張丹陽，林昂，韋浩洋

(國網(wǎng)金華供電公司，浙江　金華　321001)

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戶外端子箱的防護措施及其設計規(guī)范

張丹陽，林昂，韋浩洋

(國網(wǎng)金華供電公司，浙江金華321001)

端子箱在一次設備與二次設備中起連接中轉作用，是變電站的重要輔助設備。因長期安置于環(huán)境惡劣的戶外，難免受塵土、潮濕、溫度、鼠蟲等因素的影響，使端子箱內(nèi)部的線纜和元器件遭受不同程度的損害。對此本文從箱體結構、防潮控溫、維修更換等方面綜合考慮，提出了一系列戶外端子箱的防護措施及其設計規(guī)范。設計了“內(nèi)膽式”端子箱雙層箱體結構；采用了除濕調(diào)溫自動控制系統(tǒng)；提出統(tǒng)一采購安裝標準；安裝全面實時監(jiān)控設施等等。綜上所提防護措施能全面保障戶外端子箱的正常運行。

端子箱防護；溫濕度調(diào)控；防潮除濕；防塵防銹；箱體結構

1　引言

端子箱為變電站重要的戶外輔助設備，是變電站現(xiàn)場運行設備中控制、保護、測量、計量等回路模擬量提取的中轉設備。保證戶外端子箱的安全可靠運行是實現(xiàn)電力系統(tǒng)智能控制、穩(wěn)定供電的基礎[1]。

端子箱一般安置于環(huán)境惡劣的戶外，易受自然環(huán)境以及人為因素的影響，如金屬外殼銹蝕、內(nèi)部潮濕、溫差變化、蟲鼠水土等物進入以及人為故意盜拆破壞等，這些影響都一定程度上給戶外端子箱造成損害，不利于端子箱的安全穩(wěn)定運行。對此有必要針對上述問題展開研究，提出全面有效的戶外端子箱防護措施，這對維護電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義[2-3]。

在對戶外端子箱的防護研究中，目前大多數(shù)研究主要集中在端子箱內(nèi)部的防潮與除濕上[4-7]。如華北電力大學、重慶市電力公司等單位均對端子箱內(nèi)部的除濕措施進行了研究。但是目前的研究內(nèi)容比較單一，缺乏綜合考慮端子箱在箱體機械結構、內(nèi)部溫度濕度控制、帶電維修更換等方面存在的問題。所以研究一套全面合理的防護措施當務之急[8-10]。

對此，本文對戶外端子箱進行一系列綜合性防護研究，提出了相應的戶外端子箱的防護措施及其設計規(guī)范。論文首先從戶外端子箱的整體出發(fā)，全面的分析了戶外端子箱現(xiàn)存的問題，并針對問題就防護措施逐一進行了探討，分別在端子箱箱體結構、箱內(nèi)溫濕度自動控制等方面提出了一系列防護措施與設計規(guī)范。

2　戶外端子箱現(xiàn)存問題分析

(1)箱體結構的銹蝕性問題

由于傳統(tǒng)端子箱多采用鐵制材料的緣故，置于戶外的有氧潮濕環(huán)境下，端子箱鐵制結構極易氧化銹蝕，這對端子箱的美觀與機械性能等方面造成了極大的影響。針對箱體外殼銹蝕的傳統(tǒng)防護措施為在箱殼外涂上防銹油漆。事實證明，隨著時間的推移，油漆層容易脫落，導致很多端子箱外殼銹蝕更加嚴重，影響箱體的密封性導致端子箱滲水。更有甚者銹蝕直接影響端子箱的接地效果和屏蔽作用。故涂油漆是一種治標不治本的防銹措施，無法根本的解決箱體金屬結構的銹蝕問題。

(2)箱內(nèi)溫濕度的控制困難問題

端子箱內(nèi)部含有大量的接線端子、電纜、元器件等，由于端子箱內(nèi)部的溫度、濕度等環(huán)境因素無法控制，導致箱體內(nèi)部溫濕度變化較大。如四季氣候更迭，晝夜溫差變化，都可造成很大溫度差。巨大的溫差變化對端子箱內(nèi)部的電纜和元器件來說是一種嚴峻的考驗，它會加速端子箱內(nèi)部元器件和電纜的老化速度，減少其使用壽命。而端子箱內(nèi)部的濕度也會影響其運行狀態(tài)。還有當端子箱內(nèi)的濕空氣達到露點溫度時容易形成水霧，端子箱內(nèi)的電氣設備長期處于這種環(huán)境下，其絕緣能力將隨之下降，影響了機械及電氣性能。嚴重者會在絕緣體表面沿面放電或者發(fā)生故障。

