特高压直流阀厅空调系统设计

特高压直流阀厅空调系统设计探讨摘要：介绍了特高压直流阀厅空调系统的设计要求，对阀厅空调负荷计算进行了详细阐述，并提出了阀厅空调系统选型形式。

关键词：特高压直流阀厅空调系统
引言：特高压直流是指我国目前所建设的±800电压等级的直流电力工程。

直流换流站阀厅内布置有可控硅换流阀，其在换流站中承担交－直流转换功能，是换流站的核心设备。

由于特高压直流换流站均是电网中非常重要的电力传输站，其重要性非常突出，阀厅内设备的稳定运行时换流站稳定运行的基础，所以阀厅空调系统设计非常重要。

1、特高压直流阀厅空调系统设计要求
换流站阀厅的空调通风系统的设计属于工业建筑空调通风系统，其运行模式根据直流系统是否运行可分为4种模式：直流系统运行时，可分为夏季运行模式和冬季运行模式；直流系统停运检修时，可分为夏季维护模式和冬季维护模式。

直流系统运行时，阀厅空调室内设计参数主要由阀厅内设备要求决定，空调设计以满足设备正常运行要求为设计目标，这与常规舒适性空调有着明显的区别。

根据目前换流阀供货商所要求的换流阀工作环境参数，对阀厅室内环境参数控制如下：
1）温度控制控制范围为10~45℃；阀厅室内相对湿度宜保持在25％～60％范围之内，同时应保证阀体表面不结露。

通过焓湿图可以得到阀厅内环境控制范围，如图1所示，其中点3表示的是广州
室外极端气象参数。

因阀厅在运行过程中需要进行巡视，考虑到运行人员的工作环境，阀厅空调室内设计参数的宜按温度40℃，相对湿度50%进行设计。

2）阀厅内应保持微正压状态，正压值宜维持在10pa左右，当大量使用新风时，正压值不应超过50pa。

3）进入阀厅的空气应设置初效和中效两级过滤，高压阀厅（±800kv）宜增加高效过滤。

上述参数是目前换流阀设备运行所要求的环境运行参数，随着设备研制及不同产品厂家的要求，可能会有变化，需要根据具体情况确定设计参数。

由阀厅内温湿度控制范围的分析可知，室外空气焓值低于室内设计参数的焓值，如图1所示为阀厅的室内控制环境参数在焓湿图上的表达，而点3所示的是广州极端气象参数，点1是阀厅的设计参数点（45℃，rh60%），从图中可以看出，无论是温度还是含湿量都小于室内设计参数，理论上来说，可以直接采用全新风系统，利用室外空气对阀厅进行冷却降温，但是由于阀冷设备对湿度要求较为严格，相对湿度不能高于60%，如果直接采用机械通风方式进行降温，在特殊的极端气候条件时（比如南方的梅雨季节，室外空气相对湿度很大）阀厅相对湿度不能满足要求。

同时由于阀厅内都是高压电气元件，需要保持较高的清洁度，其中高端阀厅需要对送风进行三级过滤，因直接采用机械通风时，风量大，过滤困难，清洁度难以保证。

故阀厅仍需要采用空调系统进行降温除湿。

设备供货
商对阀厅的新风换气次数有较为明确的要求，比如西门子公司提出阀厅的新风换气次数不得超过0.25次/h。

直流系统停运检修时，阀厅空调通风系统应满足工作人员维护检修要求，此时，与常规舒适性空调相近。

其温室度控制要求一般为夏季26℃，冬季不低于5℃，相对湿度40%～70%。

根据已有工程设计运行经验，阀厅空调主要控制其在夏季阀体运行时的温湿度参数，在满足此情况下，检修工况一般能充分满足。

所以本科标主要研究直流系统运行时，夏季空调系统的设计。

2、阀厅空调设计负荷分析
确定空调的设计负荷是空调系统设计的基本依据。

由于阀厅结构较为特殊，空间大、内部发热量很大，而且由于发热量与阀体水冷系统等有关，给阀厅的空调负荷计算带来很大困难。

阀厅空调负荷理论分析：常规建筑物空调冷负荷计算主要包括一下几部分[1]：通过维护结构（窗、墙、楼板、屋盖、地板等）传入的热量、透过外窗进入的太阳辐射得热量、照明散热量、人体散热量、设备器具管道及其他内部热源的散热量、新风冷负荷等。

1）建筑物维护结构传热：阀厅维护结构传热主要包括外墙和屋面的传热。

维护结构传热与当地气象参数有关。

阀厅常采用钢结构建筑，外墙维护结构一般采用双层5mm压型钢板中间加50mm保温材料的结构形式，此结构形式为轻型结构，放热衰减倍数小。

当阀厅设计采用温度40℃，相对湿度50%设计时，由于室外气温的波动
及太阳辐射导致维护结构表面温度升高，夏季空调室外计算逐时温度高于室内设计温度，阀厅维护结构有一定量的冷负荷。

