施 啟 張 杰 肖一帆 楊文益 陳岳生
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從實(shí)際情況看,我國(guó)很多地區(qū)的變電站高壓開(kāi)關(guān)柜都面臨防潮除濕效果差的問(wèn)題。這一方面是因?yàn)樽冸娬靖邏洪_(kāi)關(guān)柜因散熱需要而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)弊端,也因?yàn)橐恍┑胤娇諝鉂穸却?,增加了開(kāi)關(guān)柜防潮除濕的難度。尤其是在我國(guó)南方地區(qū)的梅雨季節(jié),即使變電站高壓開(kāi)關(guān)柜做好了封閉措施,還是會(huì)導(dǎo)致外界空氣進(jìn)入到高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。這些外界空氣往往帶有大量的水汽,使得高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的濕度增大。而且,我國(guó)多數(shù)變電站高壓開(kāi)關(guān)柜都布置在一樓,地面潮氣和電纜潮氣更嚴(yán)重,這就加重了高壓開(kāi)關(guān)柜的潮濕程度,從而嚴(yán)重威脅到了其內(nèi)部一些電氣設(shè)備的運(yùn)行安全。
在南方地區(qū),一些變電站高壓開(kāi)關(guān)柜在返潮天氣,其濕度甚至超過(guò)了95%。變電站高壓開(kāi)關(guān)柜濕度過(guò)高的一個(gè)直接后果,就是高壓設(shè)備的絕緣效果大大降低。因濕度過(guò)大而造成的凝露問(wèn)題,也會(huì)誘導(dǎo)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)出現(xiàn)放電,嚴(yán)重的還可能引起開(kāi)關(guān)柜爆炸。除此之外,若是變電站高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部濕度過(guò)大持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),一些重要的設(shè)備中的金屬材料也會(huì)受到嚴(yán)重的腐蝕,其直接后果就是開(kāi)關(guān)出現(xiàn)拒動(dòng),刀閘也不能正常工作。而且,一些變電站開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部也會(huì)采取單列布置,還有可能增加潮濕空氣的對(duì)流范圍,凝露導(dǎo)致的影響將會(huì)更大。
當(dāng)前,為了解決高壓開(kāi)關(guān)柜濕度過(guò)大的問(wèn)題,主要采用三種措施。一是在高壓開(kāi)關(guān)室內(nèi)安裝排風(fēng)風(fēng)扇,以排除潮濕的空氣;二是安裝加熱器,通過(guò)加熱的方法,除掉濕氣;三是將上述兩種方法結(jié)合起來(lái)使用。而隨著技術(shù)的進(jìn)步和條件的改善,很多變電站都經(jīng)過(guò)了無(wú)人化改造。變電站內(nèi)部不僅可以安裝加熱器,還可以利用傳感器裝置來(lái)監(jiān)控凝露情況,一旦高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的濕度接近凝露條件,系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)加熱器。加熱器啟動(dòng)后,就可以通過(guò)熱量增加使得高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的溫度上升,從而有利于降低開(kāi)關(guān)柜的濕度。但是,這種方式有著明顯的滯后效應(yīng)。這是因?yàn)榧訜崞鲉?dòng)后,高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的溫度上升需要經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)的時(shí)間,因而,這種除濕的方法并不是很明顯。尤其是高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部和外部濕度都很高的時(shí)候,一旦排風(fēng)扇啟動(dòng),反而會(huì)又把外面的高濕度空氣輸送到開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部,起到了反效果。因此,尋求高效的防潮除濕方法仍是變電站高壓開(kāi)關(guān)柜保護(hù)急需解決的問(wèn)題。
由于防潮除濕工作不到位,變電站高壓開(kāi)關(guān)柜成為事故的高發(fā)地。2015年7月份,某變電站就出現(xiàn)了因?yàn)殚_(kāi)關(guān)柜被燒毀而導(dǎo)致的主變低后備保護(hù)動(dòng)作和母線(xiàn)失電等問(wèn)題。開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)內(nèi)部嚴(yán)重?fù)p壞事故,并引發(fā)爆炸,導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故,經(jīng)維修人員檢查發(fā)現(xiàn),高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部出現(xiàn)了不同程度的受潮凝露現(xiàn)象,諸如二次接線(xiàn)槽板、絕緣支柱、靜觸頭擋板、穿墻套條、電纜倉(cāng)防火板等都會(huì)因?yàn)闈穸冗^(guò)大而損壞,使得很多部件的功能不能正常發(fā)揮。
