摘要：简述电网环境气候试验室设计制冷、通风、抽真空、起雾的设计方案及需注意的节点。
关键词：超特高压试验,气候试验室,喷水覆冰,抽真空,污秽试验(起雾)
1引言
2008年1月中国南方的一场冰雪灾害，持续的低温雨雪冰冻造成电网大面积倒塔断线，13个省(区、市)输配电系统受到影响，170个县(市)的供电被迫中断，3.67万条线路、2018座变电站停运，110千伏至500千伏线路倒塔8868基，贵州500千伏电网基本瘫痪。停电给铁路、交通运输造成严重影响，给国民经济发展和人民生活带来巨大损失。国家急需针对特高压设备在不同环境条件下性能及抗击自然灾害能力的试验研究。
1 概况
国家电网武汉特高压试验基地环境气候试验室 (以下简称气候试验室)是国家电网公司对特高压输变电设备(1000kV及以下交流、直流输变电设备)进行人工污秽试验、高海拔(抽真空)试验、覆冰和融冰试验的大型试验室，由中国联合工程公司设计及施工总承包。
气候试验室由实验室罐体和保障系统及试验电源系统组成。
(1)实验室罐体为：直径21m、高25m，拱顶平底，内衬保温层的钢筋混凝土结构。罐体上设置1000kV高压穿墙套管装置、制冷系统通风管道、真空系统抽真空和破坏真空管道、喷水覆冰系统水管、观察窗等装置。
(2)保障系统由制冷系统、通风系统、真空系统、喷水覆冰系统、人工污秽试验系统、试验测量与自动控制系统、配电系统、电视监控系统和给排水系统组成。
(3)试验电源系统满足GB/T 4585-2004和IEC 60507：1991对试验电源的要求，由交流试验电源和直流试验电源两部分组成，由特高压基地提供11kV电源。
2 制冷系统设计
a) 特高压基地环境气候实验室技术要求
采用制冷机制冷方案，工作工况下，罐体内上下温差≤±2.5K，保证气流和温度稳定，满足带电覆冰要求，能协同喷水覆冰系统完成覆冰试验。
模拟最低环境温度-19℃;第一次降温24h内由常温到达设定温度-19℃，试验过程中降温4h内达到-19℃。
喷水覆冰：保证8h内(包括4h的降温准备)不同型号整串绝缘子在不同情况下形成冰桥。
保温性能要求在达到工作温度后，停机工况下，温度变化量≤5K/h。
b) 试验罐体保温及地面保温做法
罐体采用175mm厚聚氨酯现场喷涂发泡工艺，内表面采用0.5mm波形镀铝锌钢板，内框架与外围护结构采用绝热构件联接固定。
地面采用200mm挤塑板，运送台车轨道敷设在枕木上。
c) 负荷计算
按冷库负荷计算方法，由于为间歇工作，考虑每次试验要在24h内将室内地面、内壁、试验品等从常温降至试验温度所需负荷。经计算，机械负荷为294KW。
d) 设计方案
制冷机采用并联氟利昂压缩冷凝机组，蒸发冷冻设备采用非标吊顶式冷风机。由于试验罐体高度25m，为保证空间上下气流稳定，温度尽量一致，冷风机采用送风管和送风口造成稳定流场。为配合喷水覆冰，采用一台送风机和送风管道，沿喷水管条缝送风，加速结冰。
e) 控制
可现场控制与集中遥控，测控一体化，并具有楼控接口，可在集中控制主机上监测参数并控制设备。
3 人工污秽试验起雾系统
常温下产雾，保证试验品表面水汽凝结，15min内，空间充满雾。采用1套高压微雾加湿产雾系统，最大流量600kg/h，微雾加湿系统加湿效率高，为100%;加湿速度快，可迅速实现满雾;微雾雾径小，仅3～5μm;节能，安全可靠。室内湿度控制及喷雾量可根据室内湿度敏感元件控制变频调节，室内相对湿度设定90%±5℃。
4 通风系统
考虑人员进入需新鲜空气以及完成人工污秽试验后迅速(20～30min)排除水雾，设置机械排风，补风从门自然进风。主要问题是排风管考虑冷桥问题和负压密闭问题，排风管采用保温，墙外侧设电动密闭式蝶阀，墙内侧设电动保温翻板阀。
5 真空系统
抽真空系统主要由两台主泵和一台维持泵组成。在30min内使罐体压力从102.3kPa下降至50.0kPa(绝对压力);维持泵用来抽取罐体的漏气量，维持罐体内的真空度。
破坏真空装置采用两根DN200与罐体直接连接的管子，管子上装有气动高真空蝶阀。
穿墙管道密封做法：
6 喷水覆冰系统
带电覆冰：绝缘子固定在实验室里，喷嘴对称布置在实验室罐壁上，两侧对喷。
覆冰试验时，试验环境温度已经达到-19℃，喷嘴孔径很小，很可能会结冰堵塞而不能正常工作，因此必须用电加热丝消除冰堵，直接将电加热丝绑在喷嘴上。
下图为绝缘子覆冰状况：
7 存在问题
设计时考虑在不大幅度提高室内温度的情况下模拟自然融冰，当时电气专业拟采用大型灯直接照射覆冰绝缘子融冰，实施过程中发现较难实现，其一，光线照射能量随距离衰减很快，带电融冰又不允许靠近;其二，融冰时大量水雾，使能量衰减更快;其三，国内难以找到远距加热灯光。若采用大功率远距激光，制造周期长造价高，经与建设单位协商采用自然气流带电融冰。即开启排风，利用室外高温气流融冰及不带电情况下电热风融冰。
8 结语
特高压输变电设备环境气候试验对高压输变电设备研究具有重要意义，本环境气候试验室的建设受到国家有关部门及国家电网公司的高度重视，设计前期及施工中遇到较多技术难题，通过公司组织技术攻关，2007年顺利通过国家电网公司组织的技术论证并完成设计，工程已于2008年完工并已完成调试工作，交付国家电网公司使用，经2年使用情况，各项技术指标均满足要求，为国家电网特高压输变电试验提供有力保证。
