廣西沿海地區(qū)10kV 高壓開關(guān)柜防凝露技術(shù)研究與實(shí)踐

玉晴慶

（廣西沿海鐵路股份有限公司，廣西 南寧 530003）

本文是通過針對(duì)沿海地區(qū)10kV 高壓開關(guān)柜內(nèi)空氣凝露原因的分析，防凝露技術(shù)研究與實(shí)踐的簡(jiǎn)介，進(jìn)而促使人們對(duì)于凝露異常具有高度的認(rèn)知，需在防凝露技術(shù)的應(yīng)用環(huán)節(jié)深下功夫，提升管控力度，在細(xì)節(jié)之處做實(shí)做強(qiáng)，才能夠促使凝露問題得到有效的解決，進(jìn)而為10kV 高壓開關(guān)柜正常運(yùn)行發(fā)揮極大的效力支持作用。

1 高壓開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境現(xiàn)狀分析

廣西沿海地區(qū)春季潮濕，雨季周期長(zhǎng)，且晝夜溫差較大，開關(guān)柜正常運(yùn)行過程中，雖采用空調(diào)降溫、除濕、自然通風(fēng)等方式來(lái)保障鐵路沿線電力配電間10kV 開關(guān)柜各系統(tǒng)、各設(shè)備實(shí)現(xiàn)有序、穩(wěn)定運(yùn)行，但是開關(guān)柜在實(shí)際運(yùn)行過程中，仍然在受到室外氣候突變因素影響時(shí)，電纜溝、電氣盤柜結(jié)構(gòu)件等部件產(chǎn)生凝露的問題就會(huì)凸顯出來(lái)。這種情形下，不僅使設(shè)備絕緣性能受到影響，擊穿的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加，而且促使設(shè)備氧化銹蝕，加快設(shè)備老化的速度。在此過程中，設(shè)備局部放電，損壞元器件時(shí)，設(shè)備故障發(fā)生的概率增加，設(shè)備的安全性也將遭受嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。同時(shí)，一旦設(shè)備發(fā)生故障，維修投入的成本必將是巨大的，如2020 年玉鐵線電力配電間多臺(tái)10kV 高壓開關(guān)柜出現(xiàn)無(wú)法操作的現(xiàn)象，影響了應(yīng)急供電，經(jīng)檢查，均為柜體內(nèi)長(zhǎng)期產(chǎn)生凝露造成絕緣下降引起爬電、閃絡(luò)事件，維修困難，只能整套更換高壓柜。因此，開關(guān)柜正常運(yùn)行環(huán)境的保障尤為重要，任何時(shí)候都不能有一絲的馬虎及懈怠。

以下是針對(duì)開關(guān)柜結(jié)構(gòu)及運(yùn)行環(huán)境的簡(jiǎn)介：

第一，廣西沿海地區(qū)冬、春季及汛期期間，雨量充沛，空氣濕度非常大，易產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，且開關(guān)柜進(jìn)線電纜溝通常處于地下，因此，其溫度與土壤溫度息息相關(guān)，同時(shí)，電纜溝的溝底、溝壁等部位受水分滲透蒸發(fā)影響，空氣濕度要大得多。這種情形下，一旦冬季開關(guān)柜內(nèi)溫度低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，電纜溝內(nèi)的潮濕空氣就會(huì)乘虛而入，在蓋板內(nèi)側(cè)及開關(guān)柜底處形成凝露，致使開關(guān)柜處于極大的隱患之中。夏季時(shí)，一旦潮濕空氣融入，室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度將會(huì)升高，當(dāng)高于蓋板溫度時(shí)，蓋板上凝露的現(xiàn)象也將蔓延開來(lái)，那么開關(guān)柜所受到的創(chuàng)傷將難以想象[1]。

第二，通常，開關(guān)柜設(shè)計(jì)過程中，為了達(dá)到提升安全性能的目的，電纜進(jìn)線處、柜間、母線室之間采取一定的封堵隔離措施，但并沒有完全做到全密封，室內(nèi)空氣依然可以進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)部。此種情形下，進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)部的空氣碰到發(fā)熱配件，產(chǎn)生的水蒸氣難以有效排出，一旦壁板溫度低于空氣露點(diǎn)溫度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，凝露就會(huì)產(chǎn)生，長(zhǎng)此以往，凝露反復(fù)出現(xiàn)的概率將會(huì)持續(xù)大增。

