一種新型電控柜內(nèi)凝露報(bào)警和治理綜合系統(tǒng)

張?jiān)? 吳鵬 李永虹 馬小軍 阮法

摘 要：針對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)中大量使用的電控柜內(nèi)部易產(chǎn)生有害凝露這一普遍現(xiàn)象，文章闡述了凝露產(chǎn)生的機(jī)理和危害，以及防治凝露的必要性。研究了現(xiàn)有電控柜凝露檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)方法和治理措施，分析了其存在的缺陷。有針對(duì)性地研制出一種新型電控柜內(nèi)凝露報(bào)警和綜合治理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：電控柜凝露；自動(dòng)檢測(cè)凝露報(bào)警；智能消除凝露

中圖分類號(hào)：TM591 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）36-0073-02

Abstract： In view of the common phenomenon of harmful condensation in electric control cabinet which is widely used in power system， this paper expounds the mechanism and harm of condensation， and the necessity of preventing condensation. The paper also studies the existing electronic control cabinet condensate detection equipment， testing methods and treatment measures， and analyzes the defects of the existing. A new type of condensation alarm and comprehensive control system for electric control cabinet is developed.

Keywords： condensation of electric control cabinet； automatic condensation alarm detection； intelligent condensation elimination

1 概述

在電網(wǎng)系統(tǒng)各發(fā)、配、變電廠（站）中，電控柜被大量的使用。在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，電控柜內(nèi)會(huì)由于各種原因存在水蒸氣凝露積水現(xiàn)象，將會(huì)造成線路短路和機(jī)構(gòu)腐蝕，產(chǎn)生極大的事故隱患。所以做好電控柜的凝露監(jiān)控和消除工作，將是保障電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行的必要措施。

因此，研制一種新型電控柜內(nèi)凝露報(bào)警和綜合治理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)到凝露產(chǎn)生，及時(shí)報(bào)警上傳監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。同時(shí)啟動(dòng)凝露消除設(shè)備，快速消除有害凝露。是關(guān)系到電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行的重要課題。

2 電控柜內(nèi)凝露產(chǎn)生的機(jī)理及危害

2.1 凝露產(chǎn)生的機(jī)理

（1）凝露及產(chǎn)生凝露現(xiàn)象相關(guān)的幾個(gè)概念

a.絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝豢諝庠谝欢▔毫皽囟认滤乃馁|(zhì)量。b.飽和濕度：?jiǎn)挝豢諝庠谠摋l件下所能包含的最大水蒸氣質(zhì)量。溫度越高，空氣中所能包含的水蒸氣越多，飽和濕度越大。c.相對(duì)濕度：絕對(duì)濕度與飽和濕度的比值。d.凝露和露點(diǎn)溫度：如果保持空氣的濕度而降低空氣溫度，當(dāng)溫度低至一定值后，水蒸氣的分壓力達(dá)到對(duì)應(yīng)于當(dāng)時(shí)空氣溫度的飽和壓力，該條件下的空氣中水蒸氣就達(dá)到飽和。如果再進(jìn)一步降低空氣溫度，水蒸氣就會(huì)從空氣中冷凝析出形成“凝露”，而這個(gè)溫度則稱為露點(diǎn)溫度。

（2）電控柜內(nèi)部的凝露產(chǎn)生的機(jī)理

當(dāng)濕熱的環(huán)境空氣遇到低于露點(diǎn)溫度的物體表面時(shí)，水蒸氣就會(huì)凝結(jié)在物體表面由小到大形成露滴（凝露），而在相對(duì)封閉的空間內(nèi)空氣濕度會(huì)隨著凝露不斷的增多而降低。因此電控柜內(nèi)部的凝露是否發(fā)生將取決于電控柜所在的環(huán)境溫度、柜內(nèi)溫度、柜內(nèi)相對(duì)濕度以及露點(diǎn)溫度。

