摘要：簡述電網(wǎng)環(huán)境氣候試驗室設計制冷、通風、抽真空、起霧的設計方案及需注意的節(jié)點。

　　關鍵詞：超特高壓試驗,氣候試驗室,噴水覆冰,抽真空,污穢試驗(起霧)

　　1引言

　　2008年1月中國南方的一場冰雪災害，持續(xù)的低溫雨雪冰凍造成電網(wǎng)大面積倒塔斷線，13個省(區(qū)、市)輸配電系統(tǒng)受到影響，170個縣(市)的供電被迫中斷，3.67萬條線路、2018座變電站停運，110千伏至500千伏線路倒塔8868基，貴州500千伏電網(wǎng)基本癱瘓。停電給鐵路、交通運輸造成嚴重影響，給國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活帶來巨大損失。國家急需針對特高壓設備在不同環(huán)境條件下性能及抗擊自然災害能力的試驗研究。

　　1 概況

　　國家電網(wǎng)武漢特高壓試驗基地環(huán)境氣候試驗室 (以下簡稱氣候試驗室)是國家電網(wǎng)公司對特高壓輸變電設備(1000kV及以下交流、直流輸變電設備)進行人工污穢試驗、高海拔(抽真空)試驗、覆冰和融冰試驗的大型試驗室，由中國聯(lián)合工程公司設計及施工總承包。

　　氣候試驗室由實驗室罐體和保障系統(tǒng)及試驗電源系統(tǒng)組成。

　　(1)實驗室罐體為：直徑21m、高25m，拱頂平底，內(nèi)襯保溫層的鋼筋混凝土結構。罐體上設置1000kV高壓穿墻套管裝置、制冷系統(tǒng)通風管道、真空系統(tǒng)抽真空和破壞真空管道、噴水覆冰系統(tǒng)水管、觀察窗等裝置。

　　(2)保障系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、噴水覆冰系統(tǒng)、人工污穢試驗系統(tǒng)、試驗測量與自動控制系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)組成。

　　(3)試驗電源系統(tǒng)滿足GB/T 4585-2004和IEC 60507：1991對試驗電源的要求，由交流試驗電源和直流試驗電源兩部分組成，由特高壓基地提供11kV電源。

　　2 制冷系統(tǒng)設計

　　a) 特高壓基地環(huán)境氣候?qū)嶒炇壹夹g要求

　　采用制冷機制冷方案，工作工況下，罐體內(nèi)上下溫差≤±2.5K，保證氣流和溫度穩(wěn)定，滿足帶電覆冰要求，能協(xié)同噴水覆冰系統(tǒng)完成覆冰試驗。

　　模擬最低環(huán)境溫度-19℃;第一次降溫24h內(nèi)由常溫到達設定溫度-19℃，試驗過程中降溫4h內(nèi)達到-19℃。

　　噴水覆冰：保證8h內(nèi)(包括4h的降溫準備)不同型號整串絕緣子在不同情況下形成冰橋。

　　保溫性能要求在達到工作溫度后，停機工況下，溫度變化量≤5K/h。

　　b) 試驗罐體保溫及地面保溫做法

　　罐體采用175mm厚聚氨酯現(xiàn)場噴涂發(fā)泡工藝，內(nèi)表面采用0.5mm波形鍍鋁鋅鋼板，內(nèi)框架與外圍護結構采用絕熱構件聯(lián)接固定。