目前，針對(duì)開關(guān)柜防止凝露措施方面，通常采用除濕干燥、強(qiáng)制通風(fēng)、安裝加熱器、安裝智能防凝露裝置等輔助設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。除濕干燥法是利用干燥劑吸掉柜內(nèi)濕氣，避免凝露形成，簡(jiǎn)單易用，缺點(diǎn)是吸水量有限，水分難以排出，效果不明顯。強(qiáng)制通風(fēng)法是在柜體底部安裝抽風(fēng)裝置，柜體頂部安裝排風(fēng)裝置，兩者同時(shí)使用加快柜體內(nèi)空氣流動(dòng)，避免凝露形成，缺點(diǎn)是因柜體空間有限，安裝抽排風(fēng)裝置比較困難，運(yùn)行時(shí)有噪聲，同時(shí)也容易將灰塵帶入柜體內(nèi)。安裝加熱器法是在柜體內(nèi)安裝加熱器，空氣濕度較高時(shí)啟動(dòng)加熱，提高柜體內(nèi)溫度，降低柜內(nèi)相對(duì)濕度；但由于柜體內(nèi)排氣不暢，加熱產(chǎn)生的水蒸氣不能及時(shí)排出，柜體內(nèi)仍將可能形成凝露。安裝智能防凝露裝置法是通過將溫濕度傳感器嵌入抽濕機(jī)控制器內(nèi)，根據(jù)溫濕度波動(dòng)控制抽濕機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，將柜體內(nèi)濕氣抽入除濕風(fēng)道，再經(jīng)過半導(dǎo)體制冷組件將濕氣冷凝為水并排出柜體外，從而抑制柜體內(nèi)凝露的產(chǎn)生，是目前比較好的一種方法[2]。

第三，廣西沿海地區(qū)鐵路沿線電力高壓配電間因設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮排風(fēng)及空調(diào)降溫，冬、春季及雨季高濕空氣未有效排出，當(dāng)開關(guān)柜長(zhǎng)期處于高濕環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，凝露現(xiàn)象將呈現(xiàn)擴(kuò)大化發(fā)展，致使開關(guān)柜正常運(yùn)行處于極大的風(fēng)險(xiǎn)中，對(duì)可靠供電產(chǎn)生極大的影響。為此，在沿海地區(qū)對(duì)防凝露技術(shù)的研究及實(shí)踐方面必須加強(qiáng)重視，通過資源的調(diào)配和相應(yīng)制度所發(fā)揮的效力支持作用，促使防凝露技術(shù)根據(jù)開關(guān)柜的實(shí)況得到有效落實(shí)后，開關(guān)柜才能夠正常運(yùn)行，進(jìn)而安全、穩(wěn)定地為鐵路行車設(shè)備供電[3]。

2 凝露異常對(duì)于開關(guān)柜的影響分析

2.1 對(duì)于空氣絕緣所帶來(lái)的影響

經(jīng)過人們不斷的實(shí)踐及研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度保持不變，球間隙放電電壓受高濕環(huán)境的影響較小，然而，一旦有凝露產(chǎn)生時(shí)，球間隙放電電壓將會(huì)急劇銳減，產(chǎn)生的不利影響是非常明顯的。

2.2 對(duì)于導(dǎo)體所產(chǎn)生的影響

通過針對(duì)大量開關(guān)柜內(nèi)部絕緣故障的分析可以發(fā)現(xiàn)，故障開關(guān)柜內(nèi)觸頭及母排氧化的現(xiàn)象較為常見，而致使氧化異常發(fā)生的罪魁禍?zhǔn)讋t是潮濕空氣。在此過程中，一旦觸頭氧化，一方面，所產(chǎn)生的氧化物落入觸頭盒內(nèi)后，爬電距離將會(huì)受到很大程度上的影響；另一方面，動(dòng)靜觸頭之間的接觸電阻增大時(shí)，熱故障發(fā)生的概率會(huì)突增，進(jìn)一步使設(shè)備處于極大的風(fēng)險(xiǎn)中。

2.3 對(duì)絕緣材料所產(chǎn)生的影響

開關(guān)柜的絕緣部件、絕緣支柱等通常采用環(huán)氧樹脂壓鑄的方式。一旦長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境下，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)與水分子結(jié)合形成氫鍵后，導(dǎo)電性必將增加，帶來(lái)的影響是極大的。

