一种双湿度阈值的开关柜微循环除湿系统及控制方法与流程

本发明属于电力设备防潮与环境控制，具体涉及一种双湿度阈值的开关柜微循环除湿系统及控制方法。

背景技术：

1、中压开关柜通常由母线室、断路器室和电缆室等相对分隔的空间构成，柜门关闭后自然换气量较小。电缆沟返潮、昼夜温差和开关室湿空气渗入会使水汽在柜内缓慢积聚，当绝缘件或金属壁面温度低于周围空气露点时，易形成凝露并降低沿面绝缘裕度。现有治理方式包括开关室空调或除湿机、柜内加热器、半导体冷凝除湿器及风机通风。开关室设备难以使干燥空气稳定进入柜内死角；加热主要改变相对湿度而未必减少水汽总量；冷凝除湿需要排水并占用柜内空间；直接通风常按单一柜内湿度启停，未判断柜外空气是否具有较低含湿量。相对湿度受温度影响，柜外相对湿度较低并不当然意味着含水量更低，送入暖湿空气还可能在柜内低温表面诱发凝露。另行开孔和布置大风道会影响柜体防护，持续送风容易形成气流短路并在停机后发生倒灌。已有反馈方式多以单轮湿度下降量评价风路；远端下降不足既可能来自气流未到达，也可能来自电缆沟返潮或材料释湿，二者对送风量的修正方向不同。若未通过不同送风激励把气流参与程度与持续水汽源分离，控制器可能以延长送风掩盖湿源或气路故障。因此，需要能够校验实际干燥势、辨识远端输运与持续释湿并反求适宜送风量的微循环除湿方案。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种双湿度阈值的开关柜微循环除湿系统及控制方法，在不另行破坏柜体开孔的条件下，把具备干燥势的柜外空气定向送至柜内潮湿区域；通过二维异量激励形成可区分的湿度响应，对气流到达程度与持续水汽源进行双参数联合辨识，再执行送风质量反求，解决直接通风可能引湿、停机倒灌以及气路异常与持续返潮相互混淆的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种双湿度阈值的开关柜微循环除湿系统。该系统包括开关柜、进气微循环组件、排气路径、柜内湿度感知节点、柜外湿度感知节点、差压感知节点和控制器。进气微循环组件借助开关柜柜门的既有紧固孔与柜内连通，并设有风机、过滤件、进气止回件以及朝向气流远端的导流件；排气路径位于气流远端，并经柜体既有泄压通道、既有排气间隙或另一既有紧固孔中的至少一种结构与柜外连通。控制器依据柜内启动湿度、柜外许可湿度、柜内外含湿量差和柜外空气露点相对于柜内低温表面的温度裕量生成送风许可；在许可成立期间交替执行送风置换段和停机均衡段，仅累计差压处于预设微正压范围内的有效送风质量，并以至少2个有效送风质量水平和至少2个停机均衡时长水平形成至少4个交叉组合的二维异量激励控制轮。控制器采用水汽质量平衡模型，对远端参与系数和持续释湿率进行双参数联合辨识，根据辨识结果与目标含湿量下降量反求后续有效送风质量。允许送风质量范围内不存在正向除湿可行解、柜内湿度达到柜内停止阈值或者送风许可中的任一安全条件失效时，控制器停止风机并使进气止回件关闭进气通道。

3、进一步地，在上述系统中，进气微循环组件包括位于柜门外侧的安装座、穿过既有紧固孔的连接套以及位于柜门内侧的密封压环，过滤件、风机、进气止回件、整流段和导流件沿进气方向依次连通。排气路径包括装配于另一既有紧固孔的排气接头、仅朝柜外开启的排气止回件以及位于排气止回件外侧的疏水透气膜。风机停止后，进气止回件随风机出口压差消失而回座，排气止回件随柜内外差压回落而回座；两者回座后均保持关闭，已经送入柜内的空气在停机均衡段内经柜内分隔缝隙继续扩散，柜外潮湿空气不能经所述止回件倒灌。

4、进一步地，在上述系统中，柜内湿度感知节点采用替换柜门原有紧固件的承载式中空螺栓体。中空螺栓体具有连通柜内的轴向采样孔，轴向采样孔的柜内端设置多孔防护罩，温湿度探头位于多孔防护罩与轴向采样孔之间；中空螺栓体的柜外端设有与温湿度探头连接的信号处理腔，信号处理腔与轴向采样孔之间设有密封隔离件。中空螺栓体还设有同柜门金属表面热接触的温度接触片，以获得柜内低温表面的温度。控制器根据柜内温度和柜内相对湿度得到柜内含湿量，根据柜外温度和柜外相对湿度得到柜外含湿量及柜外空气露点；在柜内含湿量与柜外含湿量之差不小于预设含湿量差，并且柜内低温表面温度与柜外空气露点之差不小于预设露点安全裕量时，判定送风许可中的干燥势条件成立。

5、进一步地，在上述系统中，二维异量激励包括低有效送风质量、高有效送风质量、短停机均衡时长和长停机均衡时长的交叉组合，其中至少存在有效送风质量相同而停机均衡时长不同的2个控制轮，并至少存在观测时长相同而有效送风质量不同的2个控制轮。每轮观测从送风置换段开始延续至相邻停机均衡段结束，实测含湿量下降量取观测起点与终点的气流远端含湿量之差。水汽质量平衡模型中的送风贡献随有效送风质量按指数关系趋于饱和，持续释湿贡献随观测时长线性增加；控制器以压力有效比例和柜外含湿量稳定程度配置各轮权重，在预设边界内使各轮实测值与模型值的加权残差平方和最小。各轮实际干燥势均单独测量并代入模型，不假定辨识期间柜内含湿量保持不变。

