趙京京　吳樹平　邵逸鎮(zhèn)

摘要：根據(jù)南方地區(qū)春夏季節(jié)雨水多、高溫高濕的氣候特點(diǎn)，文章分析了高溫、潮濕、凝露等因素對10kV高壓室室內(nèi)設(shè)備的影響，提出了10kV高壓室室內(nèi)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的整體除濕降溫的方法，并設(shè)計(jì)了一套綜合智能的環(huán)境測控系統(tǒng)，達(dá)到了解決10kV高壓室室內(nèi)設(shè)備受高溫潮氣影響的目的。

關(guān)鍵詞：10kV高壓室；10kV開關(guān)柜；除濕；降溫；電力設(shè)備；環(huán)境測控系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM64 文章編號(hào)：1009-2374（2016）34-0099-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.049

10kV高壓室室內(nèi)設(shè)備（主要是10kV開關(guān)柜）在運(yùn)行過程中，由于高溫、潮濕、凝露等原因，設(shè)備電氣性能下降明顯，嚴(yán)重者甚至造成事故。由于當(dāng)前電氣設(shè)備的除濕降溫的手段主要采用局部除濕的方法，并不能解決除濕空間內(nèi)所有設(shè)備的生銹、老化和絕緣下降等問題。針對這一系列問題，本課題探討研究了10kV高壓室室內(nèi)運(yùn)行環(huán)境的整體除濕降溫方法，為10kV高壓室室內(nèi)除濕提供了有效方法。

1 存在問題

目前變電站設(shè)備維護(hù)最大的瓶頸是一、二次元件受到潮氣（凝霜）和高溫的損害，導(dǎo)致設(shè)備缺陷，具體影響體現(xiàn)在以下方面：

1.1 引起運(yùn)行設(shè)備銹蝕

金屬銹蝕有一定的相對濕度臨界值，例如：鋼為70%、銅為60%、鋁為76%、鐵為63%、鋅為60%。在臨界濕度出現(xiàn)前腐蝕速度很小或幾乎不腐蝕，一旦進(jìn)入臨界濕度后，腐蝕性由化學(xué)腐蝕變成電化學(xué)腐蝕，銹蝕進(jìn)程發(fā)生質(zhì)變，腐蝕速度大大增加。進(jìn)入臨界濕度后，溫度的影響會(huì)起很大的作用，此時(shí)溫度每升高10℃，銹蝕速度則提高約2倍。銹蝕對開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備主要存在以下

影響：

1.1.1 開關(guān)柜內(nèi)主回路導(dǎo)體多為銅排或鋁排，銹蝕將直接影響導(dǎo)體搭接面的接觸電阻，這是導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱缺陷的一個(gè)重要原因。

1.1.2 對開關(guān)柜內(nèi)操動(dòng)機(jī)構(gòu)而言，金屬零部件的銹蝕是導(dǎo)致機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分卡澀的主要原因，同時(shí)加劇了設(shè)備零部件的老化，導(dǎo)致設(shè)備整體性能的下降，影響設(shè)備壽命。

1.1.3 潮濕會(huì)引起開關(guān)柜內(nèi)的輔助開關(guān)等二次元器件的插接件氧化，導(dǎo)致接觸不良或焊接性變差，引起二次設(shè)備的故障。

1.1.4 開關(guān)柜殼體銹蝕影響設(shè)備美觀，對設(shè)備的密封性造成影響。

1.2 濕度高影響設(shè)備絕緣性能

1.2.1 空氣濕度較高甚至發(fā)生凝露時(shí)，引起柜內(nèi)二次設(shè)備絕緣性能下降，如柜內(nèi)平時(shí)不帶電的繼電器線圈，長期工作在濕度較高的環(huán)境下，水分會(huì)滲入線圈絕緣部分，使線圈受潮，絕緣性能下降；繼電器的常開節(jié)點(diǎn)也可能由于受潮導(dǎo)致短路，引起設(shè)備誤動(dòng)。

1.2.2 10kV開關(guān)柜集成度高，柜內(nèi)一次設(shè)備的絕緣裕度相對較小，當(dāng)空氣濕度增大時(shí)，電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度大幅度下降，如果在設(shè)備絕緣表面或內(nèi)部形成結(jié)露，將大大增加電氣設(shè)備的絕緣閃絡(luò)故障的概率。