柜內(nèi)產(chǎn)生的凝露通常會(huì)在絕緣材料表面形成結(jié)晶水，進(jìn)而促使絕緣材料的表面絕緣性能逐步降低。同時(shí)，伴隨不斷分解效應(yīng)和閃絡(luò)效應(yīng)的累積，絕緣性能遭受破壞的情形將會(huì)持續(xù)加重，設(shè)備相間或?qū)Φ囟搪返默F(xiàn)象就有可能發(fā)生[4]。

3 凝露機(jī)理分析

第一，針對(duì)濕空氣進(jìn)行研究時(shí)，濕量、相對(duì)濕度、露點(diǎn)溫度的研究是必不可少的部分，在此過程中，只有充分地對(duì)這三者之間的關(guān)系進(jìn)行深入的研究，才能夠?qū)窨諝?、管控濕空氣等方面發(fā)揮極大的支持作用。

第二，通常，濕量即為空氣中水蒸氣的含量，濕量超標(biāo)時(shí)，帶來(lái)的影響將是巨大的，為此，針對(duì)濕量的管控環(huán)節(jié)是重中之重。

第三，相對(duì)濕度即為濕空氣的絕對(duì)濕度與最大絕對(duì)濕度之比，只有在了解及控制相對(duì)濕度的情形下，相對(duì)濕度產(chǎn)生的影響才能夠得到有效的防控，進(jìn)而降低凝露現(xiàn)象的發(fā)生概率。

第四，露點(diǎn)溫度即為在保持含濕量和氣壓不變時(shí)，濕空氣冷卻到飽和時(shí)的溫度值，同時(shí)，即為相對(duì)濕度100%對(duì)應(yīng)的溫度。在此過程中，如濕空氣接觸的設(shè)備或部件表面溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)，空氣中的熱量在傳遞給設(shè)備或部件后，空氣溫度會(huì)下降，同時(shí)，受兩者之間熱量升高速率不同的影響，設(shè)備或部件表面凝露的現(xiàn)象將突顯出來(lái)，進(jìn)而影響設(shè)備或部件的正常運(yùn)行[5]。

4 防止凝露發(fā)生的措施

通過針對(duì)凝露產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入的剖析發(fā)現(xiàn)，減少水分進(jìn)入、防止溫差產(chǎn)生的舉措，能夠有效阻止電纜溝內(nèi)凝露的產(chǎn)生，同時(shí)，為有效地防止凝露在空氣濕度較大的沿海地區(qū)10kV 高壓開關(guān)柜內(nèi)產(chǎn)生，需要針對(duì)以下方面進(jìn)行管控：

第一，控制電纜溝與電力高壓配電間的溫度差后，凝露發(fā)生的概率能夠得以降低，在此過程中，為合理、科學(xué)地管控溫度差，將二者空氣進(jìn)行混合的方式較為常用。通常，配電間上部區(qū)域的空氣溫度一般會(huì)高于配電間下部的溫度，因此，將溫度相對(duì)較高的空氣輸送入電纜溝內(nèi)，電纜溝內(nèi)的空氣溫度會(huì)升高，相對(duì)濕度得到有效性地控制，在此過程中，促使電纜溝內(nèi)持續(xù)性擁有干燥空氣，配電間內(nèi)的空氣溫度均勻性得到有力管控后，凝露現(xiàn)象才能夠得到有效的遏制[6]。

第二，維持配電間內(nèi)合理的氣流組織，室內(nèi)溫度的均勻性才能夠得到有力的保障。在此過程中，根據(jù)配電間電氣設(shè)備的發(fā)熱特性，采用安裝空調(diào)方式保證配電間下部空氣溫度較低，充分吸收開關(guān)盤柜的熱量，保證開關(guān)柜間周圍空氣溫度的均勻性，進(jìn)而防止凝露現(xiàn)象的產(chǎn)生[7]。

第三，為防止熱濕空氣在開關(guān)柜內(nèi)積聚，只有增強(qiáng)開關(guān)柜內(nèi)外的通風(fēng)效果，才能夠避免凝露異常的產(chǎn)生。然而，現(xiàn)下大多數(shù)開關(guān)柜并沒有設(shè)置通風(fēng)裝置，在這種情形下，如有潮濕空氣進(jìn)入，必將會(huì)充斥于開關(guān)柜內(nèi)部，致使柜體內(nèi)外溫度受到影響，促使凝露現(xiàn)象多發(fā)。因此，柜內(nèi)通風(fēng)效果環(huán)節(jié)的管控需要進(jìn)一步研究[8]。

