摘要：簡述電網環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，持續的低溫雨雪冰凍造成電網大面積倒塔斷線，13個省(區、市)輸配電系統受到影響，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500千伏電網基本癱瘓。停電給鐵路、交通運輸造成嚴重影響，給國民經濟發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

　　國家電網武漢特高壓試驗基地環境氣候試驗室 (以下簡稱氣候試驗室)是國家電網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及試驗電源系統組成。

　　(1)實驗室罐體為：直徑21m、高25m，拱頂平底，內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、制冷系統通風管道、真空系統抽真空和破壞真空管道、噴水覆冰系統水管、觀察窗等裝置。

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

　　(3)試驗電源系統滿足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 制冷系統設計

　　a) 特高壓基地環境氣候實驗室技術要求

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

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

　　噴水覆冰：保證8h內(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厚聚氨酯現場噴涂發泡工藝，內表面采用0.5mm波形鍍鋁鋅鋼板，內框架與外圍護結構采用絕熱構件聯接固定。

　　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內將室內地面、內壁、試驗品等從常溫降至試驗溫度所需負荷。經計算，機械負荷為294KW。

　　d) 設計方案

　　制冷機采用并聯氟利昂壓縮冷凝機組，蒸發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定，溫度盡量一致，冷風機采用送風管和送風口造成穩定流場。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測參數并控制設備。

　　3 人工污穢試驗起霧系統

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

　　4 通風系統

　　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，墻外側設電動密閉式蝶閥，墻內側設電動保溫翻板閥。

　　5 真空系統

　　抽真空系統主要由兩臺主泵和一臺維持泵組成。在30min內使罐體壓力從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

　　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，兩側對噴。

　　覆冰試驗時，試驗環境溫度已經達到-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溫度的情況下模擬自然融冰，當時電氣專業擬采用大型燈直接照射覆冰絕緣子融冰，實施過程中發現較難實現，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，經與建設單位協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境氣候試驗對高壓輸變電設備研究具有重要意義，本環境氣候試驗室的建設受到國家有關部門及國家電網公司的高度重視，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年完工并已完成調試工作，交付國家電網公司使用，經2年使用情況，各項技術指標均滿足要求，為國家電網特高壓輸變電試驗提供有力保證。