李傳江

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司銅陵供電公司，安徽銅陵　244000）

高壓開關(guān)柜新型防凝露系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

李傳江

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司銅陵供電公司，安徽銅陵244000）

通過分析凝露的原理、開關(guān)柜凝露的原因及現(xiàn)有開關(guān)柜防凝露措施存在的不足，提出了一種高壓開關(guān)柜新型防凝露系統(tǒng)，詳細(xì)描述了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、應(yīng)用實(shí)施以及控制算法，為解決高壓開關(guān)柜普遍存在空氣濕度大、易凝露的難治理問題提供了有效的防范處理措施。

開關(guān)柜；凝露；濕度；傳感器

0　引言

目前，高壓開關(guān)柜因其結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在變電站35kV及以下設(shè)備中被廣泛應(yīng)用。而高壓開關(guān)柜又普遍存在空氣濕度大、易凝露等難治理問題。近年來，開關(guān)柜因凝露導(dǎo)致的絕緣故障頻發(fā)，輕則發(fā)生異響，重則導(dǎo)致開關(guān)室內(nèi)開關(guān)柜全部燒毀等惡性事故，影響供電可靠性，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

本文結(jié)合凝露產(chǎn)生的原理和變電站高壓開關(guān)柜運(yùn)行特點(diǎn)，總結(jié)現(xiàn)有防凝露措施存在的不足，提出了一種高壓開關(guān)柜新型防凝露系統(tǒng)和防凝露方法［1-3］。

1　開關(guān)柜凝露原因分析

1.1凝露產(chǎn)生原理

當(dāng)與空氣接觸的物體表面溫度低于空氣的露點(diǎn)時(shí)，其表面將發(fā)生凝露現(xiàn)象。露點(diǎn)溫度td，空氣濕度ρ及相對(duì)濕度RH三者沒有確切的函數(shù)關(guān)系，只有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖1為部分經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)系曲線。

由圖1可知，在空氣濕度保持不變的情況下，相對(duì)濕度較高時(shí)，其露點(diǎn)溫度越高且越接近空氣溫度。也就是說，相對(duì)濕度越高的空氣越容易因氣溫變化而產(chǎn)生凝露［4-6］。

圖1　露點(diǎn)溫度、空氣溫度及相對(duì)濕度關(guān)系曲線

1.2開關(guān)柜產(chǎn)生凝露原因

變電站大多設(shè)置在郊區(qū)，空氣濕度及氣候溫度變化大，高壓開關(guān)室設(shè)置有通風(fēng)口，且地面返潮，開關(guān)室空氣濕度較大。另外，高壓開關(guān)柜由金屬鍍鋅鋼板拼接而成，縫隙較多。且開關(guān)柜均為落地式，底部有高濕度的電纜溝，因此，室內(nèi)高壓開關(guān)柜內(nèi)部空氣濕度普遍較高，當(dāng)某一時(shí)間段供電負(fù)荷變小時(shí)，開關(guān)柜內(nèi)部導(dǎo)體、設(shè)備、絕緣件等部件的表面溫度會(huì)有所降低，此時(shí)在設(shè)備或絕緣件表面易形成凝露。

由凝露產(chǎn)生的原理可知，產(chǎn)生凝露主要有2個(gè)因素——空氣與設(shè)備表面的溫差，空氣相對(duì)濕度。開關(guān)柜供電負(fù)荷或其他導(dǎo)致設(shè)備表面溫差變化的原因較多且不可控，為防止開關(guān)柜凝露，應(yīng)將降低開關(guān)柜內(nèi)部空氣濕度作為主要措施。

2　新型防凝露系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及原理

根據(jù)開關(guān)室高壓開關(guān)柜運(yùn)行特點(diǎn)，研究出一套新型防凝露系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用空氣置換法，即通過對(duì)開關(guān)柜內(nèi)部送入潔凈、干燥的空氣，將內(nèi)部潮濕空氣排出柜體外，使柜體內(nèi)充滿干燥空氣，同時(shí)保證柜體內(nèi)部存在輕微的正壓力，使柜體外部或電纜溝內(nèi)的潮濕空氣無法進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)部，快速、高效地降低開關(guān)柜內(nèi)部空氣濕度，防止開關(guān)柜內(nèi)部凝露［7-9］。

