本发明涉及电气领域，尤其涉及一种开关柜受潮凝露机理研究系统。
背景技术：
电力系统经常使用大量的开关柜，开关柜能够起到电能的汇集、分配、控制作用，同时起到线路和用电设备的故障保护作用，在电网中的地位十分重要。
开关柜通常由柜架、封板和门组成，柜内设置有多种电气元件、绝缘件、导体；开关柜通常需要处于一种高度封闭的状态但实际情况中又做不到完全密封，因此柜内环境容易受柜外环境影响，由于开关柜的负荷与柜内环境不断变化，导致柜内外有温差且不断来回变动，从而产生气压差，产生类似呼吸效应，柜外的湿气从电缆进出口缝隙、封板间隙、柜门间隙各处侵入，由于开关柜的结构原因，湿气进入后不易散出，导致柜内湿度偏高，绝缘件受潮后绝缘能力下降，尤其是柜内产生凝露时，会严重影响开关柜的安全运行。
目前关于开关柜受潮凝露机理的研究，公开查找到的只有理论上的物理建模方式，目前采用物理建模方式对开关柜受潮凝露机理进行研究的方法将开关柜过于简化，该物理建模方式将开关柜理想化为一个四周封闭的空腔体，凝露都发生在柜壁上，实际情况中，开关柜内部安装有大量的电气元件、绝缘件以及导体，受潮凝露可在柜内满足条件的部位随处发生，并且产生于柜壁以外的位置上的凝露的危害更大。另外，所述物理建模方式没有对开关柜的各个隔室的受潮凝露机理进行独立研究，存在明显缺点。开关柜通常分为电缆室、开关室、母线室，各隔室在开关柜内的位置和结构完全不同：电缆室在最底部且有电缆进出，电缆沟内和地面的湿气最易进入；开关室在中部，受潮湿环境影响较电缆室小，但因安装有开关所以最重要；母线室在最顶部，受潮湿环境影响最小，但电缆室内的湿气容易因烟囱效应而上升，再通过隔室间隙进入母线室内。因此仅采用物理建模方式对开关柜受潮凝露机理进行研究的方法存在明显不足。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种开关柜受潮凝露机理研究系统，能够克服传统物理建模方式的缺点，并提高研究效率。
为实现以上目的，本发明提供一种开关柜受潮凝露机理研究系统，包括：监控主机、开关柜、环境监测单元、环境调节单元、运行模拟单元、除湿模拟单元，其中，所述监控主机分别与环境监测单元、环境调节单元、运行模拟单元、除湿模拟单元通信连接；
所述监控主机能够从环境监测单元、环境调节单元、运行模拟单元、除湿模拟单元中获取数据并对以上各单元的运行进行控制；
所述环境监测单元能够对开关柜内部的环境参数进行测量；
所述环境调节单元能够调节开关柜所处配电房的环境条件；
所述运行模拟单元能够控制开关柜的运行电流；
所述除湿模拟单元能够对开关柜的内部环境进行除湿。
可选的，所述开关柜包括柜体，所述柜体内设有数个隔室，所述数个隔室包括电缆室、开关室、母线室，每个隔室内均设有高压线路和/或高压元器件。
可选的，所述开关柜还包括设于所述柜体下方的底座，所述柜体安装于底座上，所述底座具有中空结构，所述底座内设有吸水海绵。
可选的，所述底座包括底板、与底板相连的侧板，所述侧板呈圈形，所述底板与侧板共同围成u形槽；所述吸水海绵设于所述底板上被所述侧板围成的区域内；所述柜体固定安装于所述侧板上。
可选的，所述环境监测单元包括环境监测仪、三要素传感器、红外热成像测温仪；所述三要素传感器与红外热成像测温仪均安装于隔室内，所述三要素传感器用于对隔室内部环境的温度、湿度、气压进行检测；所述红外热成像测温仪用于对隔室内的高压线路和/或高压元器件以及隔室内壁的温度进行测量；
所述环境监测仪分别与三要素传感器和监控主机通信连接，用于接收三要素传感器监测的温度、湿度、气压数据并将该数据传输至监控主机；所述红外热成像测温仪直接与监控主机通信连接，可以将数据直接传输至监控主机。
可选的，所述环境监测仪安装于柜体外表面；每个隔室对应安装一台环境监测仪，该环境监测仪与对应隔室内的所有三要素传感器相连；每个隔室内安装至少4个三要素传感器。
