遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)在配電站房防凝露除濕治理中的應(yīng)用

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司南通市通州區(qū)供電分公司 朱富云 蘇 劍

為應(yīng)對(duì)氣候變化，我國(guó)提出“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”等莊嚴(yán)的目標(biāo)承諾。在今年的政府工作報(bào)告中，“做好碳達(dá)峰、碳中和工作”被列為2021年重點(diǎn)任務(wù)之一；“十四五”規(guī)劃也將加快推動(dòng)綠色低碳發(fā)展列入其中[1]。

國(guó)家電網(wǎng)公司牢固樹立“能源轉(zhuǎn)型、綠色發(fā)展”理念，加快電網(wǎng)發(fā)展，加大技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)能源電力從高碳向低碳、從以化石能源為主向以清潔能源為主轉(zhuǎn)變，加快電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級(jí)，爭(zhēng)排頭、做表率，為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)作出國(guó)網(wǎng)貢獻(xiàn)。

1 凝露的形成原因及危害

對(duì)于配電站房?jī)?nèi)電氣設(shè)備而言，站房環(huán)境保持30%-70%的相對(duì)濕度最為適宜，一旦超過了75%，高壓開關(guān)柜內(nèi)部極易出現(xiàn)凝露甚至淌水，而空氣中的水蒸汽在強(qiáng)電磁場(chǎng)的作用下，極易形成臭氧，臭氧會(huì)嚴(yán)重破壞電氣設(shè)備的絕緣性能，并進(jìn)而引發(fā)觸電、電弧、設(shè)備起火甚至爆炸等嚴(yán)重事故。并且當(dāng)溫度低于“露點(diǎn)”時(shí)，就會(huì)發(fā)生凝露。

電氣設(shè)備所處環(huán)境的溫度有較大波動(dòng)也會(huì)引起凝露，特別是在電力負(fù)荷的不斷變化的條件下，高壓開關(guān)柜內(nèi)部將會(huì)有較大幅度的溫差變化，如果開關(guān)柜所處環(huán)境的相對(duì)濕度過大，就很容易在開關(guān)柜內(nèi)部的電氣設(shè)備表面形成水膜，而金屬在水膜作用下的腐蝕速度將會(huì)大大加快。

另外凝露還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部粉塵堆積，粉塵的塵粒荷電性（飄浮在空氣中的塵粒有90%-95%荷正電或荷負(fù)電），吸水性（吸水量多少與環(huán)境溫度、濕度有關(guān)），很容易使粉塵在電氣設(shè)備的周圍凝集沉降，從而減少了電氣距離，破壞了電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度、在線路過電壓或電氣操作過程中極易造成電氣擊穿短路事故。有的粉塵還堆集在電子板內(nèi)，造成電氣誤動(dòng)、短路等，對(duì)其安全運(yùn)行造成很大危害[2]。

2 常用的防凝露方式

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)對(duì)于變（配）電站房設(shè)計(jì)要求以及相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中都提出，柜體結(jié)構(gòu)必須要采取防凝露措施，包括利用設(shè)備局部密封處理、配合無源除濕措施，柜體頂板防凝露設(shè)計(jì)及處理、做斜坡導(dǎo)水設(shè)計(jì)，電氣元件采用密封技術(shù)制作或者用密封膠封堵等。

柜體內(nèi)部也會(huì)加裝加熱器和溫度控制器，在濕度≥75%或者溫度≤5℃的時(shí)候啟動(dòng)設(shè)備，在濕度≤65%或者溫度大于等于15℃的時(shí)候停止設(shè)備，可以有效的控制內(nèi)部凝露的形成。

關(guān)于變配電站房以及值班室控制室等站房主體建筑物的防凝露治理，GB50053-2013《20kV 及以下變電所設(shè)計(jì)》中6.3.5條規(guī)定：在采暖地區(qū)，控制室和值班室應(yīng)設(shè)置采暖裝置。配電室內(nèi)溫度低影響電氣設(shè)備元件和儀表的正常運(yùn)行時(shí)，也應(yīng)設(shè)置采暖裝置或采取局部采暖措施。GB50613-2010《城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》中11.2.2條規(guī)定：變配電站內(nèi)設(shè)置采暖、空調(diào)設(shè)備的房間宜采用節(jié)能措施。