1.3 濕度過低影響自動(dòng)化設(shè)備的正常工作

低濕度會(huì)產(chǎn)生靜電，這將干擾自動(dòng)化設(shè)備的正常運(yùn)行和損壞電子元件。

2 原因分析

針對提出的以上問題，進(jìn)行了原因分析，分析了產(chǎn)生凝露的原因以及當(dāng)前設(shè)備主要的除濕方法，并分析其可行性。

2.1 凝露原因分析

2.1.1 變電站均設(shè)置有門、窗、通風(fēng)風(fēng)機(jī)，部分位置密封不嚴(yán)，無法做到嚴(yán)格意義上的密封。站內(nèi)溫濕度會(huì)隨著室外環(huán)境呈周期性變化。

2.1.2 空調(diào)的主要作用是調(diào)節(jié)溫度，對室內(nèi)濕度控制效果不明顯，特別是低溫高濕的氣候下，空調(diào)根本不起作用。雨季或外界環(huán)境濕度較高時(shí)，墻壁透氣柵和門窗縫隙使室內(nèi)空氣與外界空氣直接相通，當(dāng)室內(nèi)濕度控制措施不足以調(diào)節(jié)進(jìn)入的水分時(shí)，高濕空氣就容易沿柜體縫隙進(jìn)入開關(guān)柜。

2.1.3 柜內(nèi)濕度較高、溫差較大時(shí)，會(huì)使柜體內(nèi)的環(huán)境空氣的不飽和水蒸氣瞬間飽和，在柜內(nèi)元件上形成凝露。

2.2 電力設(shè)備當(dāng)前主要除濕方法及其局限性

2.2.1 柜內(nèi)加裝電加熱器，對設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行加熱，通過提高柜內(nèi)溫度，降低柜內(nèi)相對濕度。該方法存在以下局限性：（1）這種方法并不能從根本上消除凝露，原因在于這種方法只是增加空氣中水蒸氣的不飽和程度，并沒有將柜內(nèi)的水汽排出。由于設(shè)備內(nèi)部加熱，翻倍增加銹蝕速度，大大縮短設(shè)備的壽命；（2）開關(guān)柜體數(shù)量眾多，每個(gè)柜體都需要安裝，導(dǎo)致前期安裝費(fèi)用高、后期維護(hù)困難，除濕器眾多導(dǎo)致除濕設(shè)備出現(xiàn)故障點(diǎn)的概率提高；（3）內(nèi)部柜體比較狹窄，里面設(shè)備安裝比較緊湊，沒有預(yù)留出空間專門用于安裝除濕器，導(dǎo)致取電及安裝存在難題。

2.2.2 柜內(nèi)加裝驅(qū)潮劑，在柜體內(nèi)懸掛硅膠袋或者是其他的吸水材料，吸收柜內(nèi)濕氣。該方法存在以下局限性：因?yàn)槲畡┪萘坑邢?，且吸收的水分很難排出，所以效果往往并不明顯，且更換工作量大。

2.2.3 柜內(nèi)加裝半導(dǎo)體除濕器，通過局部制冷凝露將水排出，降低柜內(nèi)相對濕度。局限性：用半導(dǎo)體除濕，需要占用柜體內(nèi)一定的空間，排水直接到線纜溝影響線纜壽命，需要要架設(shè)專門的出水管路，某些柜體內(nèi)取電也是比較困難，并且除濕設(shè)備出現(xiàn)問題后不易維修更換。

2.3 結(jié)論

上述各方法在預(yù)防凝露的同時(shí)都帶有難以克服的問題。

3 解決問題

根據(jù)以上原因分析，提出對整個(gè)房間10kV高壓室室內(nèi)進(jìn)行整體除濕，從根本上解決電力設(shè)備內(nèi)部的潮濕問題，大大延緩電力設(shè)備銹蝕進(jìn)程，增加設(shè)備可靠性，延長整個(gè)環(huán)境中電力設(shè)備運(yùn)行壽命。

3.1 開關(guān)柜濕度控制的標(biāo)準(zhǔn)