電控柜內(nèi)在一定溫度條件下，空氣中的相對(duì)濕度越大，露點(diǎn)溫度越接近環(huán)境和設(shè)備表面溫度，設(shè)備表面越容易產(chǎn)生凝露。如果要防止和消除電控柜內(nèi)有害凝露，前提是必須破壞凝露產(chǎn)生的條件。其一必須使不允許發(fā)生凝露的位置（電控柜內(nèi)設(shè)備）的表面溫度始終高于其環(huán)境空氣的凝露點(diǎn)溫度。其二是降低空氣中的相對(duì)濕度，使柜內(nèi)的空氣濕度低于該氣溫下的水蒸氣飽和度。[1]

2.2 凝露對(duì)電控柜內(nèi)電氣設(shè)備的危害

（1）凝露會(huì)造成電控柜內(nèi)設(shè)備線路短路事故

電控柜內(nèi)絕大多數(shù)設(shè)備是靠空氣來(lái)絕緣的。發(fā)生凝露時(shí)，在電控柜內(nèi)端子排和接線上聚集起來(lái)的露水會(huì)破壞金屬導(dǎo)電部位的絕緣，易造成交直流二次線之間的短路接地、器件燒損、開(kāi)關(guān)誤動(dòng)跳閘等事故。

凝露會(huì)降低絕緣設(shè)備表面的爬電距離，造成一次設(shè)備表面爬電或閃絡(luò)現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使設(shè)備燒損。尤其是有的設(shè)備處于停運(yùn)狀態(tài)不發(fā)熱時(shí)，其連接母排等部件內(nèi)部溫度經(jīng)常低于露點(diǎn)溫度，容易在其表面形成凝露，一旦送電就會(huì)發(fā)生爬電甚至短路事故。

（2）凝露會(huì)造成電控柜內(nèi)設(shè)備腐蝕故障

在電控柜內(nèi)設(shè)備和機(jī)構(gòu)上形成的凝露，尤其是含有腐蝕性雜質(zhì)的凝露，會(huì)腐蝕設(shè)備和機(jī)構(gòu)部件造成卡澀。并導(dǎo)致柜內(nèi)設(shè)備材料霉變，加速設(shè)備老化并降低其絕緣性。長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)將出現(xiàn)爬電或閃絡(luò)故障現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電控柜安全運(yùn)行。[2]

3 分析目前常用電控柜內(nèi)凝露檢測(cè)和治理方式及其具有的缺限性

3.1 通過(guò)人工檢測(cè)和手動(dòng)治理電控柜內(nèi)凝露方式及缺陷

（1）人工檢測(cè)方式及缺陷。a.人工檢測(cè)方式：由運(yùn)檢人員逐個(gè)打開(kāi)電控柜，目視檢查電控柜內(nèi)是否產(chǎn)生有害凝露產(chǎn)生。b.缺陷分析：手段單一，對(duì)于大量的電控柜設(shè)備用人工檢測(cè)耗工耗時(shí)效率低下，檢測(cè)時(shí)存在漏檢死角且檢測(cè)效果實(shí)時(shí)性差（凝露隨著內(nèi)外環(huán)境溫濕度的變化隨時(shí)會(huì)產(chǎn)生）。（2）人工手動(dòng)消除凝露的方式及缺陷。a.人工方式：通常是手動(dòng)擦拭或手持加熱驅(qū)潮裝置消除檢測(cè)到電控柜內(nèi)的有害凝露。b.缺陷分析：存在耗工耗時(shí)效率低下，治理時(shí)存在死角和實(shí)時(shí)性差的弊端。（3）結(jié)論：通過(guò)人工檢測(cè)和手動(dòng)治理電控柜內(nèi)凝露方式，無(wú)法及時(shí)有效的發(fā)現(xiàn)和消除大量設(shè)備中的有害凝露。

