配網(wǎng)戶外箱式設(shè)備凝露及其治理方法

馮玉++吳少雷++陸巍++楊孝志++趙成++裴倩

[摘 要]對(duì)安徽電網(wǎng)近年來(lái)發(fā)生的凝露導(dǎo)致戶外箱式設(shè)備運(yùn)行故障情況進(jìn)行了梳理，詳細(xì)分析了凝露產(chǎn)生的原因及其危害，提出了治理凝露的治理方法及關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合安徽實(shí)際采取差異化治理措施，取得了良好效果。

[關(guān)鍵詞]戶外箱式設(shè)備；凝露；原因分析；治理方法

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）06-0047-02

近年來(lái)，國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司發(fā)生了多起因凝露導(dǎo)致的戶外箱式設(shè)備運(yùn)行事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013至2014年度，環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、箱式變壓器等戶外設(shè)備累計(jì)發(fā)生各類運(yùn)行故障250余起，造成多臺(tái)設(shè)備退出運(yùn)行，其中因凝露直接或間接引發(fā)的占80%，嚴(yán)重影響了配網(wǎng)的安全運(yùn)行和對(duì)用戶的正常供電。因此，加強(qiáng)對(duì)戶外箱式設(shè)備防凝露技術(shù)的研究與治理，保障配網(wǎng)戶外設(shè)備的安全運(yùn)行非常迫切。

1 凝露產(chǎn)生的原因分析

一定溫度的空氣都有其相應(yīng)的飽和水蒸氣含量（此時(shí)相對(duì)濕度為100%），溫度越高，其相應(yīng)的飽和水蒸氣含量就越大，當(dāng)空氣中水蒸氣含量趨近于當(dāng)前溫度下飽和水蒸氣含量時(shí)，氣溫一但降低，空氣中水蒸氣含量超過(guò)當(dāng)前溫度下飽和水蒸氣含量，水蒸氣就會(huì)在溫度較低的設(shè)備內(nèi)壁表面析出，形成凝露。因此，凝露的形成必須有兩個(gè)條件：一是空氣有較高的相對(duì)濕度；二是發(fā)生凝露的設(shè)備溫度始終低于其環(huán)境溫度。

分析環(huán)網(wǎng)柜等戶外箱式設(shè)備凝露易發(fā)的原因主要有三：一是安徽地處江淮之間，有較長(zhǎng)的梅雨季節(jié)，空氣濕度大，春秋季節(jié)晝夜溫差大，部分戶外箱式設(shè)備處在綠化帶、高架橋處，土壤水分含量較高，受遮擋日照時(shí)間短，這些客觀條件都非常有利于凝露的形成；二是部分箱式設(shè)備安裝方式不合理，特別設(shè)備電纜進(jìn)出管口沒(méi)有采取有效的封堵措施，電纜井中經(jīng)常有積水存在，電纜井中的水通過(guò)蒸發(fā)成水蒸氣向上運(yùn)動(dòng)，一部分水蒸氣通過(guò)底座的電纜進(jìn)出管孔隙進(jìn)入柜體，同時(shí)，戶外箱式設(shè)備防護(hù)等級(jí)要求在IP5X及以上，設(shè)備本體密封性好，缺少空氣流通，水蒸氣無(wú)法排出，加速了柜體內(nèi)的水蒸氣的飽和；其三戶外箱式設(shè)備柜體、殼體一般都是采用鋼材質(zhì)，其導(dǎo)熱率為遠(yuǎn)大于基座下方的土壤，也即金屬柜體在常溫下散熱較土壤快，當(dāng)?shù)氐椎乃魵膺M(jìn)入環(huán)網(wǎng)柜等柜體時(shí)，白天溫度比較高，水蒸氣比較多，到了晚上溫度下降，箱體內(nèi)壁就會(huì)形成內(nèi)部凝露。