目前傳統(tǒng)變配電站房提高環(huán)境溫度和防凝露除濕一般采取如下措施：采用空調(diào)或者電熱油汀制熱，來提高站房?jī)?nèi)的溫度；采用空調(diào)除濕功能，或安裝冷凝式除濕機(jī)除濕，來降低空氣濕度；對(duì)空氣中的粉塵沒有什么好的辦法。這些傳統(tǒng)技術(shù)，不是耗能高，就是效果不明顯，不能滿足未來低碳節(jié)能、綠色發(fā)展的需求。

3 遠(yuǎn)紅外加熱除濕技術(shù)

遠(yuǎn)紅外線是一種電磁波，類似于微波和X 射線，但不同的是每一種波所攜帶的能量的不同，其中遠(yuǎn)紅外線占據(jù)太陽(yáng)輻射能量的72%。遠(yuǎn)紅外線的波長(zhǎng)范圍為4μm-1000μm，遠(yuǎn)紅外線是紅外線范圍波段最寬的（如圖1所示）。

圖1 太陽(yáng)光波長(zhǎng)圖

熱傳遞主要有三種方式：對(duì)流，傳導(dǎo)，輻射，遠(yuǎn)紅外線的傳熱形式是輻射傳熱，由電磁波傳遞能量。在遠(yuǎn)紅外線照射到被加熱的物體時(shí)，一部分射線被反射回來，一部分被穿透過去。當(dāng)發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線波長(zhǎng)和被加熱物體的吸收波長(zhǎng)一致時(shí)，被加熱的物體內(nèi)分子或原子吸收遠(yuǎn)紅外線能量產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，這時(shí)物體內(nèi)部分子和原子發(fā)生“共振”，而振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)使物體溫度升高，達(dá)到了加熱的目的[3]。

遠(yuǎn)紅外加熱除濕裝置就是利用遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)通過科學(xué)方法研制的，是將非金屬半導(dǎo)體電材料經(jīng)過納米技術(shù)和特殊工藝制作成特殊漿料，再利用網(wǎng)印技術(shù)、高溫?zé)Y(jié)等工藝，復(fù)合在微晶玻璃表面，與微晶玻璃板永久形成一個(gè)整體，制成一層無機(jī)非金屬遠(yuǎn)紅外導(dǎo)體電阻層。在通電后，遠(yuǎn)紅外加熱除濕裝置在電場(chǎng)的作用下，會(huì)輻射大量的波長(zhǎng)8-15μ的遠(yuǎn)紅外線，受體接收到遠(yuǎn)紅外線后，能量被吸收轉(zhuǎn)換為熱能，使受體的溫度升高，其原理如同“陽(yáng)光普照萬(wàn)物”的道理一樣，在這種供暖環(huán)境下，遠(yuǎn)紅外線到達(dá)墻面和其他物體后，迅速加熱電氣設(shè)備表面，加熱速度快于空氣傳熱，使環(huán)境溫度更均衡。

遠(yuǎn)紅外加熱除濕的優(yōu)勢(shì)如下：

電熱轉(zhuǎn)換率高：遠(yuǎn)紅外線的傳熱形式是輻射傳熱，由電磁波傳遞能量，因?yàn)闆]有介質(zhì)，中間不需要損耗能量。電熱轉(zhuǎn)換率高達(dá)98%以上，紅外輻射率可達(dá)85%以上。

熱效率高：發(fā)熱層原料中半導(dǎo)體膠能產(chǎn)生大量的遠(yuǎn)紅外線，使之熱效率提高了120-180%。

空間利用率高：遠(yuǎn)紅外加熱除濕裝置采用懸掛吊頂方式安裝，主要安裝于需加熱的設(shè)備之上，非常適用于空間有限的小型化站房（預(yù)制艙）。

升溫速率快：遠(yuǎn)紅外加熱除濕裝置在通電后，3分鐘左右表面溫度可以達(dá)到180°以上，快速形成較強(qiáng)的遠(yuǎn)紅外熱輻射，因?yàn)槭禽椛渲茻?，所以?huì)快速的使受體表面溫度上升。

