南方地區(qū)變電站凝露問題的解決方案

徐 浩 尹海波 劉乾勇 袁德富

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南方地區(qū)變電站凝露問題的解決方案

徐 浩 尹海波 劉乾勇 袁德富

（國網(wǎng)邵陽供電公司，湖南 邵陽 422000）

變電站戶外箱體式設(shè)備和戶內(nèi)設(shè)備的絕緣裕度和防腐蝕等級相對較低，凝露會導(dǎo)致出現(xiàn)元器件腐蝕、放電、直流接地等一系列問題，嚴(yán)重影響到設(shè)備安全穩(wěn)定運行。目前變電站防凝露的方式效果均不理想，且未能形成系統(tǒng)的解決方案。本文通過焓濕圖分析凝露現(xiàn)象形成的原因，提出針對南方地區(qū)防凝露問題系統(tǒng)性的解決方案，提高了電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運行水平。

端子箱；機構(gòu)箱；凝露；分析；解決方案

變電站凝露問題長期困擾變電運檢人員。戶外敞開式設(shè)備的爬距、干弧距有足夠的裕度，且防腐蝕等級也相對較高，凝露帶來的影響較小。但戶外箱體式設(shè)備和戶內(nèi)設(shè)備，其絕緣裕度和防腐蝕等級相對較低，凝露現(xiàn)象會帶來放電、腐蝕、直流接地等一系列問題，嚴(yán)重影響到設(shè)備安全穩(wěn)定運行[1]。目前變電站防凝露的幾種方式效果均不理想，且未能形成系統(tǒng)的解決方案。本文通過分析凝露現(xiàn)象形成的原因，結(jié)合多年的防治經(jīng)驗，根據(jù)地區(qū)氣候差異提出南方地區(qū)防凝露問題系統(tǒng)性解決方案，以提高電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運行水平。

1 與凝露相關(guān)的幾個概念

空氣的成份可以被看作是由空氣、水氣、塵埃三部分組成，空氣的干濕程度叫濕度。

1）絕對濕度。指單位空氣在一定壓力及溫度下所含的水氣質(zhì)量。

2）飽和濕度。指單位空氣在一定壓力及溫度下所能包含最大水氣質(zhì)量，也可以理解為空氣溶解水氣的能力。

3）相對濕度。指在一定時間內(nèi)，某處空氣中的水蒸氣量與該氣溫下飽和水蒸氣量的百分比，也就是在同一時刻，絕對濕度與飽和濕度之比。

2 凝露形成的原因

2.1 焓濕圖

單位空氣的飽和濕度與溫度相關(guān)，溫度越低，飽和濕度越小[2]。例如：30℃的空氣，其飽和含水量為30.3g/m3，若此時空氣的相對濕度為70%，則說明此時空氣中的含水量為21g/m3。隨著溫度的逐步下降，其飽和濕度也逐漸下降，相當(dāng)于溶解水氣的能力逐漸下降。當(dāng)飽和含水量小于21g/m3時，便形成凝露現(xiàn)象，此時相對濕度達到100%，此時的溫度稱為露點溫度，通過圖1焓濕圖可以查找其對應(yīng)關(guān)系。

焓濕圖的使用如圖2所示，若已知溫度是30℃，相對濕度是60%，則由焓濕圖對應(yīng)為點，可以查出含濕量為16.15g/kg干（水蒸氣分壓力為25.50× 102Pa），露點溫度對應(yīng)點，溫度為21.8℃。

圖1 焓濕圖

圖2 焓濕圖應(yīng)用舉例

2.2 得出的幾個結(jié)論

1）凝露是由溫度差引起的，如果白天相對濕度較高，夜晚氣溫下降時就很容易產(chǎn)生凝露。

2）不管空氣中的溫度如何，形成凝露的露點溫度始終低于環(huán)境溫度。

3）防止凝露的手段不外乎3種情況：①降低絕對濕度；②提高飽和濕度；③通風(fēng)降低溫差。

3 變電站目前常見的防凝露措施

變電站需要防凝露的設(shè)備主要是高壓開關(guān)柜、機構(gòu)箱、端子箱。目前防凝露的方法主要有4種，分別為冷凝驅(qū)潮、分散型加熱驅(qū)潮、集中控制型加熱驅(qū)潮、低功率常投型加熱驅(qū)潮。這4種方法各有優(yōu)劣，詳見表1。