2 凝露的危害

一是長(zhǎng)期的凝露會(huì)造成設(shè)備操作機(jī)構(gòu)卡澀乃至失效，進(jìn)而因機(jī)械故障導(dǎo)則整個(gè)開(kāi)關(guān)柜需要退出運(yùn)行，嚴(yán)重影響供電可靠性、連續(xù)性，違背了配置環(huán)網(wǎng)柜的初衷，也帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。

二是長(zhǎng)期凝露會(huì)使設(shè)備的絕緣水平大幅降低，使戶外設(shè)備的局部放電水平大大升高，長(zhǎng)期的間歇性的放電產(chǎn)生的高能量會(huì)導(dǎo)致空氣中的氧氣被電離產(chǎn)生臭氧，其溶于水后具有很強(qiáng)的氧化性，會(huì)破壞高分子聚合材料（比如開(kāi)關(guān)柜內(nèi)氣包使用的環(huán)氧樹(shù)脂、電纜頭等），加速其老化和腐蝕，使電纜T頭或肘頭硅橡膠表面上出現(xiàn)龜裂。硅橡膠的老化導(dǎo)致絕緣水平下降， 同時(shí)大量的凝露在箱體內(nèi)壁集聚后形成水汽浸透到T頭或肘頭內(nèi)部，進(jìn)一步加速了絕緣的劣化。如此惡性循環(huán)，會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜的絕緣性能快速下降，易造成相間短路或者對(duì)地短路從而引發(fā)事故。

三是長(zhǎng)期凝露會(huì)造成設(shè)備外觀、門鎖、門軸、通風(fēng)口等銹蝕，造成箱體的安全防護(hù)功能失效，極易引發(fā)人身安全事故。

3 常用凝露治理辦法

視凝露危害的嚴(yán)重程度和現(xiàn)場(chǎng)條件，凝露治理可采用自然通風(fēng)法、強(qiáng)制通風(fēng)（抽風(fēng)）法、電加熱法、電除濕法干燥劑除濕等方法，凝露多發(fā)、嚴(yán)重的地區(qū)也可以采用多種方法進(jìn)行綜合治理。

3.1 自然通風(fēng)法

自然通風(fēng)法主要是優(yōu)化環(huán)網(wǎng)柜基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，阻斷水氣進(jìn)入到電纜室下方，抬高環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜基礎(chǔ)對(duì)地高度，在基礎(chǔ)中央裝上百葉窗使內(nèi)部空氣和外部空氣形成有效流通，如圖1所示，降低環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜下方空間內(nèi)部濕度，使?jié)窨諝獠辉龠M(jìn)入電纜室，從而有效解決凝露問(wèn)題。我省淮南供電公司對(duì)國(guó)慶路上多臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行改造，經(jīng)對(duì)改造后的環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜實(shí)際監(jiān)測(cè)，內(nèi)部濕度由原來(lái)的90%降到了50%左右，未再發(fā)現(xiàn)凝露問(wèn)題，運(yùn)行情況良好。

3.2 強(qiáng)制通風(fēng)/抽風(fēng)法

強(qiáng)制通風(fēng)/抽風(fēng)法即是在箱式柜體底部安裝抽風(fēng)風(fēng)扇、頂部側(cè)面安裝排氣風(fēng)扇，加速柜體內(nèi)部空氣流通，使得柜體內(nèi)部空氣一直處在非飽和狀態(tài)，破壞凝露形成條件。缺點(diǎn)是本辦法需要配置風(fēng)扇等設(shè)備，運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音，同時(shí)部分柜體內(nèi)部空間有限，安裝困難，更多的是部分環(huán)網(wǎng)柜和分支箱內(nèi)部缺乏電源或電源容量不足，因此本方案更多的適用于箱式變壓器 的防凝露處理。

3.3 電加熱法

方法是在柜體下方的電纜室以及斷路器室安裝一個(gè)鋁合金加熱器（一般為150W），通過(guò)加熱提高柜體內(nèi)部氣體溫度，降低相對(duì)濕度，防止凝露形成。該方案同樣需要供電電源，對(duì)環(huán)網(wǎng)柜、分支箱設(shè)備需要配置PT供電。