變電站的主控室、計(jì)算機(jī)室、繼電器室通信機(jī)房及其他工藝設(shè)備要求的房間宜設(shè)置空調(diào)。空調(diào)房間的室內(nèi)溫度、濕度應(yīng)滿足工藝要求，工藝無特殊要求時(shí)，夏季設(shè)計(jì)溫度為26℃～28℃，冬季設(shè)計(jì)溫度為18℃～20℃，相對濕度不宜高于70%；計(jì)算機(jī)室應(yīng)保證室內(nèi)相對濕度在45%～70%范圍內(nèi)，任何情況下不允許有結(jié)露；廠家對中壓柜的運(yùn)行維護(hù)要求中規(guī)定的最大相對濕度為70%。由于開關(guān)柜內(nèi)含一次、二次設(shè)備，綜合以上標(biāo)準(zhǔn)，開關(guān)柜的運(yùn)行環(huán)境的濕度控制在45%～70%為合適。

3.2 設(shè)計(jì)整體除濕系統(tǒng)

3.2.1 系統(tǒng)原理。達(dá)到高壓開關(guān)室內(nèi)整體除濕，防止開關(guān)柜內(nèi)凝露、銹蝕的目的，必須進(jìn)行兩方面的考慮：一是防凝露裕量設(shè)計(jì)；二是銹蝕濕度臨界值控制防止凝露需要計(jì)算一天溫降最大溫差。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臏囟?，對?yīng)時(shí)刻的相對濕度，計(jì)算出對應(yīng)時(shí)刻的絕對濕度。根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，算法計(jì)算出一天中最大的絕對濕度（應(yīng)該在室外開始結(jié)露的時(shí)刻）。通過絕對濕度與溫降，可以算出最高、最低露點(diǎn)溫度。參考最低露點(diǎn)溫度進(jìn)行除濕，從而達(dá)到預(yù)防凝露的目的。變電站室內(nèi)與柜體內(nèi)部濕度平衡是非常重要的一個(gè)參數(shù)，通常情況下可認(rèn)為變電站室內(nèi)濕度任意時(shí)刻都等于柜體內(nèi)部濕度。但是柜體內(nèi)外氣體交換是有一定時(shí)間的，所以在計(jì)算柜體內(nèi)部凝露時(shí)要考慮到濕度交換時(shí)間。

3.2.2 環(huán)境濕度控制系統(tǒng)（裝置）。環(huán)境濕度控制系統(tǒng)是根據(jù)電氣柜內(nèi)久聚潮濕空氣的除濕治理而研制，并按穩(wěn)定可靠、效率高、便于安裝的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。原理是通過對整體環(huán)境的閉環(huán)算法控制凝露條件，降低柜內(nèi)的相對濕度。本裝置電源直接采用變電站內(nèi)交流供電，可確保裝置在較低環(huán)境溫度下正常

工作。

安裝原則是安全絕緣距離內(nèi)，室內(nèi)外氣體交換處，電源及電源敷設(shè)方便。

除濕原理為：控制整體室內(nèi)的濕度保持在一定的范圍以下，經(jīng)過連續(xù)時(shí)間的平衡，使得柜體內(nèi)部濕度與變電站室內(nèi)的濕度保持一致，這樣在濕度劇增或溫度劇降時(shí)，同時(shí)保證變電站室內(nèi)和柜體內(nèi)部不結(jié)露、不生銹。

原理概況圖如圖1所示：

環(huán)境控制防凝露系統(tǒng)用于室內(nèi)相對密閉空間內(nèi)部環(huán)境的整體自動(dòng)除潮濕、防凝露的場合。環(huán)境控制防凝露裝置采用手動(dòng)或自動(dòng)方式切換除濕，并具有主動(dòng)定時(shí)采樣功能，控制裝置自動(dòng)除濕，根據(jù)環(huán)境外部溫濕度、環(huán)境溫濕度、柜體溫濕度及它們變化曲線進(jìn)行預(yù)測除濕，控制露點(diǎn)，不僅預(yù)防凝露并且使整個(gè)設(shè)備運(yùn)行在金屬臨界銹蝕以下，預(yù)防設(shè)備生銹。本系統(tǒng)通過對百葉窗、風(fēng)機(jī)控制等通風(fēng)設(shè)置的控制，可迅速除濕并節(jié)能。而且本系統(tǒng)具有故障告警顯示功能，對于因內(nèi)部原因引起的內(nèi)部故障可進(jìn)行指示，也可通過故障輸出繼電器輸出報(bào)警。

