不停電應(yīng)急凝露除濕裝置的研制與應(yīng)用

姜 龍，張池川，劉銅錘

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000）

0 引言

開(kāi)關(guān)柜作為變電站內(nèi)重要的電氣設(shè)備被廣泛應(yīng)用，開(kāi)關(guān)柜的安全穩(wěn)定工作關(guān)系到變電站的安全可靠運(yùn)行。目前開(kāi)關(guān)柜整體結(jié)構(gòu)日趨小型化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，帶電體相間及對(duì)地距離縮小，對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求較為苛刻，柜體內(nèi)、外運(yùn)行環(huán)境成為高壓開(kāi)關(guān)柜安全穩(wěn)定工作的重要因素。由于南方天氣高溫高濕，空氣介質(zhì)的絕緣性能偏低，高壓電極在高濕環(huán)境中極易發(fā)生局部放電，導(dǎo)致絕緣部分老化加速；高溫高濕環(huán)境易造成柜體內(nèi)絕緣部件、帶電體表面產(chǎn)生凝露，降低電氣強(qiáng)度，加快金屬部件腐蝕。因此開(kāi)關(guān)柜在高溫高濕環(huán)境中存在較大的安全隱患，改善開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行環(huán)境是確保開(kāi)關(guān)柜安全運(yùn)行的重要手段。

目前開(kāi)關(guān)柜凝露除濕方法主要是依據(jù)加熱原理和增強(qiáng)空氣循環(huán)對(duì)凝露進(jìn)行處理，在開(kāi)關(guān)柜電纜倉(cāng)和開(kāi)關(guān)倉(cāng)分別布置加熱器是最為普遍的凝露驅(qū)潮措施[1-8]，從目前的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，柜體內(nèi)安裝加熱器未能有效徹底除濕。頂置式凝露除濕裝置是目前較先進(jìn)的凝露除濕裝置[9-11]，需安裝在柜頂，可自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)、除濕。由于需要柜頂大面積開(kāi)孔，對(duì)柜體的防爆效果產(chǎn)生較大影響，同時(shí)單個(gè)裝置費(fèi)用較高，經(jīng)濟(jì)性較差。

當(dāng)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)凝露量陡增，對(duì)柜內(nèi)帶電體帶來(lái)威脅時(shí)，目前的凝露除濕方法不能快速高效地處理凝露，經(jīng)濟(jì)效益較差。因此，提出一種不停電應(yīng)急凝露除濕裝置的研制方法，每個(gè)變電站僅配置1臺(tái)即可完成所有開(kāi)關(guān)柜的除濕工作，并在開(kāi)關(guān)柜帶電運(yùn)行的情況下，對(duì)柜體內(nèi)的凝露進(jìn)行快速除濕作業(yè)，滿足帶電運(yùn)行、高效除濕、經(jīng)濟(jì)性好的要求。

1 開(kāi)關(guān)柜凝露產(chǎn)生

開(kāi)關(guān)柜凝露現(xiàn)象是指開(kāi)關(guān)柜體表面溫度降低至露點(diǎn)溫度以下時(shí)在柜體表面產(chǎn)生液滴凝結(jié)的現(xiàn)象，可發(fā)生在柜體內(nèi)或柜體外。開(kāi)關(guān)柜是否產(chǎn)生凝露現(xiàn)象取決于環(huán)境相對(duì)濕度、柜體表面溫度及露點(diǎn)溫度[7]。南方天氣高溫高濕，梅雨季節(jié)空氣濕度大，開(kāi)關(guān)柜電纜孔洞等封堵不嚴(yán)，斷路器動(dòng)作產(chǎn)生振動(dòng)使封堵材料松動(dòng)，外部濕氣通過(guò)孔洞進(jìn)入開(kāi)關(guān)柜柜體內(nèi)部，可能引起柜體內(nèi)相對(duì)濕度增大。開(kāi)關(guān)柜內(nèi)各個(gè)倉(cāng)室相對(duì)獨(dú)立密封，空氣對(duì)流循環(huán)差，濕氣無(wú)法及時(shí)排出柜外，在柜體內(nèi)外溫差較大時(shí)，溫度較低的柜內(nèi)壁上會(huì)出現(xiàn)凝露，嚴(yán)重時(shí)凝露聚集形成水滴，形成放電通道最終引發(fā)閃爆故障。

雖然開(kāi)關(guān)柜配置了加熱器，但部分加熱器布置不合理，柜內(nèi)受熱不均勻，當(dāng)高溫高濕空氣遇到溫度較低的柜體內(nèi)壁時(shí)會(huì)迅速凝結(jié)形成凝露。開(kāi)關(guān)柜內(nèi)自動(dòng)溫度控制器容易失靈，造成倉(cāng)室內(nèi)加熱器不能可靠投退，凝露不能及時(shí)處理。