以广州为例，根据计算，随着阀厅的不同朝向和不同的布置方式，维护结构冷负荷有一定变化，高端阀厅维护结构冷负荷一般在30~50kw，低端阀厅维护结构一般在25~40kw。

而气象条件好的地区，比如云南地区，基本可以不考虑建筑物维护结构所产生的冷负荷。

2）阀厅的建筑设计时，一般没有可透光的窗户，所以太阳透过窗的日射传热也可以忽略；
3）阀厅除了偶尔有人进行巡视，基本无人值守，由于人体散热形成的空调冷负荷也可以忽略不计；
4）当阀厅设计采用温度40℃，相对湿度50%设计时，阀厅室内空气焓值达到100.8kj/（kg·干空气），大于我国广东地区室外空气焓值（比如广州极端气象条件下的空气焓值仅为99.07 kj/（kg·干空气）），所以新风负荷也可以不予考虑。

综上所述，对于阀厅需要考虑的形成空调负荷的因素只有维护结构形成的冷负荷、设备散热和灯光照明散热。

阀厅的空调冷负荷中，关键在于换流阀的发热量。

换流阀设备的散热主要由水冷却系统带走，但有一部分会通过辐射和对流换热等因素散发到阀厅内。

不同阀体生产厂家对阀体的散热量的散热量也不同。

下图是某设备供货商提供的换流阀散热量与阀厅温度的关系情况。

当阀厅温度控制在40℃时，阀体发热量达到210kw。

散热量与阀厅温度的关系如下图2所示：
灯光照明散热是阀厅另一个需要考虑的热源。

阀厅内以30w/㎡的安装功率考虑照明负荷（轻工业工厂类厂房参考标准），因不能确定照明开关的确切时间，照明的冷负荷可按下式估算[2]：式中——照明设备的散热量（kw）；——蓄热系数，可取0.9；——照明的冷负荷（kw），经计算，特高压直流高端阀厅照明空调负荷大约为38kw，低端阀厅空调负荷约为17kw。

综上分析计算，当室内设计温度降低到40℃时，特高压直流高低端空调设计负荷分别约为300kw和260kw。

当然，不同工程的包括维护结构和阀体的发热情况都有所不同，需要进行负荷计算确定空调系统的容量。

3阀厅空调系统选型探讨
大型电制冷中央空调系统就冷却方式而言，可以分为水冷却空调系统和空气冷却空调系统。

由于受场地影响，同时由于阀厅周围布置着许多电气设备，对水比较敏感，所以目前已经投入运行的换流站空调系统都是采用的空气冷却方式。

目前用于阀厅的空调系统有两类典型型式，第一类是风冷冷(热)水机组加组合式空气处理机组系统，第二类是直接蒸发式空调机组系统（又称为屋顶式空调机组）。

直接蒸发式空调机组是将处理空气的各种功能段根据设计需要进行有机地组合，利用冷媒的直接循环，进入空气处理段对循环空气进行降温、去湿处理，由于其较风冷冷(热)水机组加组合式空气
处理机组系统减少了一层换流环节（冷水与冷媒的换热），运行效率较高。

但阀厅空调系统不宜采用此种空调系统。

因为阀厅设计温度高达40℃，在夏季运行时，室外新风温度较高，阀厅回风温度也比较高，这样回风与新风混合后空调进风温度高，进入蒸发段后，导致空调蒸发器压力升高，这样空调压缩机会因冷媒的蒸发压力长期过高而导致其不能正常工作，例如贵广一回肇庆换流站采用这种空调系统后，只得采取将一部分经蒸发器冷却后的空气回抽到蒸发器前与热空气混合降温后再经过蒸发器冷却的措施，尽管问题是解决了，但采取这样的方式，导致运行控制麻烦，而且制冷能量有所损失，降低了机组的运行效率。

目前较多采用的是采用风冷冷(热)水机组加组合式空气处理机组系统。

空气处理机组由回风机段、排风新风调节段、粗效过滤段、中效过滤段、表冷段、辅助电加热段、消声段、高效过滤段（高端阀厅），送风机段等功能段组成。

阀厅空调系统宜独立设置，并且100%备用。

4 结语
综上所述，阀厅空调系统设计参数主要由阀厅内阀体运行要求决定，其运行环境与常规舒适性空调有较大差别，设计时应充分考虑其设计参数的特殊性。

阀厅空调负荷计算主要考虑维护结构传热、设备发热和灯光照明负荷，其他负荷因素可以不予考虑。

阀厅空调系统宜采用风冷冷水机组，并充分考虑其安全运行要求。

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