環(huán)境控制防凝露裝置由智能控制系統(tǒng)、主機(jī)除濕系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)組成，當(dāng)外部環(huán)境濕度增加溫度降低趨勢低于閉環(huán)預(yù)防閥值后，啟動(dòng)主機(jī)除濕系統(tǒng)，通過智能控制系統(tǒng)控制環(huán)境露點(diǎn)，如果外部溫度低于室內(nèi)露點(diǎn)溫度一定閥值時(shí)，能使用風(fēng)機(jī)進(jìn)行氣體交換從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部濕度降低，同時(shí)節(jié)能減排，改變整個(gè)室內(nèi)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，防生銹，防老化，增加整體設(shè)備運(yùn)行壽命。

4 結(jié)果與分析

4.1 除濕試驗(yàn)過程及分析

4.1.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境：

第一，選擇陰雨天氣對整體除濕實(shí)驗(yàn)房室內(nèi)環(huán)境模擬。

第二，柜體模擬：選擇機(jī)柜柜體，放置到實(shí)驗(yàn)房內(nèi)部。

第三，模擬高壓開關(guān)室環(huán)境監(jiān)測：在圍繞柜體的四周放置2個(gè)溫濕度監(jiān)測設(shè)備，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)控結(jié)果控制實(shí)驗(yàn)房的溫濕度。

第四，柜體內(nèi)監(jiān)測：在柜體內(nèi)部上面和下面放置兩個(gè)溫濕度監(jiān)測裝置，進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。

第五，實(shí)驗(yàn)環(huán)境：（1）實(shí)驗(yàn)室面積：10m*18m，高度為4.5m；（2）實(shí)驗(yàn)室密封性：無特殊處理；（3）柜體密封性：防塵防水等級(jí)為IP44。

第六，實(shí)驗(yàn)設(shè)備參數(shù)：（1）除濕主機(jī)功率（共1臺(tái)）：0.8kW；（2）溫濕度記錄儀：8臺(tái)（兩臺(tái)柜內(nèi)，四臺(tái)室內(nèi)，兩臺(tái)室外）；（3）除濕系統(tǒng)主機(jī)：1臺(tái)。

4.1.2 實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)：

第一，增濕實(shí)驗(yàn)：（1）實(shí)驗(yàn)房和柜體內(nèi)濕度均為50%H；（2）對柜體進(jìn)行嚴(yán)格密封；（3）對實(shí)驗(yàn)房進(jìn)行連續(xù)增濕；（4）每小時(shí)采集一次數(shù)據(jù)進(jìn)行對比；（5）柜內(nèi)和房內(nèi)濕度一致時(shí)停止實(shí)驗(yàn)。

增濕數(shù)據(jù)對比表如表1所示：

第二，除濕實(shí)驗(yàn)：（1）實(shí)驗(yàn)房和柜體內(nèi)濕度均為90%H；（2）對柜體進(jìn)行嚴(yán)格密封；（3）啟動(dòng)整體除濕系統(tǒng)進(jìn)行除濕；（4）每小時(shí)采集一次數(shù)據(jù)進(jìn)行對比；（5）柜內(nèi)和房內(nèi)濕度一致時(shí)停止實(shí)驗(yàn)。

除濕數(shù)據(jù)對比表如表2所示：

通過以上數(shù)據(jù)和曲線圖，可以得出以下分析：

室內(nèi)濕度上升時(shí)，柜體內(nèi)濕度同時(shí)上升且上升速度滯后，需經(jīng)過20多個(gè)小時(shí)柜體內(nèi)外濕度才能達(dá)到平衡，由這種現(xiàn)象可知，當(dāng)檢修或人員出入時(shí)，短時(shí)間內(nèi)不影響柜內(nèi)濕度變化。

室內(nèi)濕度下降時(shí)，柜體內(nèi)濕度同時(shí)下降，可見通過室內(nèi)整體除濕能達(dá)到控制柜內(nèi)濕度的目的。

除濕系統(tǒng)啟動(dòng)后，室內(nèi)濕度迅速下降，2小時(shí)內(nèi)室內(nèi)外濕度動(dòng)態(tài)平衡，在現(xiàn)場操作時(shí)，除濕系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)百葉窗、風(fēng)機(jī)、空調(diào)。除濕時(shí)關(guān)閉所有通風(fēng)，可更加迅速除濕或阻止?jié)穸惹秩搿?/p>