可选的，所述环境调节单元包括空调与加湿器，所述空调与加湿器均用于设置在所述开关柜所处的配电房内，所述空调与加湿器用于对配电房的温度、湿度进行调节。
可选的，所述运行模拟单元包括大电流发生器，所述大电流发生器通过电缆与开关柜连接。
可选的，所述除湿模拟单元包括多种除湿装置，所述多种除湿装置包括加热器、冷凝除湿机、气体除湿装置；所述加热器安装于隔室内；所述冷凝除湿机安装于隔室内；所述气体除湿装置包括干燥气源、升压风机、管道，所述干燥气源与升压风机均设于柜体外，所述干燥气源与升压风机之间以及所述升压风机与柜体之间均通过管道连接，所述干燥气源内的干燥空气通过升压风机升压后，再输送至柜体内的各隔室。
可选的，每个隔室内安装一台加热器与一台冷凝除湿机，所述气体除湿装置在每个隔室内均设有出气口。
本发明的有益效果：本发明的开关柜受潮凝露机理研究系统能够根据开关柜的实际结构分别对开关柜的各隔室进行环境三要素(温度、湿度、气压)的密集采集，通过对大量数据进行处理分析，实现基于测试分析方法的开关柜受潮凝露机理研究，该研究方法克服了传统物理建模方式不分隔室进行研究的缺点，填补了相关研究领域的空白，具有很强的实用性，同时极大地提高了研究效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。
图1为本发明的开关柜受潮凝露机理研究系统的部分结构示意图；
图2为本发明的开关柜受潮凝露机理研究系统中的开关柜的结构示意图；
图3为图2的开关柜的底座的俯视图；
图4为本发明的开关柜受潮凝露机理研究系统中的环境监测单元的结构示意图；
图5为本发明的开关柜受潮凝露机理研究系统中的环境调节单元的结构示意图；
图6为本发明的开关柜受潮凝露机理研究系统中的除湿模拟单元的结构示意图。
主要元件符号说明：
10-监控主机；20-开关柜；21-柜体；22-底座；221-底板；225-侧板；23-吸水海绵；30-环境监测单元；31-环境监测仪；32-三要素传感器；33-红外热成像测温仪；40-环境调节单元；41-空调；42-加湿器；50-运行模拟单元；60-除湿模拟单元；61-加热器；62-冷凝除湿机；63-气体除湿装置；631-干燥气源；632-升压风机；633-管道；70-配电房；80-隔室；81-电缆室；82-开关室；83-母线室；85-仪表室。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明进行详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1，本发明提供一种开关柜受潮凝露机理研究系统，包括：监控主机10、开关柜20、环境监测单元30、环境调节单元40、运行模拟单元50、除湿模拟单元60，其中，所述监控主机10分别与环境监测单元30、环境调节单元40、运行模拟单元50、除湿模拟单元60通信连接；
所述监控主机10能够从环境监测单元30、环境调节单元40、运行模拟单元50、除湿模拟单元60中获取数据并对以上各单元的运行进行控制；
所述环境监测单元30能够对开关柜20内部的环境参数进行测量；
所述环境调节单元40能够调节开关柜20所处配电房70的环境条件；
所述运行模拟单元50能够控制开关柜20的运行电流；
所述除湿模拟单元60能够对开关柜20的内部环境进行除湿。
具体的，所述监控主机10包括工控机，所述工控机中安装有监控分析软件，所述工控机上设有通信接口，所述监控主机10通过通信接口与环境监测单元30、环境调节单元40、运行模拟单元50、除湿模拟单元60通信连接。
所述监控主机10能够实现各单元的数据采集以及对各单元工作模式的控制，通过对开关柜20的内外工作环境与运行状况以及除湿装置的工作状态进行模拟，对获取的数据进行处理分析，实现基于测试分析方法的开关柜受潮凝露机理研究。