表1 四種驅(qū)潮防凝露方法介紹

4 南方地區(qū)防凝露的要點

上述已提到防凝露的3種手段，其中通風(fēng)手段在南方地區(qū)不合適。從圖3中國年平均相對濕度分布圖可以看出，南方地區(qū)年平均濕度在70%以上，尤其梅雨季節(jié)有3～4個月的時間，平均濕度在95%以上[3]，通風(fēng)設(shè)計將導(dǎo)致高濕度空氣進入戶內(nèi)或者箱體內(nèi)。即便是通風(fēng)，戶內(nèi)外以及箱體內(nèi)外也不可能做到零溫差，這些細小的溫差足以導(dǎo)致高濕度的空氣形成凝露。同時嚴(yán)重影響驅(qū)潮裝置的工作效果，無論采用何種驅(qū)潮裝置，都是一邊驅(qū)潮，一邊又有潮濕空氣不斷進入。南方地區(qū)夏季平均溫度30℃，且晝夜溫度變化較大[4]，從焓濕圖得出溫度下降3℃左右就達到露點溫度，故南方地區(qū)夏季極易發(fā)生凝露。因此，通風(fēng)只適應(yīng)于北方地區(qū)的干燥氣候，對于南方地區(qū)的潮濕氣候而言，需要密封加驅(qū)潮，此為南方地區(qū)防凝露的要點。

圖3 中國年平均相對濕度分布圖

5 變電站目前防凝露工作存在的問題

5.1 密封不嚴(yán)嚴(yán)重影響驅(qū)潮效果

1）高壓室門窗設(shè)計不夠密封，如采用卷閘門，通風(fēng)百葉窗，強排風(fēng)機。

2）密封效果不良，如門窗破損；電纜溝至開關(guān)柜入口封堵不嚴(yán)。

3）箱體電纜入口封堵不嚴(yán)，無封條或密封條破損，箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計不良、材料偏薄變形引起密封不良等。

5.2 驅(qū)潮裝置質(zhì)量不佳影響正常運行

驅(qū)潮裝置的質(zhì)量不佳主要體現(xiàn)在控制器方面，分散型加熱驅(qū)潮方式由于成本很低，運行2～3年后，故障率普遍高達30%，且數(shù)量龐大，給運檢工作帶來很大麻煩。集中控制型加熱驅(qū)潮方式雖然解決了控制器的問題，但由于采樣點與實際需要驅(qū)潮的箱體環(huán)境不一致，各箱體內(nèi)的環(huán)境也不一致，所以實際使用效果也不好。冷凝驅(qū)潮的效果雖然最好，但也存在質(zhì)量不佳故障較高的問題，2016年試點應(yīng)用時安裝了45臺，運行1年以后有12臺出現(xiàn)了故障，且因成本較高，推廣難度較大。

5.3 加熱器功率偏小、分布不均勻影響驅(qū)潮效果

目前各廠商對機構(gòu)箱、端子箱加熱器的功率配置并沒有嚴(yán)格的計算，普遍都是簡單地配置一個100～150W的加熱器，加熱器附近效果明顯，遠離加熱器的位置照樣發(fā)生凝露，實際使用效果并不理想。少部分合資品牌的斷路器，其機構(gòu)箱采取了多個小功率加熱器分散布置的設(shè)計，如圖4所示，西門子斷路器采用6個22W的加熱電阻分散布置在機構(gòu)箱空間內(nèi)，防凝露效果比較好。

圖4 機構(gòu)箱加熱裝置為低功率常投型分散布置

5.4 運維方式影響驅(qū)潮效果

按規(guī)定，變電站運維人員需要定期對設(shè)備進行巡視[5]，巡視中需打開機構(gòu)箱門、端子箱門檢查驅(qū)潮裝置工作正常，箱內(nèi)密封良好[6-7]。有時候還進行雨天后特巡，造成大量水氣進入箱體內(nèi)，使箱體內(nèi)的絕對濕度達到了95%以上，此時除了冷凝除濕尚有效果外[8-9]，其他加熱除濕的方式幾乎全部無效。從焓濕圖可以看出，在溫度25℃、濕度95%的環(huán)境下，其露點溫度為23.9℃，也就是說溫度只要下降1.1℃就會起凝露。而箱體內(nèi)的加熱器功率只有100～150W，啟動后只能保持箱體內(nèi)溫度平均上升6℃左右，很難抵消環(huán)境溫度的變化和晝夜溫度的變化。例如前面所說西門子斷路器驅(qū)潮效果比較好，但由于雨天打開過機構(gòu)箱門，經(jīng)過一個晚上后照樣嚴(yán)重凝露，如圖5所示。

圖5 因雨天開門，西門子斷路器機構(gòu)箱凝露嚴(yán)重

6 解決方案

6.1 機構(gòu)箱、端子箱驅(qū)潮方案

首先要遵循南方地區(qū)采用密封方式的原則，做好機構(gòu)箱、端子箱的密封。箱體結(jié)構(gòu)要厚實不易變形，頂部需帶有雨檐，箱體與門的結(jié)合部位需帶有排水槽，重視縫隙處的封堵，密封條應(yīng)固定牢靠密封良好，密封條老化后需及時更換。

