淺談預裝式變電站預制艙凝露危害及預防措施

燕飛飛

（無錫固亞德電力設(shè)備有限公司，江蘇 無錫 214100）

0 引言

為了實現(xiàn)模塊化設(shè)計、批量化生產(chǎn)等指標，預裝式模塊化變電站（圖1）主體一般采用鋼板制作，以縮短工期[1]。鋼板比傳統(tǒng)土建變電站的水泥材質(zhì)導熱系數(shù)要高很多，并且考慮到運輸?shù)纫蛩?，預裝式模塊化變電站艙體內(nèi)部空間一般比較緊湊，較為狹小，當遇到空氣濕度大、晝夜溫差較大等惡劣環(huán)境因素時，特別容易導致艙體內(nèi)部產(chǎn)生凝露[2-3]。

圖1 預裝式模塊化變電站

1 預制艙內(nèi)凝露形成原因分析

空氣由絕干空氣、水汽、塵埃三部分組成。絕對濕度為單位空氣在一定壓力及溫度下所含的水汽的質(zhì)量，飽和濕度為單位空氣在該條件下所能包含的最大水汽質(zhì)量。溫度越高，空氣中所能包含的水汽越多，飽和濕度越大。絕對濕度與飽和濕度的比值為相對濕度[4-6]。

（1）保持空氣濕度而降低空氣溫度，當溫度低至一定值后，水蒸氣的分壓力達到對應于當時空氣溫度的飽和壓力，該條件下空氣中的水汽就達到飽和。再進一步降低空氣溫度，水汽就會從空氣中冷凝析出，形成“露滴”，這種現(xiàn)象被稱為“凝露”。所以，凝露的產(chǎn)生與環(huán)境中的相對濕度息息相關(guān)，相對濕度是直接決定能否產(chǎn)生凝露的根本條件。

（2）傍晚以后艙體溫度逐步降低，無論預制艙中設(shè)備是否正常運行，預制艙墻體及頂板溫度都會逐步降低，其速度大于艙體內(nèi)部空氣降溫速度，導致艙體表面溫度比環(huán)境溫度更低，當濕熱的環(huán)境空氣遇到溫度較低的艙體表面時，水汽就會凝結(jié)形成凝露。當艙體內(nèi)部設(shè)備正常工作時，艙體表面溫度降低的情況下，艙體內(nèi)部環(huán)境溫度受設(shè)備運行發(fā)熱影響還在升高，艙體表面與艙體環(huán)境溫差更大，導致產(chǎn)生的凝露更多，尤其是受運行發(fā)熱量較大的電氣設(shè)備影響時表現(xiàn)更為明顯。

預制艙內(nèi)壁凝露實樣如圖2所示，開關(guān)柜內(nèi)壁凝露實樣如圖3所示。

圖2 預制艙內(nèi)壁凝露

圖3 開關(guān)柜內(nèi)壁凝露

（3）考慮到夏天高溫及設(shè)備發(fā)熱量，為了保障艙體內(nèi)部設(shè)備可靠運行，不受艙體內(nèi)部高溫影響，變電站會根據(jù)設(shè)備需要設(shè)計空調(diào)設(shè)備輔助制冷。

1）變電站維護人員為了更好地保障設(shè)備運行，減少運維工作量，往往將溫度直接調(diào)至18℃，導致空調(diào)吹出來的冷風溫度較低，冷風與艙體內(nèi)部較熱的空氣相遇，導致產(chǎn)生凝露。

2）空調(diào)出風口方向正好對著設(shè)備外壁或者艙體墻體，導致被空調(diào)出風接觸的設(shè)備或者艙體表面區(qū)域溫度急劇降低，當艙體中熱空氣遇到該部分溫度較低區(qū)域時就會產(chǎn)生凝露。

2 凝露對變電站電氣設(shè)備的危害

當凝露產(chǎn)生條件滿足后，預制艙內(nèi)部電氣設(shè)備任何位置都有形成凝露的可能性，凝露匯集形成液態(tài)水滴落在元器件上或與設(shè)備內(nèi)部的灰塵混合后產(chǎn)生相應的導電通道，就會對設(shè)備的電氣絕緣造成影響，使得本不該導電的區(qū)域轉(zhuǎn)換為正常導電的區(qū)域，進而導致設(shè)備短路。一旦混合了灰塵的凝露附著于端子箱頂部，當露水聚集至一定的重量后，便會向下滴落在端子箱內(nèi)部裸露的工作元件上（如接線端子），導致金屬元件兩極之間形成通路，從而使得元件短路燒壞，失去正常功能；又比如混合了灰塵的凝露直接附著于接線端子上，會產(chǎn)生原本不存在的導電通道，導致邏輯脈沖出現(xiàn)混亂，進而產(chǎn)生電源短路、電子元器件失效等故障，大大影響設(shè)備使用壽命周期，甚至可能會導致火災（圖4）、炸機等事故，造成嚴重的經(jīng)濟損失及后果。

圖4 因凝露起火燃燒爆炸

（1）設(shè)備內(nèi)二次接線端子排上形成的露水對端子排上的金屬導電部位造成腐蝕（圖5），腐蝕較嚴重或混入灰塵等其他雜質(zhì)后易造成交直流短路接地，直流接地對變電站二次系統(tǒng)的穩(wěn)定運行危害極大。實際運行經(jīng)驗表明，直流接地多是有水附著在帶電部位所造成的，而更嚴重的是，露水甚至會造成端子排上兩根二次線之間短接，如果恰好是開關(guān)跳閘回路則會立即引起開關(guān)誤動作，造成停電事故。