3.2 通過(guò)傳感器設(shè)備檢測(cè)，自動(dòng)啟動(dòng)加熱或除濕裝置消除電控柜內(nèi)凝露的方式及其缺陷

（1）通過(guò)傳感器自動(dòng)檢測(cè)凝露的方式及其缺陷。目前自動(dòng)檢測(cè)電控柜內(nèi)凝露的主要方式：是在電控柜內(nèi)安裝溫濕度控制器。溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測(cè)量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。通過(guò)測(cè)量溫度和相對(duì)濕度自動(dòng)檢測(cè)電控柜內(nèi)是否產(chǎn)生凝露。其效率和準(zhǔn)確性明顯高于人工方式。缺陷分析：由于濕度是溫度的函數(shù)，溫度的變化決定性地影響著濕度的測(cè)量結(jié)果。而電控柜內(nèi)溫度和濕度存在一定的梯度難以完全均勻一致。導(dǎo)致測(cè)量精度會(huì)存在一定的誤差。同時(shí)由于溫濕度測(cè)量的原理和方法差異較大，各種測(cè)量方法之間難以直接校準(zhǔn)和認(rèn)定，大多只能用間接辦法比對(duì)，要在所有溫度范圍內(nèi)校準(zhǔn)各點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果，是十分困難的事。（2）傳統(tǒng)電控柜內(nèi)治理消除凝露的方法及缺陷。方式一：溫濕度傳感器根據(jù)設(shè)定值手動(dòng)或自動(dòng)驅(qū)動(dòng)加熱裝置消除凝露。該方法的缺陷是：柜體內(nèi)驅(qū)潮加熱裝置通過(guò)濕度控制器驅(qū)動(dòng)，靈敏度較低，只有當(dāng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)濕度達(dá)到接近飽和時(shí)才能啟動(dòng)，漏報(bào)率較高。同時(shí)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(méi)有將柜內(nèi)的水汽排出。方式二：溫控器或溫濕度傳感器根據(jù)設(shè)定值手動(dòng)或自動(dòng)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)除濕。該方法的缺陷是：用風(fēng)機(jī)通過(guò)空氣的對(duì)流與外界干燥的空氣進(jìn)行交換達(dá)到降低電氣柜內(nèi)濕度，環(huán)境濕度較大時(shí)并不起作用，還易造成塵土、污穢進(jìn)入柜內(nèi)，也不能實(shí)現(xiàn)防凝露的目的。（3）結(jié)論：通過(guò)凝露產(chǎn)生的機(jī)理和現(xiàn)有消除凝露技術(shù)的分析發(fā)現(xiàn)，單一設(shè)備檢測(cè)消除凝露的方式都存在一定的缺陷，不能完全可靠的取代人工檢測(cè)和消除電控柜內(nèi)凝露的工作。因此，很有必要研究一種新型檢測(cè)治理凝露的方式：即通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)綜合，利用現(xiàn)有技術(shù)手段優(yōu)勢(shì)，避免其缺陷。

4 一種新型電控柜內(nèi)凝露報(bào)警和治理綜合系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

基于凝露產(chǎn)生的機(jī)理和現(xiàn)有消除凝露的技術(shù)，研制一種新型的新型電控柜內(nèi)凝露報(bào)警和治理綜合系統(tǒng)。包含4個(gè)子系統(tǒng)：（1）電控柜內(nèi)凝露感應(yīng)報(bào)警及控制顯示系統(tǒng)；（2）抗干擾無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)；（3）后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)；（4）電控柜內(nèi)智能快速凝露消除系統(tǒng)。