不考慮價格、成本等因素，優(yōu)選冷凝驅(qū)潮裝置。從實際應(yīng)用情況來看，采用的是降低絕對濕度的方式，效果比較理想[10-11]?？梢圆捎觅|(zhì)量評比、優(yōu)中選優(yōu)、延長質(zhì)保期等管理手段提高裝置的質(zhì)量。

綜合考慮各方面因素，還是采用分散型加熱驅(qū)潮方式，但同時需解決3個問題：①提高控制器的質(zhì)量，采用適當(dāng)提高采購成本、質(zhì)量評比、優(yōu)中選優(yōu)、延長質(zhì)保期等管理手段；②采用多個加熱器分散布置，按照箱體體積大小，將箱體內(nèi)加熱器總功率提高到200～600W。例如端子箱內(nèi)采用左右底部各布置一個100W的加熱器，小型機構(gòu)箱布置兩個100～150W加熱器，大型機構(gòu)箱布置3～4個100～150W加熱器；③遇到雨天或者濕度很大的天氣時，規(guī)定巡視中不能打開箱門，通過觀察孔巡視即可。如果必須打開，就應(yīng)在環(huán)境濕度下降后立即再次打開箱門通風(fēng)15min左右，降低箱內(nèi)絕對濕度。平時遇到低溫、干燥的天氣時，應(yīng)打開箱門通風(fēng)驅(qū)散箱內(nèi)潮氣。

通過實踐，對某變電站戶外機構(gòu)箱及端子箱進行密封改造，封堵通風(fēng)孔，更換密封條，采用分散型加熱驅(qū)潮，箱內(nèi)空氣濕度保持在40%～50%較低值，未發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)有凝露現(xiàn)象，改造前后濕度對比見表2。

表2 某變電站機構(gòu)箱、端子箱改造前后濕度對比

6.2 高壓開關(guān)柜驅(qū)潮方案

高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)相對緊湊且電壓等級高，各功能室又相對獨立，驅(qū)潮方式有一定局限性：①母線室不宜安裝加熱器；②儀表室一般都沒有安裝加熱器；③斷路器室、電纜室由于空間狹小，都不宜分散安裝多個低功率加熱器；④因排水的局限性不宜采用冷凝驅(qū)潮。目前常用的驅(qū)潮方式是分散型加熱驅(qū)潮和低功率常投驅(qū)潮，在開關(guān)柜的電纜室、斷路器室安裝加熱器，常投型采用50W，帶控制器的采用100～150W，效果均不是很理想。因此，高壓開關(guān)柜比較好的防凝露方式是高壓室整體驅(qū)潮。

1）加強高壓室的密封效果，修補破損門窗，對通風(fēng)窗進行改造，建議改成推拉窗型式，分別如圖6、圖7所示?？筛鶕?jù)需要變更通風(fēng)、密封方式。

圖6 推拉窗拉開狀態(tài)

圖7 推拉窗關(guān)閉狀態(tài)

2）加強開關(guān)柜一、二次電纜入口的封堵，電纜溝內(nèi)潮濕程度遠大于地面，而且是天然的風(fēng)道，封堵不嚴(yán)會造成大量潮氣進入開關(guān)柜。

3）在高壓室內(nèi)安裝工業(yè)除濕機，除濕機的功率按3000W/百平方米配置，一般需安裝兩臺以上除濕機。

通過實踐，對某變電站高壓室全封閉改造，安裝除濕機等各項治理措施后，采用溫濕度自動檢測記錄儀進行了跟蹤，從實測的數(shù)據(jù)來看，高壓室的開關(guān)柜內(nèi)外溫度保持平穩(wěn)，空氣濕度基本能保持一致，均在40%～70%之間，巡視過程也未發(fā)現(xiàn)設(shè)備產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，改造前后濕度對比見表3。

表3 某變電站高壓室全封閉改造前后濕度對比

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Solutions to the problem of condensation of substations in the south

Xu Hao Yin Haibo Liu Qianyong Yuan Defu

(Shaoyang Power Supply Company of State Grid, Shaoyang, Hu’nan 422000)

Because of the relatively low insulation margin and corrosion protection grade, the condensation will lead to a series of problems such as corrosion, discharge and DC grounding, which seriously affect the safe and stable operation of the equipment. At present, the effect of anti condensation in substation is not ideal, and there is no systematic solution. In this paper, the cause of condensation phenomenon is analyzed by the enthalpy humidity chart, and a systematic solution to prevent condensation in southern area is proposed to improve the safe and stable operation level of electrical equipment.

terminal box; mechanism box; condensation; analysis; solution

2018-06-06

徐 浩（1993-），男，江西豐城人，本科，助理工程師，主要從事變電檢修及運維工作。