智能除濕裝置的研發(fā)

摘 要：文章詳細介紹了35千伏開關(guān)柜智能除濕裝置的研發(fā)背景、原因、設(shè)計安裝以及使用效果。通過該裝置的開發(fā)，可以有效降低由于水汽凝露導(dǎo)致變電設(shè)備絕緣降低進而引發(fā)的故障發(fā)生幾率。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜；除濕；故障

1 背景調(diào)查

慈溪市地處北亞熱帶南緣，屬季風(fēng)型氣候。在夏季尤其在梅雨季節(jié)氣候潮濕、高熱，柜體內(nèi)部斷路器等設(shè)備長期運行會產(chǎn)生熱量，最終使得變電所里的高低壓柜產(chǎn)生凝露，由于高低壓柜相對密封，產(chǎn)生的凝露會掛在柜頂，當(dāng)凝露積聚一定的數(shù)量時，形成水珠，水珠就會掉落到高壓開關(guān)或其它供電設(shè)備上，造成絕緣降低，引發(fā)開關(guān)跳閘或電氣損壞。根據(jù)我們的生產(chǎn)系統(tǒng)顯示，由于水汽使絕緣降低引起的故障發(fā)生幾率較往年增加。我們對慈溪市35kV未安裝任何除濕設(shè)備的變電所發(fā)生的缺陷進行調(diào)查（詳情見表1）。

針對以上問題的產(chǎn)生，為了有效防止凝露的產(chǎn)生，解決因凝露產(chǎn)生造成的危害，減少突發(fā)事故停電的概率，智能除濕裝置的開發(fā)迫在眉睫。

目前慈溪地區(qū)變電所的開關(guān)柜帶有加熱裝置或溫控裝置，用安裝加熱板的形式來作為除濕裝置，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)的濕度達到設(shè)定值時，加熱板工作。但是開關(guān)柜相對封閉，當(dāng)柜內(nèi)溫度升高，水蒸氣上升，到柜頂形成水珠，水珠滴落，周而復(fù)始，還是會引發(fā)開關(guān)跳閘或造成設(shè)備損壞（見圖1）。

2 方案提出

運用“頭腦風(fēng)暴法”針對開關(guān)柜除濕裝置方案提出了各種初步選型方案，并用親和圖歸納整理（詳情見圖2）。

根據(jù)以上分析，我們從可靠性、靈活性、經(jīng)濟性以及實用性方面提出以下方案。

方案一：溫度控制原理解決除濕，開關(guān)柜內(nèi)很多元器件對溫度和濕度是有要求的，溫度過低元器件不能正常工作或損壞；溫度過高會在元器件的表面形成凝露，降低絕緣而放電。溫度控制原理設(shè)計可以提供適合電器元件運行的溫度，延長產(chǎn)品使用壽命，它的設(shè)計原理較為簡單，當(dāng)達到設(shè)定的臨界溫度時會報警，而且制作安裝費用也不高。溫度控制原理參考的是環(huán)境溫度，臨界溫度也是按照環(huán)境溫度設(shè)定。而電氣設(shè)備運行時，自身會產(chǎn)生很多熱量，有時會遠遠高于預(yù)先設(shè)定的溫度警戒線，造成誤報，給操作和檢修帶來很大的不確定因素，因此必須要進行停電檢查。

方案二：采用加熱原理設(shè)計，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)的濕度達到設(shè)定值時，加熱板工作使柜內(nèi)環(huán)境溫度升高，空氣能容納更多水分，防止水汽在柜內(nèi)凝結(jié)。但是遇到突然降溫時，柜體內(nèi)部斷路器等設(shè)備運行產(chǎn)生的熱量與一直停留空氣中的水分凝露于電氣設(shè)備表面，使電氣設(shè)備存在較大的隱患，容易引發(fā)事故。該方案實際原理較復(fù)雜，產(chǎn)品設(shè)計安裝費用較第一個方案要大。

方案三：冷凝原理是采用空氣冷凝技術(shù)，通過風(fēng)扇吸收空氣，經(jīng)過半導(dǎo)體制冷元件凝結(jié)空氣中的水分，并排出柜體外，產(chǎn)生的干燥氣體排出除濕裝置外，如此循環(huán)，使開關(guān)柜的潮濕空氣不斷減少，空氣濕度顯著下降，直至柜體內(nèi)空氣濕度達到要求。即使環(huán)境溫度發(fā)生極大的變化也不會再產(chǎn)生凝露，避免因潮濕而引發(fā)的安全事故。該方案的設(shè)計原理較第二個方案簡單，費用相當(dāng)，安裝較之前二個方案簡單，選擇余地大。