(3)端子箱整體的兼容性較差問題

通常情況下，一個變電站中含有數(shù)個甚至數(shù)十個端子箱，然而端子箱廠家不同，直接帶來了兼容性差的問題。以浙江金華供電公司為例，公司下屬110kV以上變電站共135座，站內(nèi)端子箱共計1000余個。這些端子箱來自不同的生產(chǎn)廠家。不同廠家的端子箱尺寸和形狀多種多樣，導致變電站現(xiàn)場安裝時所需的場地大小和安裝方式等不同，給現(xiàn)場安裝和更換帶來了諸多不便。

(4)端子箱帶電操作困難問題

目前變電站用的端子箱基本為一體式結構，一般需要停電才能更換，且更換過程復雜，更換時間長。長時間停電，給供電公司和用戶帶來較大影響。由于變電站停電時間的限制，某些變電站無法在一次停電時將所有需要更換或維護的端子箱處理好，導致部分需要更換的端子箱依然在運行，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行也埋下了巨大的隱患。

(5)人或動物破壞

戶外端子箱為公共供電設施，與人們的生活息息相關。但是人為故意破壞端子箱的惡劣現(xiàn)象仍時有發(fā)生。蟲鼠等動物的誤闖也會對端子箱造成不小的損害。目前對于此類現(xiàn)象的防護措施甚少，有必要對監(jiān)控報警系統(tǒng)加以完善，有便于及時發(fā)現(xiàn)并阻止破壞事故的發(fā)生。

3　內(nèi)膽式端子箱體結構改進方案

針對戶外端子箱現(xiàn)存外物進入，金屬銹蝕，溫濕變化等問題。本文從端子箱的機械結構入手，提出了一種“內(nèi)膽式”端子箱體結構。

“內(nèi)膽式”端子箱體結構即端子箱由內(nèi)外兩層殼體結構組成。外層采用防銹的不銹鋼材料，內(nèi)層采用隔熱阻燃性良好的玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂復合材料(以下簡稱為SMC)。將不常操作的電器元件安置于內(nèi)部安裝支架上；經(jīng)常操作的電氣開關、顯示儀表等裝置鑲嵌置于內(nèi)殼表面。具體結構圖如圖1所示。

圖1　端子箱結構圖

圖1中箱體正面的為操作面，打開正面門就能實現(xiàn)常規(guī)操作。端子箱體側面門主要是為了更換端子箱內(nèi)膽而設置，平時處于關閉狀態(tài)。箱內(nèi)中部的網(wǎng)狀支架用于安裝電氣設備。內(nèi)殼頂部的出氣孔用于內(nèi)外氣體流通，防止完全封閉造成的箱體內(nèi)外氣壓不平衡現(xiàn)象。箱體底部置放的干燥劑用于輔助溫濕控制器實現(xiàn)防潮功能。溫濕控制器的主要作用是為了控制內(nèi)部溫濕度穩(wěn)定在合適范圍以內(nèi)，內(nèi)置溫度與濕度傳感器，根據(jù)傳感器測得的溫濕度實施控制措施。如：當箱內(nèi)濕度過高時，通過加熱使水汽上升從內(nèi)殼頂端出口溢出，溢出的含水熱氣遇到冰冷的金屬外殼壁液化成水，從內(nèi)外殼之間夾縫中流下，直到順著出水槽流出箱外，從而實現(xiàn)防潮除濕的功能。

端子箱外殼采用不銹鋼材料作為箱體，可以很好的防止生銹。與普通鐵制箱體相比而言，雖然采用不銹鋼材料制成的箱體投入成本較高，但是壽命長，外表美觀。改造替換下的材料還可以實現(xiàn)再利用。這里需要強調(diào)的是端子箱由不銹鋼材料焊接制成，在焊接點處防銹能力相對較低，需要附加刷漆刷油等防銹措施。

端子箱的內(nèi)層殼材料采用SMC。這種材料具有不易變形、機械強度高的特點，同時還有很好的隔熱阻燃性。這能很好的避免外部晝夜溫度的變化對箱內(nèi)溫濕度的影響。很好的克服不銹鋼外殼導熱性強的缺陷，從而使內(nèi)外殼的性能達到相得益彰的效果。