高壓開關(guān)柜在使用過程中，不僅需要針對(duì)防塵、防潮的要求進(jìn)行嚴(yán)控，還需要設(shè)置合理的通風(fēng)設(shè)施，才能夠確保開關(guān)柜的正常穩(wěn)定運(yùn)行。在此過程中，經(jīng)過人們不斷的實(shí)踐和積累經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如通過定制預(yù)留噴氣孔，利用過濾進(jìn)風(fēng)機(jī)加壓等方面的舉措，可以提升開關(guān)柜通風(fēng)的效果，促進(jìn)室內(nèi)空氣流動(dòng)，使柜體內(nèi)整個(gè)空間處于干燥環(huán)境中。同時(shí)安裝智能防凝露裝置增強(qiáng)了除濕、防潮、防凝露等方面的功效作用，為開關(guān)柜安全可靠運(yùn)行提供有力的保障。并且設(shè)備故障率減少后使用壽命也得到了延長(zhǎng)，更能產(chǎn)生更大的效益及價(jià)值。

5 解決高壓開關(guān)柜凝露異常產(chǎn)生的技術(shù)方案實(shí)例

5.1 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

基于高壓開關(guān)柜凝露發(fā)生的機(jī)理，結(jié)合沿海地區(qū)的特性和開關(guān)柜的實(shí)況，在進(jìn)行開關(guān)柜的采購(gòu)時(shí)，要求設(shè)備廠家增加防凝露技術(shù)的方案。新建電力配電間或既有電力配電間改造時(shí)要增加環(huán)境控制設(shè)備和排風(fēng)設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，對(duì)配電間上下部空氣進(jìn)行循環(huán)處理，促使進(jìn)入到電纜溝內(nèi)的空氣與內(nèi)部空氣實(shí)現(xiàn)對(duì)流換熱，電纜溝內(nèi)空氣濕度才能夠有效降低。同時(shí)，配電間通過環(huán)境控制設(shè)備自動(dòng)調(diào)整回風(fēng)和新風(fēng)比例的舉措，將熱濕空氣有效排除，凝露產(chǎn)生的概率才能有效降低。

5.2 運(yùn)行過程監(jiān)控

通過環(huán)境控制、排風(fēng)裝置等設(shè)備的集成，獲得智能化系統(tǒng)平臺(tái)，依靠平臺(tái)所發(fā)揮出來(lái)的效力支持作用，促使自動(dòng)調(diào)整新風(fēng)、回風(fēng)風(fēng)量等方面的功效作用有效地發(fā)揮出來(lái)，進(jìn)一步保持室內(nèi)干燥，凝露異常發(fā)生的概率，使開關(guān)柜正常工作。

同時(shí)，需要針對(duì)以下環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)控：

第一，為有效地檢測(cè)及管控開關(guān)柜運(yùn)行效果，要實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境控制設(shè)備和排風(fēng)設(shè)備的智能化遠(yuǎn)程控制，確保對(duì)電纜溝和配電間的環(huán)境參數(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控和調(diào)整，在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)能夠及時(shí)告警和處理。

第二，安裝智能防凝露裝置，通過管控防凝露裝置內(nèi)抽濕機(jī)運(yùn)行時(shí)間的舉措，確保高壓柜內(nèi)溫濕度處于均衡狀態(tài)，凝露異常發(fā)生的概率才能夠得以降低。

2021 年初，通過在沿海鐵路凝露較為嚴(yán)重的個(gè)別電力配電間試點(diǎn)安裝空調(diào)、排風(fēng)設(shè)備及智能防凝露裝置后，觀察近一年以來(lái)未見該配電間高壓柜再次出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，同時(shí)該配電間10kV 高壓柜相比其它未試點(diǎn)的配電間故障率也大為減少，設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行，說明防凝露技術(shù)方案應(yīng)用是非常有效的。

6 結(jié)語(yǔ)

10kV 高壓開關(guān)柜在廣西沿海地區(qū)運(yùn)行過程中，由于天氣潮濕，凝露現(xiàn)象發(fā)生的情形不可避免，為此，電力設(shè)備管理單位必須在高壓開關(guān)柜防凝露技術(shù)的研究、應(yīng)用環(huán)節(jié)下功夫，通過個(gè)別配電間試點(diǎn)成功后逐步向管轄的高低壓配電間推廣，確保高壓開關(guān)柜安全可靠運(yùn)行，為鐵路運(yùn)輸發(fā)展提供有力保障。