2 應(yīng)急不停電凝露除濕裝置的設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)柜滿足日常各倉(cāng)室封閉獨(dú)立的特點(diǎn)，在凝露除濕時(shí)需要增強(qiáng)倉(cāng)室內(nèi)外空氣循環(huán)，將潮濕氣體排出柜外，吸收干燥的氣體，并在短時(shí)間內(nèi)完成除濕作業(yè)，滿足應(yīng)急工作要求。為滿足開(kāi)關(guān)柜除濕時(shí)不停電的需求，應(yīng)在不影響開(kāi)關(guān)柜正常運(yùn)行的情況下，完成除濕作業(yè)。

新研制的凝露除濕裝置應(yīng)用于短時(shí)凝露量陡增情況下，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜不停電快速除濕功能，因此開(kāi)關(guān)柜內(nèi)外需要加強(qiáng)空氣對(duì)流。在開(kāi)關(guān)柜柜體上需開(kāi)孔，在滿足柜體內(nèi)外空氣循環(huán)的前提下，孔徑應(yīng)盡量小，并采用風(fēng)機(jī)提升空氣循環(huán)的強(qiáng)度，裝置與開(kāi)關(guān)柜內(nèi)通過(guò)風(fēng)管連接，裝置內(nèi)設(shè)置吸氣裝置和吹氣裝置，并在吸氣裝置前設(shè)干燥裝置，吹氣裝置出口設(shè)加熱裝置，以保證進(jìn)入柜體內(nèi)的空氣干燥且溫度適當(dāng)，提高除濕效果[12-15]，滿足應(yīng)急除濕需要。裝置在柜體外，可不受開(kāi)關(guān)柜是否處于帶電狀況的影響。裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

裝置的工作原理是：在開(kāi)關(guān)柜柜頂和柜底開(kāi)孔，通過(guò)風(fēng)管與凝露除濕裝置連接，吸氣裝置抽取柜體內(nèi)潮濕空氣并經(jīng)過(guò)干燥，送往熱風(fēng)吹氣裝置，經(jīng)過(guò)加熱后的氣體被鼓入開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，通過(guò)加快柜內(nèi)外空氣循環(huán)，將潮濕的空氣排出并鼓入干燥的氣體，從而達(dá)到凝露除濕的目的。

2.1 開(kāi)關(guān)柜柜體開(kāi)孔設(shè)計(jì)

圖1 應(yīng)急不停電凝露除濕裝置結(jié)構(gòu)

在開(kāi)關(guān)柜上開(kāi)孔要滿足相應(yīng)的防護(hù)等級(jí)和防爆要求，因此柜面開(kāi)孔不宜過(guò)大，為降低開(kāi)關(guān)柜爆炸時(shí)氣浪流向?qū)θ梭w的損傷，開(kāi)關(guān)柜開(kāi)孔位置不應(yīng)在柜前。由于開(kāi)關(guān)室內(nèi)開(kāi)關(guān)柜并列布置，所有開(kāi)關(guān)柜由母線連接，因此開(kāi)關(guān)柜兩側(cè)無(wú)法進(jìn)行開(kāi)孔。開(kāi)關(guān)柜內(nèi)各個(gè)倉(cāng)室獨(dú)立且密閉，在進(jìn)行凝露除濕時(shí)，為滿足空氣對(duì)流，鼓風(fēng)進(jìn)入柜內(nèi)的空氣得到充分循環(huán)，鼓風(fēng)處應(yīng)在柜后底部開(kāi)孔（如圖2所示1號(hào)開(kāi)孔處），滿足電纜倉(cāng)除濕需要。開(kāi)關(guān)柜內(nèi)各個(gè)倉(cāng)室密封獨(dú)立，為促進(jìn)母線倉(cāng)內(nèi)空氣循環(huán)，在母線封板和柜后對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行開(kāi)孔（如圖2所示2號(hào)開(kāi)孔處），要求2塊隔板的開(kāi)孔需對(duì)應(yīng)。柜頂開(kāi)孔如圖2所示3號(hào)開(kāi)孔處。

圖2 開(kāi)關(guān)柜開(kāi)孔位置示意

2.2 凝露除濕裝置設(shè)計(jì)

