基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及变电站二次设备布置系统的【技术领域】，特别涉及一种基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统。包括自然换热的热源系统和地源热泵的换热系统两种方式；所述的自然换热的热源系统为地下设置的换热管道，按不同变电站规模及换热性能要求其形式包括竖井式、U型管式、管道式；地源热泵的换热方式是在多个设备屏柜底部连接地能换热管道，各地能换热管道为联通式结构；地能换热管道上连接的地源热泵与空调末端通过空调末端换热管道连接，空调末端换热管道另端与设备屏柜相连接。
【专利说明】基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及变电站二次设备布置系统的【技术领域】，特别涉及一种基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统。
【背景技术】
[0002]变电站二次设备的运行环境温度及散热问题是影响设备安全可靠运行的重要因素之一。由于户外运行环境较为恶劣，通常不满足二次设备运行要求，因此需采用设立专门的保护小室、设置暖通系统及在设备屏柜内加装驱潮加热装置等对设备运行温度加以控制。这些技术存在造价成本高、温控系统可靠性对二次设备运行造成影响、加热方式为局部加热，温度调节效果不理想等缺点，无法适应保护装置等二次设备的就地下放。
【发明内容】
[0003]为解决上述现有技术中存在的运行环境温度对二次设备运行可靠性造成影响的技术问题，本实用新型提供了一种基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统。本实用新型是采用以地热源对设备运行环境温度进行控制的系统，目的是通过自然换热或地源热泵等方式从地下环境交换出所需冷量或热量，为变电站二次设备提供稳定的运行环境温度，可有效解决各种不同气候地域下由运行环境引起的的变电站二次设备可靠性问题。
[0004]本实用新型是通过以下技术方案来实现实用新型目的:
[0005]基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统，包括自然换热的热源系统和地源热泵的换热系统两种方式；所述的自然换热的热源系统为地下设置的换热管道，按不同变电站规模及换热性能要求其形式包括竖井式、U型管式、管道式；所述的地源热泵的换热方式是:在多个设备屏柜底部连接地能换热管道，各地能换热管道为联通式结构；地能换热管道上连接有地源热泵；地源热泵与空调末端通过空调末端换热管道进行连接，空调末端换热管道的另一端与设备屏柜相连接。
[0006]所述的竖井式热源是在设备屏柜下部按间隔分别设置换热竖井，换热竖井内壁设有竖井式换热管道，换热管接口与设备屏柜底部相连接，竖井式换热管道的顶端设有换热管接口，换热管接口端设有环境监测及通风装置。
[0007]所述的U形管式热源是设有两个设备屏柜，U型管式换热管道的两个换热管接口分别连接在两个设备屏柜下部，两个换热管接口端分别设有环境监测及通风装置。
[0008]所述的管道式热源是设有多个设备屏柜，联通式的管道式换热管道通过换热管接口与各设备屏柜相连，各换热管接口处设有环境监测及通风装置。
[0009]所述的设备屏柜外部设绝热层，设备屏柜与换热管道接口处设有防护罩。
[0010]本实用新型的优点及有益效果是:
[0011]本实用新型由于采用地热源作为变电站二次设备温控方式，具有温控效果均匀稳定、不需或需少量设置附加温控装置、温控系统可靠性高、适应不同地域气候环境下二次设备布置、能耗低及温控效率高等优点，本实用新型经合理布置，可有效解决变电站二次设备运行环境问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为地下环境监测示意图；
[0013]图2为自然换热式布置系统结构示意图；
[0014]图3为地源热泵换热式布置系统结构示意图。
[0015]图中:设备屏柜1，监测用传感器2，变电站地下环境3，绝热层4，环境监测及通风装置5，换热管接口 6，竖井式换热管道7，U型管式换热管道8，管道式换热管道9，空调末端10，地源热泵11，地能换热管道12，空调末端换热管道13。
[0016]下面结合具体实例和附图对本实用新型作进一步详细的说明。
【具体实施方式】
[0017]本实用新型是一种基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统，本实用新型是采用地表浅层地热源作为变电站二次设备的温控热源，通过换热系统使变电站设备屏柜实现与地下环境的热交换，从而为二次设备运行提供良好的恒温环境。
[0018]一种基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统，包括自然换热的热源系统和地源热泵的换热系统两种方式，如图2和图3所示。
[0019]自然换热的热源系统为地下设置的换热管道，按不同变电站规模及换热性能要求其形式包括竖井式、U型管式、管道式。