工作能耗低：遠(yuǎn)紅外加熱除濕裝置可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)成不同功率的產(chǎn)品，額定功率在1300W-1800W 之間，低于空調(diào)制熱和電熱油汀制熱的功率，因電能全部轉(zhuǎn)化成熱能，本身無損耗，比其他供暖產(chǎn)品節(jié)能60%以上。

環(huán)境影響?。哼h(yuǎn)紅外除濕裝置在工作過程中，完全靜音，相比于空調(diào)外機(jī)工作中會(huì)發(fā)出噪音和電熱油汀會(huì)產(chǎn)生浮塵等設(shè)備，不會(huì)產(chǎn)生浮塵和噪音，對(duì)于周圍居民以及配電站房?jī)?nèi)部的電氣設(shè)備無任何影響。

使用壽命長(zhǎng)：遠(yuǎn)紅外加熱除濕裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元器件少，不需要維護(hù)，使用壽命長(zhǎng)，一般使用壽命在20年以上。而傳統(tǒng)的空調(diào)的壽命差不多在6-10年，電熱油汀的壽命差不多的5-8年左右。

4 應(yīng)用方式及治理效果

變（配）電站房防凝露治理是一個(gè)多系統(tǒng)多設(shè)備相結(jié)合的工作，如何將多重設(shè)備根據(jù)科學(xué)有效的配置方式，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的管理，使其工作在合理的方式上，既達(dá)到了有效的防凝露除濕的效果，又極大的提高了設(shè)備的工作效率，降低設(shè)備的能耗，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。

一個(gè)智能化的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)加上節(jié)能型的設(shè)備，無人看守，遠(yuǎn)程查看，采用多個(gè)高精度環(huán)境傳感器，實(shí)時(shí)精確的采集配電房中各個(gè)位置的環(huán)境參數(shù)，可以根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境的變化來使軸流風(fēng)機(jī)、水泵、遠(yuǎn)紅外加熱除濕器及設(shè)備聯(lián)動(dòng)等各子系統(tǒng)之間進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，完成自動(dòng)的閉環(huán)控制和告警，如自動(dòng)啟動(dòng)/關(guān)閉風(fēng)機(jī)、自動(dòng)啟動(dòng)/關(guān)閉水泵、自動(dòng)啟動(dòng)/關(guān)閉遠(yuǎn)紅外加熱除濕器等。

一旦濕度超過了75%，則同時(shí)打開風(fēng)機(jī)和遠(yuǎn)紅外加熱裝置，提高電氣設(shè)備表面溫度，增大周圍空氣的含水量，同時(shí)通過風(fēng)機(jī)將高濕的氣體排出，減少了空氣中的水汽量絕對(duì)值；當(dāng)濕度低于45%時(shí)，則同時(shí)停止設(shè)備，降低了能耗。環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，打開遠(yuǎn)紅外加熱裝置，提高電氣表面溫度，使其不容易在低溫下產(chǎn)生凝露，同時(shí)也減少了設(shè)備因?yàn)榈蜏卦斐傻挠绊?；?dāng)溫度達(dá)到15℃的時(shí)候，則停止設(shè)備。

一般配電站房?jī)?nèi)部，會(huì)按照一排高壓柜、兩排低壓柜的形式進(jìn)行設(shè)備布局，為了使得紅外輻射的效果最大化，分別在每一排高、低壓柜上方安裝2套至3套1300-1500W 左右的大的遠(yuǎn)紅外加熱除濕裝置。也可以按照每30平米的面積，配置1套遠(yuǎn)紅外加熱除濕裝置來匹配。

治理之前配電房的濕度基本維持在70%-75%，通過節(jié)能型的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)治理之后，基本濕度維持在50%以下。

5 結(jié)語(yǔ)

遠(yuǎn)紅外加熱除濕裝置有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，相比于原先配電站房（預(yù)制艙、辦公樓等）使用傳統(tǒng)的空調(diào)或電油汀來提升室內(nèi)溫度，采用遠(yuǎn)紅外加熱的方式具有低功耗、升溫快、無噪音、電熱轉(zhuǎn)換率高、無揚(yáng)塵以及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。完全符合國(guó)家電網(wǎng)“能源轉(zhuǎn)型、綠色發(fā)展”的理念，在實(shí)現(xiàn)國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)過程中，具有非常重要的作用。