　　地面采用200mm擠塑板，運送臺車軌道敷設在枕木上。

　　c) 負荷計算

　　按冷庫負荷計算方法，由于為間歇工作，考慮每次試驗要在24h內(nèi)將室內(nèi)地面、內(nèi)壁、試驗品等從常溫降至試驗溫度所需負荷。經(jīng)計算，機械負荷為294KW。

　　d) 設計方案

　　制冷機采用并聯(lián)氟利昂壓縮冷凝機組，蒸發(fā)冷凍設備采用非標吊頂式冷風機。由于試驗罐體高度25m，為保證空間上下氣流穩(wěn)定，溫度盡量一致，冷風機采用送風管和送風口造成穩(wěn)定流場。為配合噴水覆冰，采用一臺送風機和送風管道，沿噴水管條縫送風，加速結冰。

　　e) 控制

　　可現(xiàn)場控制與集中遙控，測控一體化，并具有樓控接口，可在集中控制主機上監(jiān)測參數(shù)并控制設備。

　　3 人工污穢試驗起霧系統(tǒng)

　　常溫下產(chǎn)霧，保證試驗品表面水汽凝結，15min內(nèi)，空間充滿霧。采用1套高壓微霧加濕產(chǎn)霧系統(tǒng)，最大流量600kg/h，微霧加濕系統(tǒng)加濕效率高，為100%;加濕速度快，可迅速實現(xiàn)滿霧;微霧霧徑小，僅3～5μm;節(jié)能，安全可靠。室內(nèi)濕度控制及噴霧量可根據(jù)室內(nèi)濕度敏感元件控制變頻調(diào)節(jié)，室內(nèi)相對濕度設定90%±5℃。

　　4 通風系統(tǒng)

　　考慮人員進入需新鮮空氣以及完成人工污穢試驗后迅速(20～30min)排除水霧，設置機械排風，補風從門自然進風。主要問題是排風管考慮冷橋問題和負壓密閉問題，排風管采用保溫，墻外側(cè)設電動密閉式蝶閥，墻內(nèi)側(cè)設電動保溫翻板閥。

　　5 真空系統(tǒng)

　　抽真空系統(tǒng)主要由兩臺主泵和一臺維持泵組成。在30min內(nèi)使罐體壓力從102.3kPa下降至50.0kPa(絕對壓力);維持泵用來抽取罐體的漏氣量，維持罐體內(nèi)的真空度。

　　破壞真空裝置采用兩根DN200與罐體直接連接的管子，管子上裝有氣動高真空蝶閥。

　　穿墻管道密封做法：

　　6 噴水覆冰系統(tǒng)

　　帶電覆冰：絕緣子固定在實驗室里，噴嘴對稱布置在實驗室罐壁上，兩側(cè)對噴。

　　覆冰試驗時，試驗環(huán)境溫度已經(jīng)達到-19℃，噴嘴孔徑很小，很可能會結冰堵塞而不能正常工作，因此必須用電加熱絲消除冰堵，直接將電加熱絲綁在噴嘴上。

　　下圖為絕緣子覆冰狀況：

　　7 存在問題

　　設計時考慮在不大幅度提高室內(nèi)溫度的情況下模擬自然融冰，當時電氣專業(yè)擬采用大型燈直接照射覆冰絕緣子融冰，實施過程中發(fā)現(xiàn)較難實現(xiàn)，其一，光線照射能量隨距離衰減很快，帶電融冰又不允許靠近;其二，融冰時大量水霧，使能量衰減更快;其三，國內(nèi)難以找到遠距加熱燈光。若采用大功率遠距激光，制造周期長造價高，經(jīng)與建設單位協(xié)商采用自然氣流帶電融冰。即開啟排風，利用室外高溫氣流融冰及不帶電情況下電熱風融冰。

　　8 結語

　　特高壓輸變電設備環(huán)境氣候試驗對高壓輸變電設備研究具有重要意義，本環(huán)境氣候試驗室的建設受到國家有關部門及國家電網(wǎng)公司的高度重視，設計前期及施工中遇到較多技術難題，通過公司組織技術攻關，2007年順利通過國家電網(wǎng)公司組織的技術論證并完成設計，工程已于2008年完工并已完成調(diào)試工作，交付國家電網(wǎng)公司使用，經(jīng)2年使用情況，各項技術指標均滿足要求，為國家電網(wǎng)特高壓輸變電試驗提供有力保證。