首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 电力工业论文 > 电力系统论文 > 变电站GIS大体积混凝土养护智能控制系统技术研究

变电站GIS大体积混凝土养护智能控制系统技术研究

2024-08-23 42 上传者：管理员

摘要：随着电力行业的不断发展，电网系统运行电压等级不断提高。近年来，电气一次设备制造有了巨大发展，国内诸多特高压变电站、换流站都大量引进超高压组合电器，设备基础的形式发生了巨大变化。变电站施工现场采用户内GIS（气体绝缘开关设备）基础，大体积混凝土基础已成为一种发展趋势。以智能控制为目的，以单片机及温度控制仪等核心器件为研究基础，结合工程现场实际展开研究，为变电站建设过程中大体积混凝土的养护提供指导性建议。

关键词：
GIS大体积混凝土
单片机
变电站
新型设备
智能控制
加入收藏

随着电力行业的不断发展，电气一次设备制造有了巨大发展，大量高性能、新型设备不断出现，设备趋于无油化，国产GIS朝高电压、大容量、三相共箱体方向发展，性能不断完善，应用面不断扩大，GIS组合电器在超高压变电站及特高压换流站中发挥着越来越重要的作用。近年来，国内诸多特高压变电站、换流站都大量引进超高压组合电器，设备基础的形式发生了巨大变化，如塔拉750 kV GIS基础长415.8 m、宽45 m，采用孤岛式大板基础，混凝土浇筑用量为22 980 m3；西宁北750 kV变电站工程750 kV GIS基础长240 m、宽27 m，混凝土用量大约为3 000 m3；海南750 kV变电站工程750 kV GIS基础全长768 m、宽28.5 m，采用户内筏板基础，混凝土浇筑用量为34 000 m3，是目前国内最长的750 kV GIS基础；红旗（塘格木）750 kV变电站工程变电站330 kV GIS基础在站内呈“一”字形布置，全长298 m、宽28 m，采用孤岛式大板基础，混凝土浇筑用量为4 200 m3。施工现场采用户内GIS设备基础，使得大体积混凝土基础成为一种发展趋势。

大体积混凝土在生产施工过程中放出大量热量，在结构的内外部形成很大的温度差，当温度差引起的温度应力超过混凝土的极限抗拉强度时，就会导致结构产生裂缝，既影响混凝土结构的外观质量，又会造成后期结构内部的钢筋锈蚀，严重影响混凝土结构的安全性、耐久性和使用性能。这类大体积混凝土结构极少数因外荷载作用而产生裂缝，产生裂缝的主要原因是水泥水化过程中释放的水化热引起的温度变化和混凝土收缩产生的温度应力，因此在施工过程中，必须严格控制温度差，减少温度差并控制裂缝的产生。

青海地区独特的高原低温、日夜大温差、阴阳面大温差、干燥等典型环境特点，给大体积混凝土的施工质量带来严峻挑战，导致养护困难、成本高，人工投入大。

目前，对变电站GIS大体积混凝土的养护技术及养护系统的研究尚待进一步深入。通过研究大体积混凝土的养护系统，现场科学合理组织施工，利用现场的供水管道与供电线路布置养护系统，可大幅度提升大体积混凝土的养护质量，节约人工成本、水资源，提高施工效率，提高大体积混凝土的工艺质量。

1、研究现状

1.1国内外研究现状

现阶段国内外对大体积混凝土养护技术研究均停留在理论分析及优化养护过程阶段，电力行业内施工现场的大体积混凝土养护一般都采用自然养护，如覆盖浇水养护、薄膜布养护，未涉及通过利用现场建筑结构及供水设备，结合温感系统数字模拟与通信技术实现智能控制。

1.2本公司对该项目的研究情况

2012年，青海送变电工程有限公司±800 kV哈郑特高压线路工程施工时曾发明“点滴法”养护技术，其设计初衷是仿照医院输液，减缓水的流量，使其均匀缓慢地淋于基础之上。但其水量大小必须依靠现场施工人员进行控制。2017年，在±1 100 kV吉泉特高压直流输电线路工程中引用了自主研发的混凝土智能滴灌养护系统，在实际应用过程中取得了较大的成功。但是相对于变电站内跨度较大的大体积混凝土基础，该装置不具有适应性，需要多点设置。总体来说，还是不够经济和便捷。

目前在变电站工程中利用现有建筑结构，采用智能化的控制装置来进行大体积混凝土基础养护的工艺尚无类似经验。该成果如果能在红旗（塘格木）750 kV变电站工程中应用成功，则对于以后变电站进行室内大体积混凝土设备基础养护具有指导意义，面向整个建筑行业具有较大的价值和社会效益。

2、大体积混凝土智能控制系统研究

2.1无线温度数据采集系统与各元件装置连接电路的设计

2.1.1现有技术

目前市面上主流的建筑电子测温仪器能直观、准确、快捷地显示被测温度，可靠性好、使用范围广，并且体积小、质量轻、操作简单、携带方便，适合工地及野外作业[1]。

在利用目前市面主流的电子测温仪器与预埋式测温线配合测量冬期施工混凝土和大体积混凝土内部温度时，主要依靠测量人员读取测温分布点的温度，在大面积作业或者作业面分布较广或分散时，人力投入较大，且无法准确、及时地读取并反馈温度信息，进而采取养护措施。该项工作对测量人员业务水平要求较高，在测量人员对国家技术规范和行业特点了解不清楚的情况下，很难对下一步需采取的措施给出明确指令，并且仪器在使用过程中寿命较短，无法通过后台编程实现智能化、自动化。