不僅如此，由于端子箱具有內(nèi)外兩層殼，內(nèi)殼封閉相對緊密，通氣孔又留在內(nèi)殼的箱頂，出水槽留在外殼的箱低，且安裝有網(wǎng)罩與過濾體。能很好的防止蟲鼠、灰塵等外物的進入。從空氣的流通途徑來看更加便于箱體內(nèi)部的防潮。將操作開關和顯示界面鑲嵌裝在內(nèi)殼面上，復雜的電氣安裝以及操作少的電器設備置于內(nèi)箱里。簡化了操作界面，打開端子箱外門就能觀看儀表并操作，操作簡單，能很好的避免操作失誤造成的其他故障。

4　箱內(nèi)溫濕度控制

箱外環(huán)境變化會對箱內(nèi)的溫濕度造成一定的影響，從而影響內(nèi)部元件的壽命，甚至導致故障。因此要采用相應的防護措施實現(xiàn)箱內(nèi)溫濕度穩(wěn)定在適當?shù)姆秶詢?nèi)?，F(xiàn)今，端子箱的除濕調(diào)溫方式主要有三種:采用干燥劑、加熱器、溫濕度自動控制系統(tǒng)。

(1)干燥劑是一種物理除濕方法。優(yōu)點：不需要接電源,應用方便簡單；缺點：除濕效果不佳,需定期檢查和更換,維護工作量大。

(2)加熱器除濕法就是加熱使水汽化隨空氣溢出箱外。優(yōu)點：除濕效果較好；缺點：加熱器須外接電源，長期加熱會導致箱內(nèi)溫度過高,造成絕緣老化,縮短了設備壽命。且加熱器需要人工開關,無法自動智能控制，不發(fā)保證箱內(nèi)溫度恒定。

(3)溫濕度自動控制系統(tǒng)是分別用內(nèi)置溫度、濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)智能控制箱內(nèi)溫濕度。當箱內(nèi)濕度高于設定值時,啟動開關溫濕控制器工作；當箱內(nèi)濕度低于設定值時,溫濕控制器開關關閉。優(yōu)點：對箱內(nèi)溫濕度實現(xiàn)了智能控制，能很好的維持箱內(nèi)溫濕度的穩(wěn)定，且無需運行人員的頻繁操作。

綜上所述，國內(nèi)外在端子箱內(nèi)部溫濕度控制方面研究的是較多的。主要是因為溫濕度對端子箱的影響確實很大，同時也說明電力行業(yè)對端子箱內(nèi)部溫濕度影響的重視。當箱內(nèi)溫度過低時，易導致外界濕潤空氣內(nèi)流，出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，破壞了干燥的內(nèi)部環(huán)境，不利于內(nèi)部設備的運行與保養(yǎng)；為了保持箱體內(nèi)部干燥環(huán)境，干燥劑按其除濕效果僅可用于輔助防潮除濕。最有效的方法還是采用加熱器升高內(nèi)部溫度，使水汽化隨熱空氣外流。此法確實有效的減小了內(nèi)部的水分含量，但是溫度過高極易加速內(nèi)部元器件絕緣層老化，縮短了設備的應用壽命。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)溫濕度自動控制器的優(yōu)勢明顯。采用智能手段，能合理的自動控制箱內(nèi)的溫濕度。故在本文中采用的溫濕度控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

如圖2本溫濕度控制系統(tǒng)主要由三部分組成：電源轉換部分、控制部分、除濕調(diào)溫部分。

電源轉換部分主要是將220V交流電轉換成5V或者10V的直流電，為控制系統(tǒng)中的電子設備提供電能。

圖2　溫濕度自動控制系統(tǒng)

控制部分主要由溫濕度采集器、微處理器、控制開關、通信設備、監(jiān)控操作平臺組成。一般控制路徑設置有兩種：路徑一，由溫濕度采集器實時采集箱內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳至處理器，在處理器內(nèi)與設定值進行邏輯比較，啟動或者關閉開關裝置，從而達到控制除濕調(diào)溫裝置的目的。此控制方式主要用于平時溫濕度的智能自動控制；路徑二，由溫濕度采集器實時采集箱內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳至監(jiān)控平臺，由工作人員進行人為分析后，根據(jù)需要發(fā)出控制除濕調(diào)溫裝置的開關命令，從而實現(xiàn)箱內(nèi)溫濕度的控制。此路徑主要是應對特殊狀況(如電氣試驗，或者人工應急備用式操作)。