[0020](I)所述的竖井式热源是在设备屏柜I下部按间隔分别设置换热竖井，换热竖井内壁设有竖井式换热管道7，换热管接口 6与设备屏柜I底部相连接，竖井式换热管道7的顶端设有换热管接口 6，换热管接口 6端设有环境监测及通风装置5。
[0021](2)所述的U形管式热源是设有两个设备屏柜1，U型管式换热管道8的两个换热管接口 6分别连接在两个设备屏柜I下部，两个换热管接口 6端分别设有环境监测及通风装置5。
[0022](3)所述的管道式热源是设有多个设备屏柜1，联通式的管道式换热管道9通过换热管接口 6与各设备屏柜I相连，各换热管接口 6处设有环境监测及通风装置5。
[0023]地源热泵的换热方式是:在多个设备屏柜I底部连接地能换热管道12，各地能换热管道12为联通式结构；地能换热管道12上连接有地源热泵11 ;地源热泵11与空调末端10通过空调末端换热管道13进行连接，空调末端换热管道13的另一端与设备屏柜I相连接。
[0024]所述的设备屏柜I外部设绝热层4，设备屏柜I与换热管道接口 6处设有防护罩。
[0025]一种基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统在实际操作中首先对设备安装处的地下环境进行监测，确定换热管道适宜的安装深度及防护措施，通过在变电站安装地点不同位置及深度置入温湿度等物理量的监测用传感器，获得地下环境分布情况，并结合对应的一次设备确定换热管道的具体安装位置及深度。本实用新型所述的对设备安装处的地下环境进行监测包括:所取热源深度及解决地下环境中存在的土壤应力结构变化、地下水位变化、地下恒温层深度发展、湿气及鼠虫害侵蚀、气体潴留。根据安装地点地下环境、变电站二次设备数量及可靠性要求等条件不同，确定换热系统采用自然换热方式或地源热泵换热方式两种换热方式及其相应的二次设备布置系统。
[0026](I)自然换热方式:自然换热方式的地热源温控系统利用地表浅层土壤冻土层下的近恒温层作为地热源，通过换热管道与地上设备屏柜相连，采用换热介质为空气，在无强制循环措施或仅以通风装置作为简单循环装置的情况下实现换热，从而为二次设备运行环境提供适宜温度；
[0027]所述的自然换热的热源系统为地下设置的换热管道，按不同变电站规模及换热性能要求其形式有竖井式、U型管式、管道式三种；
[0028]竖井式热源在设备屏柜下按间隔分别设置换热竖井，按监测结果确定竖井挖掘深度；竖井内壁为竖井式换热管道7，竖井口设与设备屏柜底部联通的换热接口，需加强换热效果时，在屏柜内加设通风装置；
[0029]U形管式热源按两面屏柜为一组，U形管式换热管道8的两个换热管接口分别安放在设备屏柜I的下方，地下管道采用纵向U形布置以取得更多地热源，在用地面积充足且可满足换热效果时采用横向布置；管道埋放深度由监测结果确定，管道材质应满足地下换热及防护需要，可在两侧管口分别设置通风装置以加强换热效果；
[0030]管道式热源采取联通式的地下换热管道，与各设备屏柜以换热口相连，各处连接及管道式换热管道9整体满足换热及防护要求，各换热口可设通风装置。
[0031](2)地源热泵换热方式:采用地源热泵强制循环作用，实现地热能至设备屏柜的能量输送；地源热泵系统包括地能换热管道、地源热泵机组及空调末端系统三个部分，地能换热管道12内的循环换热介质为水，地源热泵11与空调末端10间换热介质可为水或空气；将地能换热管道的换热管置于变电站地下环境中，通过地源热泵强制地能换热管道及空调末端换热管道内介质循环获得地能，并以空调末端作为出口输送至设备屏柜，通过空调末端对循环强度加以控制，从而对环境温度进行调节。
[0032]根据占地及换热效果要求，地源热泵系统的地下换热管可采用布置于地表浅层土壤的的水平式或埋置位置较深的垂直式；采用全站设备共用两台或以上热泵系统的形式，接至地上部分的换热管分散配置于各台热泵以保证换热效果，各间隔设备屏柜分别设空调末端从换热管取能。
[0033]本实用新型所述二次设备屏柜外设绝热层以保整屏柜内与地下环境换热效果，设备屏柜与换热管道接口处加装防护罩，防止外部环境对换热管道的影响。
[0034]下面举例说明:
[0035]如图1所示，为确定所取热源深度及解决地下环境中存在的土壤应力结构变化、地下水位变化、地下恒温层深度发展、湿气及鼠虫害侵蚀、气体潴留等问题，需对设备安装处的地下环境进行监测，确定换热管道适宜的安装深度及防护办法。通过在变电站二次设备屏柜I安装地点变电站地下环境3中不同位置及深度置入温湿度等物理量的监测用传感器2，获得地下环境分布情况，并结合对应的一次设备确定预设换热管道的具体安装位置及深度。
[0036]根据安装地点地下环境、变电站二次设备数量及可靠性要求等条件不同，本实用新型给出自然换热及通过地源热泵换热两种换热方式及其相应二次设备布置系统。
[0037](一)自然换热方式。
[0038]采用自然换热方式的地热源温控系统利用地表浅层土壤冻土层下的近恒温层作为地热源，通过换热管道与地上设备屏柜相连，采用换热介质为空气，在无强制循环措施或仅以通风装置作为简单循环装置的情况下实现地上、地下环境之间的换热，从而为二次设备运行环境提供适宜温度，其温控效果取决于所取深度恒温层温度及换热系统效率，适用于外界环境较好或换热效果满足设备运行要求且需较低成本的情况。