3.4 電除濕法

電除濕法的基本原理是通過(guò)半導(dǎo)體制冷技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)低溫點(diǎn)，將空氣中的水汽凝露到該點(diǎn)上，水滴順著冷凝槽和管道排出柜體，從而起到對(duì)開(kāi)關(guān)柜的除濕效果。半導(dǎo)體式線除濕裝置優(yōu)點(diǎn)是體積小，便于安裝，功耗低（在15W左右），戶外可考慮使用太陽(yáng)能電池供電，工作時(shí)不產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲，同時(shí)有良好的節(jié)電效果；缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，柜內(nèi)濕度較大時(shí)除濕效果有限。

3.5 干燥劑法

即采用干燥劑吸除柜體內(nèi)的濕氣，避免凝露的形成，這種方面簡(jiǎn)單易用，但是干燥劑容易飽和，需要及時(shí)更換，維護(hù)的人力成本較高，主要適用于臨時(shí)處理、季節(jié)性濕氣過(guò)高、無(wú)法取得電源的場(chǎng)合。

常用凝露治理方法比較見(jiàn)表1。

4 凝露治理的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 封堵

從凝露產(chǎn)生的機(jī)理分析，高濕度的水蒸氣進(jìn)入柜體是凝露產(chǎn)生的要因，因此無(wú)論采取上述何種技術(shù)手機(jī)治理凝露，阻斷水蒸氣進(jìn)入柜體是凝露治理的第一要?jiǎng)?wù)，封堵效果的好壞直接決定了凝露的治理效果。一般采用防火材料、防火隔板等對(duì)設(shè)備電纜進(jìn)出管口及周邊孔洞進(jìn)行有效的封堵，讓整個(gè)柜體對(duì)外形成隔斷層，隔離電纜井內(nèi)潮氣或相對(duì)濕度較高的氣體進(jìn)入箱體，見(jiàn)圖2。

4.2 凝露的檢測(cè)與預(yù)警

對(duì)于需要采用電加熱、強(qiáng)抽排風(fēng)、電除濕等輔助手段治理凝露的戶外設(shè)備，考慮到戶外設(shè)備只要依賴PT、太陽(yáng)能等設(shè)備供電，從節(jié)能降耗、設(shè)備使用壽命等方面考慮，凝露治理設(shè)備應(yīng)根據(jù)凝露的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)投切，這就涉及到凝露的檢測(cè)與預(yù)警問(wèn)題。

目前市場(chǎng)上凝露的檢測(cè)一般都是采用半導(dǎo)體凝露傳感器，這種凝露傳感器存在兩個(gè)缺陷：一是其是被動(dòng)型動(dòng)作器件，只在凝露發(fā)生后才能啟動(dòng)加熱器等防凝露設(shè)備，作為一個(gè)開(kāi)關(guān)柜設(shè)備反事故重要措施缺少一個(gè)預(yù)防過(guò)程。其二，這種凝露傳感器對(duì)安裝位置非常敏感，并容易受到灰塵或氣體的侵蝕而改變特性，經(jīng)常發(fā)生柜壁已有結(jié)露現(xiàn)象，但凝露控制器仍不能及時(shí)啟動(dòng)加熱器投入現(xiàn)象。有些運(yùn)行單位為了提高防凝露可靠性，往往讓防凝露設(shè)備一直運(yùn)行的辦法，這種方法，雖然加強(qiáng)了防凝露的措施，但也帶來(lái)了電力損耗和浪費(fèi)。

針對(duì)開(kāi)關(guān)柜常用防凝露方法存在問(wèn)題，為提高開(kāi)關(guān)柜防凝露可靠性及減少電力消耗，本文提出了一種改進(jìn)型開(kāi)關(guān)柜防凝露控制方案。