请参阅图2，所述开关柜20包括柜体21，所述柜体21内设有数个隔室80，所述数个隔室80包括电缆室81、开关室82、母线室83，每个隔室80内均设有高压线路和/或高压元器件，所述开关柜20运行时所述高压线路和/或高压元器件上的电压大于10kv。所述开关柜20按电网公司标准制造，具有规范的柜体结构和密闭程度。
进一步的，所述隔室80内还安装有绝缘件。具体的，所述开关柜20还包括设于所述柜体21下方的底座22，所述柜体21安装于底座22上，所述底座22具有中空结构，所述底座22内设有吸水海绵23，以模拟电缆沟内的湿气环境，用于研究电缆沟内湿气对开关柜20内环境的影响。
请参阅图3，所述底座22包括底板221、与底板221相连的侧板225，所述侧板225呈圈形，所述底板221与侧板225共同围成u形槽，用于模拟电缆沟的形状；所述吸水海绵23设于所述底板221上被所述侧板225围成的区域内；所述柜体21固定安装于所述侧板225上。
具体的，所述电缆室81、开关室82、母线室83在底座22上自下而上依次层叠设置。
具体的，所述开关柜20内还设有仪表室85，所述仪表室85内安装有低压仪表与低压线路，所述低压仪表与低压线路上的电压小于1000v，相对于所述隔室80内的高压线路和/或高压元器件来讲，所述低压仪表与低压线路不容易因潮湿影响而出现放电问题，因此本发明未对仪表室85的受潮情况进行研究。具体的，所述仪表室85与母线室83位于同一层且比邻设置。
进一步的，所述柜体21与底座22的外形均为长方体结构。
具体的，所述环境监测单元30能够对开关柜20内部各隔室80的温度、湿度、气压(环境三要素)进行监测，所述监控主机10获得各隔室80的环境三要素后，计算出各隔室80的凝露点，并与环境三要素数据组合生成同步的曲线图，同时绘制三维空间结构图以直观反映各隔室80的温度、湿度分布情况。
请参阅图4，所述环境监测单元30包括环境监测仪31、三要素传感器32、红外热成像测温仪33；所述三要素传感器32与红外热成像测温仪33均安装于隔室80内，所述三要素传感器32用于对隔室80内部环境的温度、湿度、气压进行检测；所述红外热成像测温仪33用于对隔室80内的高压线路和/或高压元器件以及隔室80内壁的温度进行测量；
所述环境监测仪31分别与三要素传感器32和监控主机10通信连接，用于接收三要素传感器32监测的温度、湿度、气压数据，并将该数据传输至监控主机10；所述红外热成像测温仪33直接与监控主机10通信连接，可以将数据(红外能量信号)直接传输至监控主机10。通过所述监控主机10对所述红外热成像测温仪33进行控制，可以实现测温点、测温区域的可视化选择。
优选的，所述环境监测仪31安装于柜体21外表面，以避免环境监测仪31的运行对隔室80的内部环境造成影响，同时避免环境监测仪31受到柜体21内部的湿气影响，提升其使用寿命。
具体的，每个隔室80对应安装一台环境监测仪31，该环境监测仪31与对应隔室80内的所有三要素传感器32相连。
具体的，每个隔室80内安装至少4个三要素传感器32，所述三要素传感器32在隔室80内均匀分布。
具体的，所述红外热成像测温仪33与三要素传感器32均安装在隔室80的内壁上。
优选的，所述红外热成像测温仪33采用广角镜头以适应隔室80内空间小、景深小的实际情况。
优选的，所述环境监测仪31的型号为wnt-811，是一种新型智能型环境监测仪，具有2个rs485通信接口，第一个rs485通信接口(以下简称第一通信接口)自带输出dc5v的电源，在不配置额外电源的情况下，第一通信接口可以连接驱动最多16只三要素传感器32，第一通信接口通过第一通信线与三要素传感器32连接，以接收所述三要素传感器32采集到的环境参数，所述环境参数可以显示在所述环境监测仪31的液晶屏幕上，第二个rs485通信接口通过第二通信线与监控主机10连接，将环境参数上传到监控主机10上。所述第一通信线与第二通信线均为屏蔽双绞线，型号为rs485rvvsp2*0.5，是一种rs485通信专用的2芯对绞电缆，带有金属屏蔽层，能够防止外界对通信的干扰。