[0039]如图2所示，自然换热的热源系统仅为地下设置的换热管道，其形式有竖井式换热管道7、U型管式换热管道8及管道式换热管道9三种。
[0040]竖井式热源在各间隔设备屏柜I下根据监测结果确定的适宜布置深度分别设置竖井式换热管道7，管壁采用导热、密封、防水、应力性能优良的防护材质构成，竖井式换热管道7与设备屏柜2底部连接处设换热管接口 6。
[0041]U形管式热源按两面设备屏柜I为一组，U型管式换热管道8的两个换热管接口 6分别安放在设备屏柜I的下方，地下管道采用纵向U形布置以取得更多地热源，在用地面积充足且可满足换热效果时采用横向布置；u型管式换热管道8埋放深度由监测结果确定，管道材质应满足地下换热及防护需要。
[0042]管道式热源采取联通式的管道式换热管道9，各设备屏柜I与换热管道以换热管接口 6相连，各处连接及管道整体满足换热及防护要求；
[0043](二)地源热泵换热方式。
[0044]采用地源热泵的换热方式在设备屏柜I与换热管道之间加入地源热泵11进行强制换热。地源热泵11温控系统包括地能换热管道12、地源热泵11及空调末端10三个部分，地能换热管道12内的循环换热介质为水，地源热泵11与空调末端10间通过空调末端换热管道13进行连接，空调末端换热管道13内的换热介质为水或空气，通过地源热泵11强制地能换热管道12、及空调末端换热管道13内介质循环获得地能并以空调末端10作为出口输送至设备屏柜1，通过空调末端10对循环强度加以控制从而对环境温度进行调节。地源热泵11的温控效果较为稳定，能效比较高，适于为二次设备提供长期稳定运行环境。
[0045]如图3所示，采用方案为地源热泵换热方式，根据变电站二次设备数量、安装地点地下环境等条件确定所采用地源热泵数量，各处连接及管道整体满足换热及防护要求。图3采用的方案为全站设备共用两台热泵，地能换热管道12的形式为水平式及垂直式。【具体实施方式】为:
[0046]按选定技术方案及安装深度埋设地能换热管道12及安装地源热泵11。各设备屏柜I底部设置空调末端10，空调末端10通过空调末端换热管道13与地源热泵11连接，地源热泵11分散布置于空调末端换热管道13上，各屏柜空调末端10的温度监测结果分别引入各地源热泵11的温度控制系统中进行综合控制。
[0047]上述几种形式换热管道的换热管接口 6处可加设环境监测及通风装置5以监测设备屏柜I内设备运行环境及加强换热；地上二次设备屏柜I外设绝热层4以确保整个设备屏柜I内与地下环境换热效果。
[0048]以上所述为本实用新型较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统，其特征在于:包括自然换热的热源系统和地源热泵的换热系统两种方式； 所述的自然换热的热源系统为地下设置的换热管道，按不同变电站规模及换热性能要求其形式包括竖井式、U型管式、管道式； 所述的地源热泵的换热方式是:在多个设备屏柜(I)底部连接地能换热管道(12)，各地能换热管道(12)为联通式结构；地能换热管道(12)上连接有地源热泵(11);地源热泵(11)与空调末端(10)通过空调末端换热管道(13)进行连接，空调末端换热管道(13)的另一端与设备屏柜(I)相连接。
2.根据权利要求1所述的基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统，其特征在于:所述的竖井式热源是在设备屏柜(I)下部按间隔分别设置换热竖井，换热竖井内壁设有竖井式换热管道(7)，换热管接口(6)与设备屏柜(I)底部相连接，竖井式换热管道(7)的顶端设有换热管接口(6)，换热管接口(6)端设有环境监测及通风装置(5)。
3.根据权利要求1所述的基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统，其特征在于:所述的U形管式热源是设有两个设备屏柜(1)，U型管式换热管道(8)的两个换热管接口( 6 )分别连接在两个设备屏柜(I)下部，两个换热管接口( 6 )端分别设有环境监测及通风装置(5)。
4.根据权利要求1所述的基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统，其特征在于:所述的管道式热源是设有多个设备屏柜(1)，联通式的管道式换热管道(9)通过换热管接口( 6 )与各设备屏柜(I)相连，各换热管接口( 6 )处设有环境监测及通风装置(5 )。
5.根据权利要求1所述的基于地热源温控方式的变电站二次设备布置系统，其特征在于:所述的设备屏柜(I)外部设绝热层(4)，设备屏柜(I)与换热管道接口(6)处设有防护罩。
【文档编号】F24F5/00GK204063395SQ201420424499
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】李籽良, 葛维春, 于同伟, 金世鑫 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院