阻和连接部位接触电阻的作用下， 会产生能量损耗(线圈类电气设备在电磁场的作用下还会产生电磁损耗)，这些能量损耗全部 转换成热能，使电气设备各部位的温度不同程度的升高，温度升高是一个恶性循环的过程， 如不采取措施会致使电气设备的运行温度不断升高，达到或超过允许的运行温度限值，影响 设备使用效率和运行寿命，严重时会损坏设备绝缘，甚至造成电气设备烧坏，引起供电中断， 因此必须将设备发热控制在一定的范围之内。《GB763-1990交流高压电器在长期工作时的发 热》就规定了电气设备正常使用环境条件周围空气温度不高于40℃，推荐周围空气环境温度每 降低1K，电气设备负荷电流可增加额定的0.5％，但不允许超过额定负载的20％，当周围空气 温度超过40℃时(但不高于60℃)，每增加1K，应减少电流负荷1.8％；同时还规定了不同类 型的导体、电器零件、绝缘材料等的最高允许运行温度和周围空气温度超过40℃时的允许温 升。

同样的电气设备的发热程度与所带负荷大小、室内环境温度、设备健康水平等因素有关， 正常情况下通过保证电气设备工作在一定的环境温度范围内，来保障电气设备安全运行。常 规的电气设备室内环境温度控制一般是在电气设备室内安装一定数量的风扇电机或空调(以 下统称冷却器)，采用风扇加强室内外空气流动来进行散热，还有利用空调制冷保证室内合适 的温度环境的，也有靠空气自然循环的，最常见的是风扇散热方式。一般在安装电气设备的 高压室、配电室、动力电源室等的建筑墙壁上加装一定数量的风扇电机，根据室内温度值控 制风扇电机的运行。加装的冷却装置都要消耗一定的电能，其投入和切除分为手动或自动两 种模式，现在较为先进的是根据室内环境温度自动投入模式。目前的常规散热方式存在以下 缺点：1、不管电气设备运行与否，当室内温度达到整定值，就会整组把冷却装置全部强制投 入，造成设备停运状态不需要散热时，也投入了全部的风扇电机或空调，造成电能浪费。2、 当电气设备发生着火事故时，室内环境温度势必高至温度启动定值(冷却器正常运行状态下， 电气设备室内的温度一般不允许高于60℃，若温度远远高于此值，可以判定电气设备发生了 异常事故)，冷却装置仍保持在运行或被启动状态，空气流动强制加快，会扩大或加剧事故的 发展，不利于着火扑灭。3、在电气设备运行时，设备本身发热水平虽然不高，但室内环境温 度较高时，在满足电气设备运行环境温度要求的条件下，冷却装置被强制投入运行，也造成 了电能不必要的过多损耗。4、室外大气环境温度较低时，有时室内环境温度虽然尚未达到启 动定值，但电气设备自身的发热水平已经很高，消耗大量的电能，就需要进一步通过散热来 降低设备发热水平，而此时的冷却装置往往不能及时投入运行，造成运行电气设备的热点温 度过高，影响其安全运行，电气设备自身消耗的功率也往往会超过投入的冷却装置的功率消 耗，经济上极不合理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术存在的不足，提供一种通过对电气设备室内 外环境温度的实时采集，比较室内外环境温度的温度差值，以温度差值做为依据，智能控制 冷却装置的序列投入或退出运行，以期能够实现精确控制和最佳安全经济运行的基于温度差 值的电气设备室内环境温度智能控制方法及其装置。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：该基于温度差值的电气设备室内环境温度智 能控制方法，其特征在于：步骤如下：

步骤1：系统启动后首先进行自检，自检错误给出故障信号，自检正常后采集电气设备 室内外温度信号，电气设备各侧电源的电流和电压信号，冷却器工作状态；

步骤2：若电气设备室内温度高于40℃，序列投入冷却器，并循环采集数据；若电压信 号U₀＝0/电流信号I₀＝0，切断所有冷却器电源；

步骤3：根据公式ΔT＝T₁-T₂，实时计算，获取电气设备室内外的温度差值ΔT，若温度差 值ΔT超过推荐值15℃，冷却器按只序列投入运行，以降低高压设备室环境温度；若低于推 荐值10℃，冷却器按只序列退出运行；

步骤4：判断电气设备室内环境温度T₁是否高于60℃，如果是，判断是否达到设定的温 度推荐限值100℃/根据现场实际接入火灾、烟雾报警器的接点动作信号，可编程控制器综合 判断电气设备发生着火事故，冷却器控制回路动作，自动退出全部冷却器的运行，否则，投 入所有冷却器。