2.1.2现有技术存在的问题

现有技术存在的问题如下：①测温传感器无法实现数据自动传输，主要依靠测温人员读取，后期数据处理主要依靠测温人员手动计算、判定。②无测量数据处理平台，不能直观显示被测温度反映出的需求信息，如大体积混凝土表面系数比较小、水泥水化热释放比较集中、内部升温比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用[2]。如果测量人员无法实时读取被测温度，不能及时采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，就无法最大限度减少混凝土开裂现象[3]。

基于此，现需要重点解决以下2个问题：①实现测温传感器数据自动传输，不再依赖测温人员去现场测温分布点逐点读取，实现数据传输自动化，减少人力投入，实现测温及时、准确；②增加数据处理平台，通过对被测材料或者熟料的性能分析，依据行业特点及国家现行规范，对计算方式进行编程，通过设置数据阈值，直观显示正常、非正常状态以及所需采取措施。

2.1.3解决问题

针对这些问题，进行无线温度数据采集系统与各元件装置连接电路的设计。无线温度数据采集是一种基于单片机射频技术的无线温度检测装置，由温度采集部分、发送模块、接收模块、显示电路部分组成。发送模块由8路温度数据采集电路、看门狗电路、晶振电路、键盘电路、数码管显示电路及单片机组成，如图1所示。接收模块由晶振电路、复位电路、显示电路及单片机组成，如图2所示。

图1发送模块系统框图

图2接收模块系统框图

2.2喷淋系统控制电路设计

在喷淋系统中，需要控制水泵自动出水，因此本系统采用继电器控制水泵，以此控制出水量，系统图如图3所示。

图3水泵控制系统图

水泵作为自动养护的执行器件，需要长时间工作，并具有良好的防水特性。本系统选用型号为JT-160的微型水泵作为养护喷淋的执行器件，该型号的水泵具有适用温度范围广、功耗低等优点。电磁阀需要低电压触发，本设计中选用的电磁阀型号为单路SRD-05VDC-SL-C，供电电压为5 V。

2.3 GIS基础浇筑水化热温度监测

2.3.1测试设备

GIS混凝土测温将采用热电偶测温技术，通过预埋在混凝土内的热电偶，将其与电脑相连接，实现准确、实时的温度监控。

测温采用的设备及原理如图4所示。

2.3.2测温工作

在大体积混凝土浇筑过程中，必须重点关注混凝土内外温差及温度应力，做好保温措施，根据室外气温及天气调整养护时间，保证混凝土内部和表面的温度差小于25℃，降温速率小于3℃/d，根据GB 50496—2018《大体积混凝土施工标准》要求，对整个筏板基础养护进行测温工作。

图4测温设备及原理图

2.3.3测温点布置

为了保证测温点所测的温度曲线能全面、准确地反映混凝土结构内部温度的变化情况，在混凝土筏板中心部位设置2个测温点，在截面变化部位设置2个测温点。

竖向测温点布置：按照上部表面温度、中心部位温度、底部表面温度的检测要求进行布设，上部表面测温点设置在筏板表面下200 mm处，中间部位均匀间隔设置3个测温点，底部测温点设置在筏板底标高上200 mm处。测温点的布置必须均匀、全面兼顾，能客观反映内部温度变化的真实情况。具体测温点的布置如图5所示。

图5筏板混凝土测温点立面布置示意图

测温系统的安装和调试：传感器布置必须根据测温点的位置，绑扎在纵筋或分布筋上，确保稳固，不因混凝土浇筑产生偏移或脱落。传感器的导线布置通过排线套管引接到计算机控制室。电缆线的排布应规范整齐，在正式测温前必须进行试运行，保证其能正常使用后方可开始测温工作。

2.3.4温感探头的布置和标识

在埋设温感探头时，按浇筑分区和各测点的埋设进行编号。为防止温感探头损坏，每只探头埋设到位后应进行检测，确认其完好，并派专人用开口盒对温感探头进行围遮保护和看护。GIS基础模板拆除时间应在全部浇筑成型后5～7 d，混凝土的养护时间不得少于21 d。

3、结束语

本文基于红旗（塘格木）750 kV变电站工程研究了GIS大体积混凝土养护智能控制系统技术，主要采用无线温度采集系统和远程控制技术，由温度采集部分、接收/发送机及显示芯片组成，通过洒水装置的收发模板和无线温感系统，实现远程自动控制。通过研究大体积混凝土的养护系统，现场科学合理组织施工，能够大幅度提高大体积混凝土的养护质量，同时节约人工成本和水资源、提高施工效率和大体积混凝土的工艺质量，在电网建设过程中为大体积混凝土的智能养护提供了指导性建议。

参考文献:

[1]杨志学,张林艳,王立伟.大体积混凝土温度智能控制技术及防护措施研究[J].技术与市场,2023,30(9):100-103.

[2]李涛,张洵安,高娃.基于ANSYS的大体积混凝土温度应力的研究[J].混凝土,2010(12):43-46.

[3]刘志峰.大体积承台混凝土现场施工技术[J].工程建设与设计,2014(6):140-142.

文章来源:贺治邦.变电站GIS大体积混凝土养护智能控制系统技术研究[J].科技与创新,2024,(16):71-73.