除濕調(diào)溫部分主要是通過溫度變化來控制水的狀態(tài)，從而保證在溫度不至過高的基礎上實現(xiàn)除濕防潮的功能。如圖2所示，將制冷部分裝于端子箱內(nèi)殼與外殼之間。結合圖1所示的機械結構介紹除濕流程如下：當控制系統(tǒng)閉合開關之后，除濕調(diào)溫裝置開始工作，內(nèi)殼外部的制冷片使內(nèi)外殼之間的溫度下降，空氣中的水液化，殼內(nèi)的散熱風扇使得內(nèi)部溫度升高，且加快了內(nèi)部空氣流動，熱空氣上升，經(jīng)過內(nèi)殼上端的出氣孔溢出內(nèi)殼外，熱空氣遇冷，液化成水順著殼壁流下，通過排水槽流出箱外，從而實現(xiàn)了箱內(nèi)的除濕防潮功能。由于內(nèi)部主要是吹的熱風溫度不至過高，不會損壞內(nèi)部的絕緣設備。

5　其他防護措施

根據(jù)端子箱的防護要求，本文除了在端子箱的結構上提出內(nèi)膽式結構、除濕調(diào)溫方面采用溫濕度自動調(diào)控系統(tǒng)。本文還相應的提出了一系列輔助防護措施。

(1)為了克服現(xiàn)存端子箱種類多樣、兼容性較差的問題。在端子箱的購置時就應該做好長遠規(guī)劃。形成變電站端子箱生產(chǎn)、采購、安裝、維護等過程中的統(tǒng)一標準，形成相應的規(guī)范和規(guī)程，用以規(guī)范生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)端子箱的材料、尺寸、接口，安裝工具與方式等。規(guī)范的目的就是統(tǒng)一端子箱形狀、尺寸、以及接口等標準，提高端子箱的兼容性，便于安裝維修以及更換。

(2)對于維修更換復雜，帶電操作困難的問題，文中提出的“內(nèi)膽式”端子箱結構能很好的解決。端子箱的外殼可以固定安裝在戶外，當端子箱故障需要更換時，可直接更換相同型號的“內(nèi)膽”。如此維修更換設備極為方便，且可以基本做到帶電作業(yè)，對正常供電運行造成的影響小。

(3)為了防止不良人為破壞，可在端子箱附近安裝監(jiān)控設備，在端子箱外裝報警設備。并對端子箱附近的居民做好端子箱防護科普教育，動員廣大群眾的力量共同監(jiān)督維護公共設施不受損害。同時對故意損害公共設施的不法行為，訴諸于法律，給予相應的法律制裁。

(4)為防止蟲鼠對端子箱的破壞，可以在端子箱周圍置放樟腦丸等非劇毒性除蟲驅鼠藥物。

6　結論

本文提出端子箱“內(nèi)膽式”箱體結構、智能溫濕控制系統(tǒng)、統(tǒng)一端子箱配置規(guī)范等一系列措施。能很好的解決端子箱金屬箱體銹蝕，兼容性差，防潮控溫，帶電維修更換等問題。不僅如此，還對人為故意破壞和動物誤闖等現(xiàn)象提出了相應的對策，并安裝了全方位實時監(jiān)控設施。本文措施能全面的防護戶外端子箱不受損害，縱使箱內(nèi)設備的更換與維修也能做到快速方便操作，且兼容性好。這對維護電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。

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Protection Measures of Outdoor Terminal Box and Its Design Specification

ZHANGDan-yang,LINAng,WEIHao-yang

(State Grid Jinhua Power Supply Company,Jinhua 321001,China)

Terminal box act as connection and transit between primary equipment and secondary equipment,which is the important auxiliary equipment of substation.Because of being set on extreme outdoor environment,terminal box suffer from dust,moisture,temperature and pests that damage the cable and components in different degree.So this paper come up with a series of protection measures of outdoor terminal box and it′s design specification in comprehensively consider of the enclosure structure,moisture temperature control,maintenance and replacement.Design inner tank type terminal box double enclosure structure.Introduce desiccant air-conditioning automatic control system.Propose unified purchasing installation standard.Install a comprehensive real-time monitoring facilities.Based on the proposed protective measures can guarantee the normal operation of the terminal box.

terminal box protection;temperature and humidity control;moistureproof dehumidification；dust and rust prevention;box structure

1004-289X(2016)02-0007-04

TM63

B

2015-11-06