一种权利要求1所述的基于温度差值的电气设备室内环境温度智能控制方法的控制装 置，其特征在于：还包括可编程控制器U1，温度检测器U2，电流检测器U3，电压监测器U4 和冷却器状态监测器；温度检测器U2，电流检测器U3，电压监测器U4和冷却器状态监测器 分别连接可编程控制器U1的输入端，可编程控制器U1的输出端连接启动继电器J1及启动继 电器触点J1-1，电机启动接触器J2的线圈和熔断器FU1串联在直流电源回路上。

冷却器状态检测器包括电机启动接触器J2、热继电器J3、电机回路的电流检测器U3或电 压监测器U4，电机启动接触器触点J2-1连接可编程控制器U1的输入端，电机启动接触器触 点J2-2设置在冷却器电机M1的主电源线路上，热继电器触点J3-1连接可编程控制器U1的 输入端，热继电器J3设置在冷却器电机M1的自身电源回路上。

冷却器的状态检测器设置在各组冷却器上，温度检测器U2安装在电气设备室内外的墙壁 上，电流检测器U3和电压监测器U4分别在电气设备各侧电源的电流或电压互感器的二次线 圈上，热继电器设置在冷却器电机M1的电源回路上。

可编程控制器U1设置控制面板采用触摸屏作为人机界面。实现控制自动化、状态信息化、 显示与操作人性化。可以通过密码进入参数设置，输入电气设备室环境温度启动值，温度差 值的整定值，温度信号采集的间隔时间，及修改冷却器的运行模式，冷却器故障记录等信息。

工作原理：通过可编程控制器对不同的结构类型的电气设备、不同型式的电气设备室、 不同的用途、不同的温升要求、不同的冷却装置配置情况自行进行温度差值的数据整定，对 安装的冷却器合理编组，结合安全经济技术比较，控制冷却装置的投入或退出运行，保证运 行的电气设备随时处在安全的运行环境温度下，达到电能综合损耗处在最低水平。温度差值 的整定值大小与设备的发热水平有关，对发热水平高的电气设备需要的温度差值往往要小一 些；可以运用运行电气设备自身装设的温度传感器的指示温度或远红外测温获取的温度值， 结合环境温度值和运行经验对温度差值综合整定。

与现有技术相比，本发明的基于温度差值的电气设备室内环境温度智能控制方法及其装 置所具有的有益效果是，通过不同类型电气设备对室内环境温度的需求，针对电气设备室冷 却器的设置情况、冷却器运行状态及户外环境温度变化，通过可编程控制器实时计算电气设 备室内外温度差值，利用电气设备室内外温度差值做为判据，智能控制电气设备运行的温度 环境；通过温度差值的调整(调整定值)，优化电气设备运行的环境温度，减少冷却器的不必 要投入运行；也避免室内环境温度较低而电气设备自身发热严重时，需要降温而冷却器却不 能投入运行；使得电气设备自身发热消耗的电能与冷却器投入消耗的电能达到最佳经济状态； 同时，可编程控制器通过对电气设备室过高温度限值的设定，初步分析判断电气设备是否发 生着火事故，自动退出冷却器运行，控制事故范围；通过对电气设备是否运行的判断，确定 冷却器是否投入，防止了设备在停运状态而冷却器仍在运行，造成电能无为损耗。能够实现 精确控制和最佳经济运行，节约大量能源。

附图说明

图1是本发明的电气原理逻辑图；

图2是本发明的控制方法流程图；

图3是本发明的实施例1电路原理图。

图1-3中：U1、可编程控制器U2、温度检测器U3、电流检测器U4、电压监测器J1、 启动继电器J1-1、启动继电器触点J2、电机启动接触器J2-1、J2-2电机启动接触器触 点M1、冷却器电机FU1、熔断器J3、热继电器J3-1、热继电器触点J4-1、烟雾报 警器动作接点。

具体实施方式

下面结合附图1-3对本发明的实施例做进一步描述：

如图3所示：

本发明的基于温度差值的电气设备室内环境温度智能控制装置，包括室内电气设备和电 气设备室内安装的冷却器、可编程控制器U1，温度检测器U2，电流检测器U3，电压监测器 U4和冷却器状态监测器；温度检测器U2，电流检测器U3，电压监测器U4和冷却器状态监测 器分别连接可编程控制器U1的输入端，可编程控制器U1的输出端连接启动继电器J1，启动 继电器触点J1-1、电机启动接触器J2的线圈和熔断器FU1串联在直流电源回路上。

冷却器状态检测器包括电机启动接触器J2、热继电器、电机回路的电压或电流检测器， 电机启动接触器触点J2-1连接可编程控制器U1的输入端，电机启动接触器触点J2-2设置在 冷却器电机M1的主电源线路上，热继电器触点J3-1连接可编程控制器U1的输入端。

冷却器状态检测器设置在各组冷却器上。温度检测器U2安装在电气设备室内外的温度传 感器上，电流检测器U3和电压监测器U4设置在电气设备所有电源测的电流互感器或电压互 感器的二次回路上。热继电器J3设置在冷却器电机M1附近的自身电源回路上。