凝露除濕裝置主要分為3個(gè)部分：吸風(fēng)裝置、熱風(fēng)吹氣裝置和機(jī)箱，如圖3所示。吸風(fēng)裝置和熱風(fēng)吹氣裝置為該凝露除濕裝置的主要部分，承擔(dān)除濕的主要任務(wù)。通過(guò)吸風(fēng)裝置抽取開(kāi)關(guān)柜內(nèi)潮氣，可及時(shí)排出柜體內(nèi)潮氣，降低凝露形成的可能性。熱風(fēng)吹氣裝置通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)鼓入干燥熱風(fēng)，促使柜體內(nèi)潮氣含量降低，從而實(shí)現(xiàn)減少凝露并除濕的目的。吸風(fēng)裝置和熱風(fēng)吹氣裝置同時(shí)工作可加快開(kāi)關(guān)柜內(nèi)空氣循環(huán)的速度，達(dá)到置換柜體內(nèi)潮濕空氣和凝露除濕的目的。該裝置采取緊湊化設(shè)計(jì)，將吸風(fēng)裝置和熱風(fēng)吹氣裝置集成在一個(gè)箱體中，減小裝置的體積，便于攜帶。

圖3 應(yīng)急不停電凝露除濕裝置

2.3 不停電凝露除濕裝置使用流程

將按照設(shè)計(jì)制作的不停電應(yīng)急凝露除濕裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，利用風(fēng)管與開(kāi)關(guān)柜連接進(jìn)行凝露除濕工作，如圖4所示。

裝置的使用流程可參見(jiàn)圖5。

圖4 裝置安裝實(shí)物

圖5 使用流程

3 應(yīng)急不停電凝露除濕裝置的應(yīng)用效果

為驗(yàn)證不停電凝露除濕裝置是否滿足設(shè)計(jì)要求，以某110 kV變電站10 kV開(kāi)關(guān)柜為例，梅雨季節(jié)在保證開(kāi)關(guān)柜正常運(yùn)行情況下進(jìn)行凝露處理。柜體內(nèi)相對(duì)濕度為90%，分別采用應(yīng)急不停電凝露除濕裝置和常規(guī)凝露除濕方法進(jìn)行凝露除濕，將柜體內(nèi)相對(duì)濕度降到50%，并從除濕效果和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）除濕效果。

常規(guī)除濕方式是在開(kāi)關(guān)柜電纜倉(cāng)和開(kāi)關(guān)倉(cāng)各設(shè)置2組加熱器，采用1組小功率加熱器（50 W）常投，1組大功率加熱器（100 W）手動(dòng)投切。通過(guò)常規(guī)方式和使用本裝置進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)采用不停電凝露除濕裝置的開(kāi)關(guān)柜，除濕時(shí)間大幅縮短，降到4.3 h，如圖6所示。

圖6 除濕時(shí)間對(duì)比

（2）以單位時(shí)間內(nèi)相對(duì)濕度下降比來(lái)表征除濕速率。對(duì)比采用加熱器和本裝置的除濕速率，發(fā)現(xiàn)除濕速率由10%提升到35%，如圖7所示。

（3）經(jīng)濟(jì)效益。

圖7 除濕速率對(duì)比

獨(dú)立式頂置除濕單元裝置是目前解決電氣設(shè)備各種柜體內(nèi)潮濕凝露現(xiàn)象較為先進(jìn)的自動(dòng)除濕裝置。與本裝置相比，二者的除濕速率和除濕耗時(shí)相差不大，但是獨(dú)立式裝置要求每個(gè)開(kāi)關(guān)柜均需配置，總體費(fèi)用較高，單日損失電量達(dá)到25萬(wàn)kWh。因此在同等除濕效果下，不停電凝露除濕裝置可大幅減少費(fèi)用，節(jié)約成本。比較結(jié)果如表1所示（變電站開(kāi)關(guān)柜按30個(gè)計(jì)算）。

表1 2種裝置的經(jīng)濟(jì)性比較

4 結(jié)論

（1）不停電應(yīng)急凝露除濕裝置主要解決開(kāi)關(guān)柜凝露量陡增問(wèn)題，是變電運(yùn)行人員依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)提出的一種高效、經(jīng)濟(jì)的凝露除濕裝置。該裝置安裝過(guò)程不需停電，在開(kāi)關(guān)柜例行計(jì)劃停電時(shí)進(jìn)行開(kāi)孔，且除濕效果好、經(jīng)濟(jì)性好。

（2）通過(guò)在某110 kV變電站10 kV開(kāi)關(guān)柜上進(jìn)行凝露處理，驗(yàn)證了裝置除濕效果好，除濕時(shí)間下降到4.3 h，除濕速率提高到35%。該裝置每個(gè)變電站僅需配置1個(gè)即可，在發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)生凝露時(shí)即可使用，大幅降低了費(fèi)用。同時(shí)該裝置外置，對(duì)柜體內(nèi)帶電設(shè)備不產(chǎn)生影響，使用靈活。

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