根據(jù)凝露發(fā)生的機(jī)理分析，只要我們使開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的溫度始終保持高于柜外部的環(huán)境溫度，且盡量降低柜體內(nèi)部的相對(duì)濕度，就完全可以預(yù)防柜內(nèi)產(chǎn)生凝露。改進(jìn)的控制方案利用多個(gè)溫度傳感器，一個(gè)測(cè)柜體外溫度，一個(gè)安裝在柜壁，測(cè)量柜壁溫度，其余的測(cè)柜體內(nèi)部各隔室的溫度，通過(guò)控制加熱器的投切來(lái)調(diào)節(jié)柜內(nèi)溫度，使開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部要防凝露的部位的溫度始終比柜外環(huán)境溫度至少高2℃～3℃，使之不具備凝露發(fā)生的條件，起到預(yù)防凝露的作用。當(dāng)柜體內(nèi)外有2℃～3℃ 溫差時(shí)就停止加熱，反之則啟動(dòng)加熱器。為了進(jìn)一步提高防潮、防凝露的可靠性，還可以增加相對(duì)濕度度傳感器及排風(fēng)扇，在監(jiān)測(cè)溫差的同時(shí)，還可以測(cè)量顯示柜內(nèi)的相對(duì)濕度。根據(jù)多種參數(shù)來(lái)判別、控制電柜內(nèi)部的相對(duì)濕度（超過(guò)65%RH時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)扇或加熱），進(jìn)一步提高驅(qū)潮和防凝露能力。

采用該方案后很大程度上避免了凝露傳感器其特性的局限性和使用環(huán)境的影響，有效地解決原自動(dòng)加熱除濕控制方案存在的靈敏度、精度、使用壽命、電能消耗和可靠性等問(wèn)題，把被動(dòng)防止凝露方式變?yōu)橹鲃?dòng)防止凝露，增加了開(kāi)關(guān)柜防凝露的可靠性；另外，從傳感器壽命來(lái)說(shuō)，溫度傳感器的使用壽命是凝露傳感器壽命的數(shù)十倍，防凝露控制系統(tǒng)的工作壽命和可靠性將大大增加。

4.3 凝露的治理原則

視凝露危害的嚴(yán)重程度，對(duì)環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、箱變等戶外設(shè)備應(yīng)采取差異化的處理方法：對(duì)皖北等凝露危害不甚嚴(yán)重的片區(qū)，在做好電纜井防水、電纜進(jìn)出線封堵的基礎(chǔ)上，采用自然通風(fēng)法一般就可以克服凝露對(duì)設(shè)備的侵蝕；對(duì)長(zhǎng)江沿岸以及部分選址不當(dāng)?shù)膮^(qū)域的戶外設(shè)備在做好上述工作的基礎(chǔ)上還應(yīng)結(jié)合設(shè)備本身?xiàng)l件綜合采取其他防凝露措施。如對(duì)斷路器柜，考慮本身都配置有PT，可以采用經(jīng)濟(jì)適用的電加熱驅(qū)潮法；對(duì)取電困難、電源容量有限的設(shè)備可以采用電除濕法；對(duì)箱式變壓器可以采用強(qiáng)排/抽風(fēng)法，并可起到對(duì)配變的通風(fēng)散熱作用；臨時(shí)性場(chǎng)合可以采用干燥劑輪換法，但應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的巡視密度；在控制器的選擇上應(yīng)以溫差、相對(duì)濕度作為綜合判據(jù)控制防凝露設(shè)備的投切，提高防凝露控制系統(tǒng)的工作壽命和可靠性。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，10kV配電線路逐步電纜入地已是大勢(shì)所趨，因戶外環(huán)境對(duì)設(shè)備的侵蝕造成的損失每年近億元，加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境的整治已經(jīng)刻不容緩，一方面我們要按凝露治理原則對(duì)戶外存量箱式設(shè)備進(jìn)行治理改造，同時(shí)，對(duì)新投運(yùn)的設(shè)備要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收，并結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)采取相應(yīng)的防凝露技術(shù)措施保證設(shè)備在其預(yù)期的壽命周期內(nèi)安全、可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

馮玉（1986），男，碩士，研究方向?yàn)榕渚W(wǎng)設(shè)備運(yùn)行與管理。