4.2 系統(tǒng)功能原理

（1）子系統(tǒng)1：電控柜內(nèi)凝露感應(yīng)報(bào)警及控制顯示系統(tǒng)。該子系統(tǒng)由3部分組成，原理和構(gòu)成如下：利用凝露是由小到大慢慢聚集起來(lái)的這一特點(diǎn)，另辟思路：使用專門設(shè)計(jì)的大面積迷宮式防腐蝕凝露感應(yīng)傳感器，采用有源接觸式凝露，在箱體內(nèi)部容易產(chǎn)生凝露的位置構(gòu)成多塊組合式凝露感應(yīng)回路。該感應(yīng)電路靈敏度高（監(jiān)測(cè)報(bào)警凝露直徑？芨1mm，而能夠?qū)Χ俗优诺仍O(shè)備造成短路危害的凝露直徑一般都？芨4mm），在凝露剛一聚集形成尚未對(duì)設(shè)備造成危害時(shí)即自動(dòng)導(dǎo)通，將信號(hào)傳送到一體化安裝的凝露控制模塊進(jìn)行處理。解決了濕度控制器測(cè)量誤差較大的缺陷。a.現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警顯示模塊：凝露檢測(cè)控制模塊接收到報(bào)警信號(hào)后，將凝露信號(hào)通過(guò)內(nèi)置無(wú)線發(fā)射模塊將凝露報(bào)警信號(hào)經(jīng)外置發(fā)射天線，發(fā)送至抗干擾無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)。b.獨(dú)立電源模塊：用于設(shè)備的獨(dú)立供電。c.無(wú)線通訊模塊：能夠與現(xiàn)場(chǎng)所有通訊模塊、無(wú)線中繼和中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊。（2）抗干擾無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)。電控柜凝露無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)架構(gòu)由三部分組成：現(xiàn)場(chǎng)凝露檢測(cè)設(shè)備自帶的無(wú)線報(bào)警通訊模塊及發(fā)射天線；采用兩級(jí)或三級(jí)（現(xiàn)配）的通訊方式保證無(wú)線通訊鏈路的可靠。安裝在被檢測(cè)設(shè)備的無(wú)線報(bào)警模塊是第一級(jí)，無(wú)遮擋情況下通訊距離可達(dá)3km。檢測(cè)地區(qū)中心安裝的無(wú)線通訊和中繼模塊；為了實(shí)現(xiàn)高可靠的無(wú)線通訊報(bào)警、尤其是在金屬物體密集、干擾嚴(yán)重電站環(huán)境中。為了保證通訊可靠本系統(tǒng)增加了第二級(jí)無(wú)線中繼模塊，安裝在現(xiàn)場(chǎng)較高的位置。通過(guò)第二級(jí)的無(wú)線中繼基本能滿足一般現(xiàn)場(chǎng)的通訊要求。（3）監(jiān)控后臺(tái)及上位機(jī)系統(tǒng)。上位機(jī)系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線與現(xiàn)場(chǎng)通模塊通訊、自動(dòng)完成巡檢、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)記錄，它由計(jì)算機(jī)，無(wú)線通訊模塊和組態(tài)軟件構(gòu)成。上位機(jī)軟件能夠記錄整個(gè)凝露檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)和報(bào)警歷史曲線，方便查詢。整個(gè)系統(tǒng)的工作情況和報(bào)警情況在上位機(jī)軟件界面上清晰表達(dá)一目了然。整個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)采用高可靠的工業(yè)級(jí)組態(tài)軟件進(jìn)行控制，保證了整個(gè)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的容錯(cuò)能力、可靠的記錄能力和豐富的通訊方式。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分段功能能夠容納巨量的現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種不同的工作環(huán)境。（4）電控柜凝露智能消除系統(tǒng)。當(dāng)凝露傳感器檢測(cè)及設(shè)備控制模塊檢測(cè)到機(jī)箱內(nèi)凝露產(chǎn)生，除及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)外，將同時(shí)啟動(dòng)機(jī)箱內(nèi)的治理設(shè)備消除凝露。

凝露治理設(shè)備包括智能半導(dǎo)體除濕器裝置和電熱風(fēng)機(jī)。檢測(cè)到凝露發(fā)生時(shí)，凝露檢測(cè)控制系統(tǒng)在報(bào)警的同時(shí)發(fā)出控制指令，驅(qū)動(dòng)凝露消除裝置：電熱風(fēng)機(jī)提高柜內(nèi)溫度破壞凝露形成的條件，半導(dǎo)體去濕器同時(shí)除去空氣中的水分降低柜內(nèi)的濕度，保證機(jī)箱內(nèi)不再出現(xiàn)凝露。凝露傳感器檢測(cè)到機(jī)箱內(nèi)凝露已消除時(shí)，則自動(dòng)或延時(shí)發(fā)送指令關(guān)閉電熱風(fēng)機(jī)和智能半導(dǎo)體去濕器。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備的凝露報(bào)警治理現(xiàn)狀，綜合分析各種監(jiān)控治理方式方法的優(yōu)劣，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行，結(jié)果證明用綜合系統(tǒng)進(jìn)行凝露報(bào)警和治理，其效果遠(yuǎn)優(yōu)于單一設(shè)備。

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