事后,經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人員的檢查和分析,發(fā)現(xiàn)此次事故的主要原因有兩方面。一是高壓開(kāi)關(guān)柜絕緣件老化嚴(yán)重,絕緣性能降低,開(kāi)關(guān)柜爆炸的短路故障就是因?yàn)槟妇€(xiàn)間的絕緣層被破壞,進(jìn)而引起安全事故。從根本上講,此次事故的 “始作俑者”則是變電站高壓開(kāi)關(guān)柜的防潮除濕工作沒(méi)有做到位。后續(xù)檢查中發(fā)現(xiàn),高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部很多設(shè)備都出現(xiàn)了凝露現(xiàn)象,有些部位的凝露程度還非常嚴(yán)重。那些防潮能力有限的絕緣部件長(zhǎng)時(shí)間在潮濕環(huán)境下,其絕緣電阻就會(huì)不斷降低,絕緣性能出現(xiàn)嚴(yán)重下降。更為重要的是,這些絕緣部件在絕緣性能降低的過(guò)程中,還會(huì)發(fā)生局部放電的現(xiàn)象,而這種局部放電就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的短路故障,這起安全事故就是因?yàn)槎搪饭收蠈?dǎo)致的。
圖1 某變電站高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)備因潮濕而導(dǎo)致的損害問(wèn)題
在變電站高壓開(kāi)關(guān)柜安裝防潮除濕設(shè)備是一種重要的降低濕度的方法。防潮除濕設(shè)備主要有工業(yè)除濕機(jī)和空調(diào)兩種。工業(yè)除濕機(jī)主要由控制器、壓縮機(jī)、風(fēng)扇、熱交換機(jī)和盛水器組成,風(fēng)扇可以將室內(nèi)的空氣吸入,并可以利用空氣過(guò)濾網(wǎng)將其過(guò)濾,利用冷卻的蒸發(fā)器進(jìn)行降溫和除濕。經(jīng)過(guò)一系列的操作后,空氣中的水汽就會(huì)通過(guò)結(jié)晶的方式析出,這樣就大大降低了空氣中的相對(duì)濕度。在降溫除濕的過(guò)程中,由于水汽冷凝過(guò)程會(huì)帶走一些熱量,從而可能降低高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的溫度。為了避免開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的溫度降低,保證其內(nèi)部溫度和濕度都處于適宜水平,工業(yè)除濕機(jī)往往還會(huì)加熱經(jīng)過(guò)冷凝器的空氣,這樣就會(huì)提高空氣溫度,對(duì)提高其除濕效果有著很大的幫助??照{(diào)不僅能夠制冷,還能制熱。一些具備除濕功能的空調(diào)也可以起到除濕的效果。這種空調(diào)內(nèi)部設(shè)有室內(nèi)蒸發(fā)器,當(dāng)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的空氣進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí),其就會(huì)被冷卻降溫,條件合適時(shí),空氣中的水汽也會(huì)結(jié)晶析出,同樣可以是實(shí)現(xiàn)除濕的目的。
電纜溝也是增加變電站高壓開(kāi)關(guān)柜濕度的一種重要因素。一些城市的排水往往會(huì)存在不暢通的問(wèn)題,這就會(huì)導(dǎo)致積水倒灌進(jìn)電纜溝道中。而當(dāng)電纜溝的封堵材料出現(xiàn)老化問(wèn)題,其封堵作用就會(huì)喪失。這樣,那些積聚在電纜溝中的水汽就會(huì)進(jìn)入到高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部,進(jìn)而增加了開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的濕度。因此,有效封堵電纜溝也是變電站高壓開(kāi)關(guān)柜防潮除濕的一項(xiàng)重要工作。實(shí)際工作中,可以采用放水和封堵措施,確保電纜溝與外部隔絕。同時(shí),也要封堵每個(gè)開(kāi)關(guān)柜的電纜穿孔,避免潮氣直接滲透到開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。變電站要在雨季安排專(zhuān)門(mén)人員值班,對(duì)電纜溝的封堵進(jìn)行全面檢查。
圖2 某變電站高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)安裝的工業(yè)除濕機(jī)