綜上所述，我們選擇方案三。

3 方案優(yōu)化

3.1 冷凝原理設(shè)計的在線除濕裝置其主要核心分為傳感部分和控制部分

傳感部分主要有傳感器組成，按照實際需要，其主要作用是采集溫度、濕度的實際量值，并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦袠?。所以以物理量為判斷?biāo)準(zhǔn)的溫濕度傳感器是最好的選擇。

3.2 控制部分分中央處理器和執(zhí)行器

中央處理器（CPU）通過數(shù)據(jù)的輸入，把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后進行比較、運算、判斷，作出執(zhí)行命令。執(zhí)行器為各個獨立的執(zhí)行器件，主要由半導(dǎo)體制冷片、冷凝片、散熱片、風(fēng)扇等組成。

3.2.1 多元平形流冷凝器（見圖3）

冷媒以水平方向流動，在流動的過程中，降溫降壓。冷媒的回路不是單一的一個循環(huán)，而是經(jīng)過多個回路循環(huán)的。能夠節(jié)約成本。半導(dǎo)體制冷片冷熱端的溫差可以達到40～65度，因此在制冷片的熱端持續(xù)散熱，能進一步降低制冷片冷端的溫度。

3.2.2 內(nèi)屬于翅片管式冷凝器（見圖4）

屬于熱交換設(shè)備，包括立式殼體、帶有尾氣進口的上管箱、帶有冷凝水出口的下管箱，冷水進口、熱水出口結(jié)構(gòu)限制變形以后容易堵，所需空間較大。

3.2.3 管帶式冷凝器

根據(jù)相關(guān)資料的調(diào)查和仿真算法，相比平形流冷凝器，管帶式冷凝器的單位迎風(fēng)面積和單位體積傳熱量下降51%和45.8%。

根據(jù)以上分析，小組決定采用以多元平形流冷凝器為主要技術(shù)核心的除濕手段。

4 方案實施

4.1 圖紙設(shè)計

確定安裝位置以后，設(shè)計本裝置的尺寸，本裝置長寬高分別為15.2*8.5*21cm（詳情見圖5）。

4.2 裝置制作安裝

將裝置的各組件進行組裝安裝。特別要注意的是，由于開關(guān)柜型號的不同，必須注意CT或者高壓電纜頭的運行位置與本裝置的距離。導(dǎo)水管通過高壓電纜溝，安裝完畢后及時進行封堵（見圖6、圖7、圖8、圖9）。

（1）采用M4螺釘或4mm鉚釘固定安裝支架，安裝時保證除濕器水平，不得傾斜。除濕器正面和兩側(cè)與柜面間應(yīng)保留5cm以上的空間，確保兩側(cè)進風(fēng)與正面出風(fēng)暢通，整機與其他運行設(shè)備或線路保持足夠的安全距離。

（2）將出水管一端接入除濕器的排水口，出水管應(yīng)保持順直，不得纏繞，出水管另一端通向柜體外。

（3）接線端子接入AC220V電源。

4.3 裝置試驗調(diào)試

（1）正常啟動的情況下→通過風(fēng)機的運行→潮濕的空氣從進風(fēng)口吸入→經(jīng)過半導(dǎo)體制冷元件→將空氣中的水份吸附在鋁片上→變成干燥的空氣→經(jīng)過冷凝器散熱→從出風(fēng)口吹出。將空氣中的水汽抽入于裝置內(nèi)部，并且通過導(dǎo)流管排出柜外，實現(xiàn)真正除濕。（2）智能判斷自啟動設(shè)置。將本裝置的設(shè)定至于自動運行狀態(tài)，自動檢測開關(guān)柜溫度濕度，在65%啟動以后，循環(huán)運行，連續(xù)工作24小時，使環(huán)境濕度始終保持在20%左右，從而保證設(shè)備正常運行。

5 效果檢查

表2 35kV變電所開關(guān)柜缺陷抽查表

從以上數(shù)據(jù)可以看出，安裝在線智能除濕裝置以后， 因為濕氣、潮氣等形成凝露而造成檢修的次數(shù)同期相比減少了10次，比例大大縮小到1.7%，達到了預(yù)期的目標(biāo)（詳情見表2）。

6 結(jié)束語

在沿海地區(qū)，由于凝露的原因?qū)е伦冸娫O(shè)備絕緣降低的故障發(fā)生幾率逐年上升，已成為電力部門亟待解決的難題。本裝置應(yīng)用了抽濕的反向思維，使用效果非常理想，對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，具有積極的意義，在電力行業(yè)內(nèi)具有很高的推廣價值。

作者簡介：何整杰（1986-），男，湖北孝感人，研究生，工程師，長期從事電力一線生產(chǎn)工作。