优选的，所述三要素传感器32的型号为wnp-311，是一种通信型传感器，其工作电源为dc5v，通过普通电线与环境监测仪31连接，由环境监测仪31进行供电，所述三要素传感器32是一种多功能传感器，内置温度、湿度、气压传感器。
具体的，所述环境调节单元40能够调节开关柜20所处配电房70的温度和湿度，通过对开关柜20所处配电房70的环境条件进行调节，可以模拟不同季节、不同气候条件下开关柜20的工作环境，提高研究效率。
请参阅图5，所述环境调节单元40包括空调41与加湿器42，所述空调41与加湿器42均用于设置在所述开关柜20所处的配电房70内，所述空调41与加湿器42用于对配电房70的温度、湿度进行调节。
具体的，所述空调41与加湿器42分别独立受监控主机10控制。
具体的，所述空调41和加湿器42均为智能通信设备，所述监控主机10能够控制所述空调41和加湿器42对配电房70的温度、湿度进行调节，模拟各种工作环境包括极端的低温高湿、高温高湿环境。
具体的，所述运行模拟单元50包括大电流发生器，所述大电流发生器通过电缆与开关柜20连接。所述大电流发生器输出的电流可调节，最大可达到开关柜20额定电流的1.1倍，并能长时间运行，所述监控主机10能够控制大电流发生器对开关柜20的运行电流进行调节，模拟开关柜20的各种运行负荷情况，以研究柜内电气元件发热对柜内温度的影响。
请参阅图6，所述除湿模拟单元60包括多种除湿装置，所述多种除湿装置包括加热器61、冷凝除湿机62、气体除湿装置63；所述加热器61安装于隔室80内，利用加热空气的方法防潮除湿；所述冷凝除湿机62安装于隔室80内，利用冷凝方法防潮除湿；所述气体除湿装置63包括干燥气源631、升压风机632、管道633，所述干燥气源631与升压风机632均设于柜体21外，所述干燥气源631与升压风机632之间以及所述升压风机632与柜体21之间均通过管道633连接，所述干燥气源631内的干燥空气通过升压风机632升压后，再输送至柜体21内的各隔室80，利用干燥空气防潮除湿。
具体的，所述多种除湿装置分别独立受监控主机10控制。
具体的，每个隔室80内安装一台加热器61与一台冷凝除湿机62，所述气体除湿装置63在每个隔室80内均设有出气口。
优选的，所述冷凝除湿机62为半导体冷凝除湿机。
具体的，通过所述监控主机10控制除湿模拟单元60中的各种除湿装置工作，可以观察不同除湿装置的工作情况，发现各种除湿装置的优缺点，具有较强的实用性。
本发明的开关柜受潮凝露机理研究系统的工作过程是：通过监控主机10控制环境调节单元40、运行模拟单元50、除湿模拟单元60的工作模式，模拟出开关柜20的内外气候环境和运行状态以及除湿装置的工作状态，利用开关柜20的底座22模拟潮湿电缆沟，通过环境监测单元30采集开关柜20各隔室80的环境三要素，最后利用监控主机10中的监控分析软件对从各单元获取的数据进行处理分析，得到开关柜20发生受潮凝露的重要影响因素。
本发明的开关柜受潮凝露机理研究系统能够根据开关柜20的实际结构分别对开关柜20的各隔室80进行环境三要素(温度、湿度、气压)的密集采集，通过对大量数据进行处理分析，实现基于测试分析方法的开关柜受潮凝露机理研究，该研究方法克服了传统物理建模方式将开关柜过于简化的缺点，填补了相关研究领域的空白，具有很强的实用性，同时极大地提高了研究效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施事例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。