為了保證變電站高壓開(kāi)關(guān)柜的防潮除濕效果,對(duì)于新建配電房的地面可以適當(dāng)抬高或者墊高。一般抬高或者墊高的距離大于40cm。這種方式可以有效降低地下水以及電纜溝中的水汽對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的影響,從而保證開(kāi)關(guān)柜在較為干燥的環(huán)境下工作運(yùn)行。當(dāng)配電房的基礎(chǔ)被抬高或者墊高后,配電房的地面也干燥很多,這樣有利于降低空氣濕度,并減少臭氧的發(fā)生,對(duì)降低絕緣事故有重要的幫助。
在配電房建造過(guò)程中,也要在墻體四周保留足夠的維修通道,一般墻體要留出1.5米左右的通道,用于維修管理。這種做法的好處在于,既可以方便以后維修人員的檢查和巡視,也有利于通過(guò)墻體實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶水的向外揮發(fā)。墻體可以直接受到太陽(yáng)光和外面自然風(fēng)的作用,因而能夠增加這些結(jié)晶水的揮發(fā)效果,此外,利用墻體的吸附作用,還可以將室內(nèi)的水汽不斷向外排放,因而也有利于降低變電站高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的濕度。
安裝加熱器是變電站高壓開(kāi)關(guān)柜防潮除濕的一種有效手段。對(duì)于凝露現(xiàn)象而言,溫度低是其發(fā)生的必要條件。因此,提高高壓開(kāi)關(guān)柜的溫度是避免凝露的有效方法。通過(guò)加熱器,可以使得高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的溫度高于其外部的溫度,這樣,開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生凝露現(xiàn)象的幾率就會(huì)大幅降低。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的智能控制,往往可以將加熱器與溫度傳感器組合使用,以組建變電站高壓開(kāi)關(guān)柜防潮除濕控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中,多個(gè)溫度傳感器用來(lái)監(jiān)控高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的溫度,另一些溫度傳感器則監(jiān)控高壓開(kāi)關(guān)柜外部溫度。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部溫度比起外部溫度高出2~3℃時(shí),系統(tǒng)就可以停止加熱器工作。而當(dāng)兩者的溫差小于2~3℃時(shí),系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)加熱器,直到高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)溫度高于其外部溫度2~3℃。除了溫度傳感器之外,在變電站高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)同樣可以安裝濕度傳感器。當(dāng)濕度傳感器檢測(cè)到高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的濕度超過(guò)設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)同樣可以啟動(dòng)加熱器。利用新的傳感技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù),有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站高壓開(kāi)關(guān)柜防潮除濕的智能化控制,這樣既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的防潮除濕效果,也能起到節(jié)約電能的作用。更為重要的是,這種控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在無(wú)人值班的情況下,保證高壓開(kāi)關(guān)柜的安全運(yùn)行,因而是未來(lái)變電站高壓開(kāi)關(guān)柜防潮除濕的重要發(fā)展方向。
綜上所述,為變電站高壓開(kāi)關(guān)柜創(chuàng)造良好的工作環(huán)境,降低其內(nèi)部濕度是保證開(kāi)關(guān)柜正常工作、安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ),也是整個(gè)電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。變電站高壓開(kāi)關(guān)柜濕度升高的影響因素有很多。而在實(shí)際工作中,為了避免事故的發(fā)生,就必須做好高壓開(kāi)關(guān)柜的防潮除濕工作。安裝防潮除濕設(shè)備、有效封堵電纜溝、墊高新建配電房的地面基礎(chǔ)、保留足夠的維修通道、安裝開(kāi)關(guān)柜加熱器是重要的變電站高壓開(kāi)關(guān)柜防潮除濕措施。而在未來(lái),隨著技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新,傳感技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等的應(yīng)用,將會(huì)有效提高變電站高壓開(kāi)關(guān)柜防潮除濕的效率。