根据需求可编程控制器可以连续和控制多组冷却器。

可编程控制器U1设置控制面板采用触摸屏作为人机界面。实现控制自动化、状态信息化、 显示与操作人性化。可以通过密码进入参数设置，输入电气设备室环境温度启动值，温度差 值的整定值，温度信号采集的间隔时间，及修改冷却器的运行模式，冷却器故障记录等信息。

工作过程：电气设备室内冷却器工作状态，主要包括：风扇电机启动接触器J2、热继电 器J3、自身电源回路的电流或电压，直接以空节点的形式接入可编程控制器U1。电气设备室 内外温度信号和电气设备各侧电流或电压信号，经过其对应的检测器转换为数字信号后，通 过串行通讯接口接入可编程控制器U1。可编程控制器U1经过智能判断，通过启动继电器J1 输出控制信号，经电机启动接触器J2控制电气设备室风扇电机的投入和退出运行。

如图1所示：

本发明的电气原理逻辑图，以电气设备室安装风扇电机结构的冷却器举例说明。

首先采集电气设备室内外的温度信号，电气设备各侧电源的电压和电流信号，进行计算 对比分析，根据运算处理结果发出命令，控制冷却器控制回路的动作，由冷却器控制回路退 出或投入某组或某只冷却器，各组冷却器运行状态信号，经过状态分析处理后，发出故障信 号。

工作原理：通过可编程控制器对不同的结构类型的电气设备、不同的型式的电气设备室、 不同的用途、不同的温升要求、不同的冷却装置配置情况自行进行数据整定，对安装的冷却 器合理编组，结合安全经济技术比较，以温度差值作为定值控制冷却器的投入或退出运行， 保证运行的电气设备随时处在安全的运行环境温度下，达到综合电能损耗处在最低水平。

可编程控制器采集电气设备室内外的温度信号，采集运行中电气设备各侧电流或电压信号 和各组冷却器的运行状态信号，对温度信号、电流信号、电压信号和状态信号进行运算处理， 根据运算处理结果，控制冷却器的退出和投入运行。温度运算处理是根据ΔT＝T₁-T₂，实时计 算电气设备室内外的温度差值，其中ΔT为电气设备室内外的温度差值，T₁为电气设备室内部 的环境温度，T₂为电气设备室外部的自然环境温度。

整定电气设备室内外的温度差值，可编程控制器按定值发出命令，冷却器控制回路动作， 若温度差值超过15℃(推荐值)，冷却器按只序列投入运行，以降低高压设备室环境温度；若 低于10℃(推荐值)，冷却器按只序列退出运行。

电气设备室内环境温度(T₁)达到设定的温度限值(100℃作为推荐值)，可编程控制器判 断电气设备发生着火事故，冷却器控制回路动作，自动停止全部冷却器的运行；

电气设备电源侧电压或电流值为零，判断电气设备在停运状态，冷却器控制回路动作， 自动停止全部冷却器的运行。

可编程控制器通过采集冷却器继电器的动作电流或其回路电流、电压信号，分析判断其 状态，若电源或电机异常，发出故障异常信号。

通过可编程控制器自行整定时间，轮换冷却器运行模式，冷却器的投入和退出运行可以 自行分配，以提高风扇电机的整体使用寿命。

根据电气设备室内外的环境温度的分析，按照《GB763-1990交流高压电器在长期工作时 的发热》的规定，保证电气设备室环境温度较高时，冷却器全部投入运行。防止室内环境温 度过高而损坏设备。

可编程控制器面板采用触摸屏作为人机界面，实现控制自动化、状态信息化、显示与操作 人性化。可以通过密码进入参数设置，输入电气设备室环境温度启动值，温度差值的整定值， 温度信号采集的间隔时间，及修改冷却器的运行模式，冷却器故障记录等信息。

如图2所示：

本发明的智能控制方法，具体步骤如下：

步骤1：系统启动后首先进行自检，自检错误给出故障信号，自检正常后采集电气设备 室内外温度信号，电气设备各侧电源的电流和电压信号，冷却器工作状态；

步骤2：若电气设备室内温度高于40℃，序列投入冷却器，并循环采集数据；若电压信 号U0＝0，切断所有冷却器；

步骤3：根据ΔT＝T₁-T₂，实时计算，获取电气设备室内外温度差值ΔT，若温度差值ΔT 超过推荐值15℃，冷却器按只序列投入运行，以降低高压设备室环境温度；若低于推荐值10 ℃，冷却器按只序列退出运行；

步骤4：判断电气设备室内环境温度T₁是否高于60℃，如果是，判断是否达到设定的温 度推荐限值100℃，可编程控制器判断电气设备发生着火事故，冷却器控制回路动作，自动退 出全部冷却器的运行，如果不是，投入所有冷却器；

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟 悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施 例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简 单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。