該系統(tǒng)主要由空氣干燥凈化處理、送風(fēng)管道及溫、濕度信息采集等部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

空氣處理機(jī)將自然空氣經(jīng)凈化過濾、干燥等工序處理后，變成潔凈的干燥空氣，隨后由送風(fēng)管道輸送至設(shè)備柜體內(nèi)部，其內(nèi)部潮濕空氣通過柜頂排氣孔排出柜體外。

圖2　防凝露系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

柜體上部的傳感器采集柜體內(nèi)部的空氣溫、濕度情況，并將數(shù)據(jù)反饋至控制器，控制器根據(jù)接收到的設(shè)備柜體內(nèi)部空氣溫度、濕度數(shù)據(jù)，結(jié)合柜體內(nèi)部空間大小，通過比例-積分-微分（PID）控制算法計(jì)算并動(dòng)態(tài)控制空氣處理機(jī)的輸出功率及輸出潔凈、干燥空氣的流量，達(dá)到快速、高效調(diào)節(jié)設(shè)備柜體內(nèi)部空氣濕度的目的。

3　系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)施

該系統(tǒng)在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用還需結(jié)合開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，綜合考慮送風(fēng)管道的設(shè)置和安裝方式、干燥空氣的允許濕度范圍、PID控制算法的參數(shù)設(shè)置等。35，10 kV開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似，本文以35kV開關(guān)柜為例，該系統(tǒng)在35kV開關(guān)柜中的應(yīng)用實(shí)例如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例剖面圖

3.1送風(fēng)管道的布置

送風(fēng)管道的主管道敷設(shè)于一次電纜溝內(nèi)，各開關(guān)柜的支管道通過開關(guān)柜電纜室底部依次延伸至電纜室、斷路器室及母線室，并在各隔室內(nèi)設(shè)置帶防護(hù)網(wǎng)的排風(fēng)口，潮濕空氣由開關(guān)柜頂部泄壓通道處的通風(fēng)口排出，管道走向及柜內(nèi)氣體流動(dòng)方向如圖4所示。

3.2傳感器的設(shè)置

每臺(tái)35 kV高壓開關(guān)柜均可分為母線室、斷路器室、電纜室及繼電保護(hù)室4個(gè)隔室，且大部分?jǐn)嗦菲魇液碗娎|室均為落地式，即與地面或電纜溝接觸，一次、二次電纜均經(jīng)電纜室或斷路器室敷設(shè)至電纜溝。斷路器室和電纜室內(nèi)空氣濕度較大，易凝露，導(dǎo)致設(shè)備絕緣下降甚至發(fā)生放電、閃絡(luò)、燒毀等事故。將斷路器室和電纜室空氣溫濕度的檢測(cè)數(shù)據(jù)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制輸入?yún)?shù)，在該隔室內(nèi)安裝傳感器1， 2，如圖3所示。

由于水蒸氣的密度較空氣密度低，熱空氣密度較冷空氣低，所以在設(shè)備內(nèi)上部空間的空氣溫度和濕度略高，故將傳感器安裝在隔室的電氣設(shè)備元件集中區(qū)域的上部。

4　控制策略

該系統(tǒng)主要是通過傳感器檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)部空氣濕度，并將檢測(cè)的數(shù)據(jù)送至控制器，由控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，確定空氣處理機(jī)的空氣處理功率及送風(fēng)量的大小，最后將干燥潔凈的空氣送至開關(guān)柜內(nèi)部，再由傳感器采集溫濕度信息并將數(shù)據(jù)反饋至控制器，依次循環(huán)?？刂屏鞒倘鐖D5所示。