6、进一步地，在上述系统中，控制器将远端参与系数、持续释湿率、下一轮远端初始干燥势、有效质量流量和停机均衡时长代入净含湿量下降函数，在该函数保持单调递增的允许送风质量区间内反求达到目标含湿量下降量的最小有效送风质量。区间上限仍不能达到目标但能够产生正向净下降时，采用区间上限并输出能力不足信息；整个区间均不能产生正向净下降时，撤销送风许可并输出外部干燥势不足或持续释湿异常信息。微正压建立时间与远端参与系数共同指示泄漏、堵塞、止回件未开启、近端气流短路或分隔通路阻力异常，持续释湿率超过预设上限时输出湿源检查信息。

7、进一步地，上述系统还包括电源组件和通信组件。电源组件具有外部直流供电模式与电池供电模式；在电池供电模式下，控制器依据电池剩余能量限制单位时间内的累计有效送风质量，剩余能量低于预设能量阈值时保留湿度采集、止回关闭和异常上报功能。柜内湿度感知节点或柜外湿度感知节点发生越界、失联或变化率异常时，控制器撤销送风许可，不以异常轮次更新远端参与系数和持续释湿率。

8、本发明还提供一种双湿度阈值的开关柜微循环除湿控制方法。该方法使用借助开关柜柜门既有紧固孔送风的进气微循环组件，使柜内气体经位于气流远端的排气路径排出。运行过程中采集柜内外相对湿度、柜内外温度、柜内低温表面温度及柜内外差压；在双湿度条件、含湿量方向条件和露点安全条件均成立时生成送风许可。许可成立后，以至少2个有效送风质量水平与至少2个停机均衡时长水平形成至少4个二维异量激励控制轮，对远端参与系数和持续释湿率进行双参数联合辨识，再根据目标含湿量下降量反求后续有效送风质量。反求时限制允许送风质量范围、压力范围和模型单调区间；没有正向除湿可行解、柜内湿度达到柜内停止阈值或者送风许可中的安全条件或数据有效条件不满足时，停止送风并关闭进气通道。

9、进一步地，在上述控制方法中，柜内启动阈值高于柜内停止阈值。柜外相对湿度高于柜外许可阈值并持续达到预设撤销确认时长时撤销送风许可；柜外相对湿度降低至低于柜外许可阈值的恢复值并持续达到预设恢复确认时长后，才允许重新生成送风许可。含湿量根据相对湿度、温度、饱和水蒸气压和大气压力计算，即使柜内含湿量与柜外含湿量之差为正，在该差值小于预设含湿量差时仍禁止送风。柜内需求、柜外初步许可、实际水汽迁移方向和低温表面凝露风险共同参与送风判断。

10、进一步地，在上述控制方法中，对于每个远端参与系数候选值，根据各轮观测时长和模型残差计算受上下限约束的持续释湿率候选值，再选择使加权残差平方和最小的参数组。辨识样本少于4轮、有效送风质量或停机均衡时长未分别形成至少2个水平、柜外含湿量变化超过稳定限值、压力有效比例不足或者远端温度突变时，保持上一组有效参数，不以该组样本更新模型。

11、进一步地，在上述控制方法中，目标含湿量下降量不大于当前远端含湿量与停止目标含湿量之差。控制器由远端参与系数和持续释湿率构造候选送风质量对应的净下降量，在单调区间内用二分法求取满足目标的最小值；目标不可达但区间上限仍具有正向除湿作用时，以区间上限运行并上报能力不足，区间上限不具有正向除湿作用时停止风机。微正压建立缓慢并伴随远端参与系数下降时检查外部气路，微正压正常而远端参与系数下降时检查柜内通路，远端参与系数正常而持续释湿率升高时检查柜内湿源。

12、采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：进气微循环组件借助柜门既有紧固孔完成固定与气路连通，减少现场开孔对柜体密封、防腐及内部洁净度的影响；柜内、柜外湿度阈值限定运行范围，含湿量差排除温度差造成的相对湿度误判，露点裕量阻止可能在低温表面凝露的空气进入；进气止回件、远端排气路径和微正压控制使干燥空气跨越柜内分隔区域，并在停机后阻断倒灌。控制器以至少2个有效送风质量水平和至少2个停机均衡时长水平构成二维异量激励，使随送风质量非线性变化的输运响应与随观测时长线性变化的释湿响应形成可区分的数据特征；各轮实测干燥势分别进入水汽质量平衡模型，对远端参与系数和持续释湿率进行双参数联合辨识，避免把气流到达不足与持续返潮混为同一原因。后续有效送风质量由辨识参数、当前干燥势和目标下降量反求，能够适应柜型、风路阻力及湿源变化。反求区间校验单调性和正向除湿能力，目标不可达时执行受限运行或停止，防止无效延长送风。差压建立时间与2个辨识参数共同指示外部气路、柜内通路或持续湿源的异常方向。承载式中空螺栓节点兼顾柜门紧固、远端采样和低温表面测温，低能量状态仍保留监测、止回与异常上报，因而能够兼顾除湿有效性、凝露安全、诊断可解释性和能量利用率。