室外濕度90%H以上時(shí)，室內(nèi)濕度可控制在60%以下。室內(nèi)外濕度差在30%以上，可保證室內(nèi)所有設(shè)備處于低濕工作狀態(tài)下。在保持室內(nèi)濕度長期穩(wěn)定在設(shè)置閥值以下，柜體內(nèi)部濕度與室內(nèi)濕度保持一致，也穩(wěn)定在設(shè)置值以下，所以通過對整個(gè)環(huán)境長期的濕度控制，可以達(dá)到柜體內(nèi)外除濕、防銹，延長整個(gè)室內(nèi)設(shè)備壽命的目的。通過室內(nèi)濕度分布圖可以看出，在除濕主機(jī)1500立方米/小時(shí)的內(nèi)部循環(huán)風(fēng)量下，布置在室內(nèi)四角落的4個(gè)濕度記錄儀數(shù)據(jù)一致性非常高，將一定除濕范圍內(nèi)的空氣充分循環(huán)流動(dòng)起來，不存在濕度梯度的現(xiàn)象。

4.2 結(jié)論

經(jīng)過上述試驗(yàn)和分析，環(huán)境濕度控制系統(tǒng)整體環(huán)境除濕效果如下：

4.2.1 整體除濕方法從根本上消除凝露，這種方法直接減少整體環(huán)境空氣中的水分含量，從而減小水蒸氣的不飽和程度，并將其匯集排出。由于不會(huì)對設(shè)備加熱，增加銹蝕速度，延長設(shè)備的壽命。

4.2.2 整體除濕直接對眾多開關(guān)柜體所在的室內(nèi)整體除濕，相當(dāng)于同時(shí)對每個(gè)柜體除濕。

4.2.3 整體除濕安裝在柜體外部，空間富裕，不用專門預(yù)留出空間專門用于安裝除濕器，導(dǎo)致取電及安裝存在困難。前期安裝簡單，無需斷電，后期維護(hù)方便。

4.2.4 整體除濕可控制所有設(shè)備完全處于《220～750kV變電站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》《火力發(fā)電廠電子計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定》，ABB廠家對中壓柜的運(yùn)行維護(hù)要求滿足規(guī)定中的設(shè)備所處的溫度及濕度范圍。

此方法可以取代并克服柜內(nèi)安裝加熱器、驅(qū)潮劑、半導(dǎo)體除濕器的方法，并完全克服它們的缺點(diǎn)。此外，整體環(huán)境除濕比使用加熱器除濕方式產(chǎn)生的節(jié)能效益。同時(shí)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)好壞直接決定電力系統(tǒng)的安全和效益更佳，無論哪種設(shè)備出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)若不及時(shí)處理很可能會(huì)發(fā)展成故障，導(dǎo)致設(shè)備損壞、人身事故、電網(wǎng)停電事故，進(jìn)而造成不可估量的后果。對設(shè)備進(jìn)行有效的防凝露和防銹蝕，可使設(shè)備維修費(fèi)大大減少，設(shè)備壽命增加，事故率降低，直接經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

5 結(jié)語

本課題有效解決了10kV高壓室室內(nèi)設(shè)備受高溫和潮氣影響的問題，達(dá)到了預(yù)期的有效性和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)了智能、綜合的效果。同時(shí)本課題也在進(jìn)一步的改進(jìn)：由于目前10kV高壓柜內(nèi)部溫度的監(jiān)測只是在達(dá)到報(bào)警值的情況下設(shè)備才會(huì)通過在設(shè)備外部亮燈等顯示報(bào)警，如果變電站值班人員巡視不及時(shí)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)高溫亮燈，則不能及時(shí)有效處理設(shè)備高溫故障，然而我們將在線溫度監(jiān)測一起融入到綜合智能的濕度溫度控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)記錄、分析并輸出10kV開關(guān)柜的溫度，在后臺(tái)可以及時(shí)了解溫度高低，及時(shí)有效地處理10kV開關(guān)柜的高溫故障。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：蔣建華）