4.1數(shù)據(jù)采集處理

在每臺(tái)開關(guān)柜斷路器室和電纜室分別安裝傳感器1，2，由于每臺(tái)設(shè)備內(nèi)部空氣溫濕度不盡相同，因此每只傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信息也不同，而該系統(tǒng)只有1臺(tái)空氣處理機(jī)，且送風(fēng)主管道公用，因此送入每臺(tái)開關(guān)柜內(nèi)的干燥空氣的濕度是相同的。為保證送入的干燥空氣能滿足每臺(tái)開關(guān)柜的需要，對(duì)采集到的各開關(guān)柜空氣溫濕度信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和計(jì)算，確定合適且有代表性的數(shù)據(jù)作為輸入?yún)?shù)。

圖4　送風(fēng)管道布置

圖5　系統(tǒng)控制流程

該系統(tǒng)采用平均數(shù)的方法，即共有n臺(tái)開關(guān)柜，檢測(cè)到的空氣濕度數(shù)據(jù)分別為ρ11，ρ12，…，ρ1n，ρ21，ρ22，…，ρ2n共計(jì)2n個(gè)數(shù)據(jù)，則將計(jì)算數(shù)據(jù)ρin=（ρ11+ρ12+…+ρ1n+ρ21+ρ22+…+ρ2n）/2n作為該組開關(guān)柜內(nèi)的空氣濕度數(shù)據(jù)。

4.2控制算法

通過分析開關(guān)柜運(yùn)行情況，結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得出，在開關(guān)柜內(nèi)空氣濕度≤50%時(shí)，開關(guān)柜內(nèi)基本不會(huì)出現(xiàn)凝露或絕緣件絕緣值下降情況。因此，該系統(tǒng)將開關(guān)柜內(nèi)空氣濕度默認(rèn)目標(biāo)值設(shè)定為（50%± 2%），空氣處理機(jī)處理后的空氣濕度設(shè)為48%。

設(shè)定空氣處理機(jī)的出風(fēng)量（送風(fēng)管道的送風(fēng)量），需結(jié)合設(shè)備運(yùn)行情況和外部潮濕空氣滲入開關(guān)柜的速度。若出風(fēng)量過小，開關(guān)柜內(nèi)空氣濕度會(huì)不斷上升，無法滿足開關(guān)柜空氣濕度要求；若出風(fēng)量過大，則造成不必要的浪費(fèi)。

在該系統(tǒng)中分別設(shè)置開關(guān)柜內(nèi)當(dāng)前空氣濕度、干燥空氣置換效率、開關(guān)柜容積及外部潮濕空氣滲入率等參數(shù)，采用PID控制算法［10-15］，計(jì)算出空氣處理機(jī)的出風(fēng)量和送入開關(guān)柜的干燥、潔凈空氣速率。

5　應(yīng)用前景

該系統(tǒng)不僅適用于變電站內(nèi)所有封閉式開關(guān)柜內(nèi)空氣的調(diào)節(jié)，還適用于其他高壓電氣設(shè)備控制柜的除濕，對(duì)有中置柜的變電站具有廣闊的應(yīng)用前景。

6　結(jié)束語(yǔ)

新型防凝露系統(tǒng)改善了變電站高壓電器柜殼體及內(nèi)部機(jī)構(gòu)產(chǎn)生凝露的現(xiàn)象，尤其是高壓開關(guān)柜，大大降低了由于凝露而造成局部放電或引發(fā)短路的事故，同時(shí)也改變了變電站高壓開關(guān)柜的運(yùn)行環(huán)境，消除了現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)的安全隱患，有效降低了變電站開關(guān)柜絕緣故障的發(fā)生概率。

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（本文責(zé)編：弋洋）

TM 591

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1674-1951（2016）08-0016-03

2016-05-16；

2016-07-15

李傳江（1985—），男，湖北黃岡人，高級(jí)工程師，從事變電設(shè)備檢修和維護(hù)工作（E-mail：licj4535＠aliyun.com）。