圖5 凝露造成腐蝕

（2）凝露會腐蝕機構(gòu)內(nèi)的金屬部件，影響機構(gòu)的使用壽命，甚至因銹蝕而造成機構(gòu)卡澀，導致開關(guān)或刀閘在分合時機構(gòu)不能運行到位，如果因此使得開關(guān)動靜觸頭慢分慢合，則會釀成極大的電力事故。

（3）設(shè)備上儀器、儀表、顯示器等高精密的設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生凝露，容易導致電路板短路等情況，進而造成設(shè)備損壞。

3 預防凝露的艙體設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

預制艙內(nèi)形成凝露的條件是復雜多樣的，其中相對濕度和艙體及其內(nèi)部環(huán)境溫度變化率是導致凝露產(chǎn)生的重要因素，因此，預裝式變電站防凝露的舉措主要是盡可能降低相對濕度和溫度變化率，并對電氣設(shè)備增加輔助除濕方式，多管齊下，徹底根除凝露的產(chǎn)生。

（1）為保障預制艙承載及電纜敷設(shè)需求，需要制作變電站預制艙基礎(chǔ)。傳統(tǒng)工藝一般采用混凝土建設(shè)封閉式基礎(chǔ)（圖6），封閉式混凝土基礎(chǔ)與電纜溝貫穿，當項目現(xiàn)場處于坑洼地帶、遇到強降雨天氣或者現(xiàn)場濕氣比較大時，預制艙基礎(chǔ)內(nèi)部就會出現(xiàn)濕氣較大甚至存水未能及時排出的現(xiàn)象，導致濕氣在基礎(chǔ)內(nèi)部聚集，濕氣通過艙體底部進入艙體內(nèi)部環(huán)境，進而增加了艙體內(nèi)部環(huán)境相對濕度，大大提高了凝露的風險。為此，需要采取基礎(chǔ)防進水、應急排水及強制通風等多項措施，確保艙體基礎(chǔ)內(nèi)部始終保持干燥。

圖6 封閉式混凝土基礎(chǔ)變電站

架空式鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)使所有的預制艙都能架空安裝（圖7），可有效避免基礎(chǔ)底部濕氣存水或長時間潮濕等問題，從濕氣源頭根除凝露產(chǎn)生的必要條件，進而避免艙體內(nèi)部產(chǎn)生凝露。從工程實例來看，架空式鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)確實對預制艙防凝露起到了非常關(guān)鍵的作用，并且建設(shè)成本、施工效率、產(chǎn)品強度及可靠性等性能指標全面優(yōu)于封閉式混凝土基礎(chǔ)，因此非常值得推廣應用。

圖7 架空式鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)變電站

（2）當項目處在濕熱環(huán)境中時，推薦預制艙底部噴涂聚氨酯密封材料（圖8），所有電纜進出口使用密閉封堵材料（圖9），可有效阻斷濕氣從預制艙底部侵入，進而消除凝露產(chǎn)生的必要條件。

圖8 預制艙底部密封實樣

圖9 預制艙底部電纜進出口封堵實樣

（3）預制艙溫度變化率主要體現(xiàn)在預制艙隔熱保溫效果，隔熱保溫效果越好，預制艙溫度變化率越低，反之預制艙溫度變化率越高。預制艙溫度變化率越高，產(chǎn)生凝露的風險就越高，所以預制艙設(shè)計時應充分考慮艙體隔熱保溫性能。

1）研究得知預制艙外觀顏色會影響到熱量吸收，顏色越深，吸收熱量越多，所以建議艙體外觀顏色選擇要以淺色為主，可緩解艙體熱量吸收，降低預制艙溫度變化率。

2）預制艙應設(shè)計保溫層，濕熱環(huán)境下保溫層厚度建議做到100 mm以上，并建議艙體內(nèi)部采用非金屬裝修層，通過改變材質(zhì)、降低導熱效率，進而降低預制艙溫度變化率。

3）預制艙應設(shè)計空氣隔熱層，特別是預制艙頂部，空氣隔熱層可進一步提高預制艙隔熱保溫性能，并且做到智能呼吸，可以根據(jù)溫度變化減少空氣受熱脹冷縮的影響，保持空氣隔熱層氣壓平衡，進一步提高艙體隔熱保溫性能，進而降低預制艙溫度變化率。

（4）預制艙內(nèi)部設(shè)計采用微正壓空調(diào)系統(tǒng)，并實現(xiàn)制冷分散化，避免冷風集中在一點出風，導致局部溫度降低進而產(chǎn)生凝露。另外，空調(diào)選擇可以自帶自動除濕功能，當檢測到預制艙內(nèi)相對濕度到了一定的值，就自動開啟除濕功能，降低空氣濕度，進而降低凝露風險。

（5）單獨配工業(yè)除濕機，進一步增強除濕功效，降低預制艙內(nèi)部空氣濕度，進而降低凝露風險。

4 結(jié)語

預裝式模塊化變電站建站方式正以不可逆轉(zhuǎn)的趨勢替代傳統(tǒng)的土建變電站建站方式，但凝露對變電站設(shè)備生命周期及運行可靠性有著嚴重的危害，因此，預裝式模塊化變電站推廣應用過程中，應根據(jù)變電站使用環(huán)境全面分析凝露產(chǎn)生的原因，從預制艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計、電氣輔助設(shè)計等方面出發(fā)，多措并舉，加強凝露產(chǎn)生的預防措施，保障變電站全生命周期的安全可靠運行，為預裝式變電站的可持續(xù)發(fā)展貢獻一份力量。