戶外環(huán)網(wǎng)柜混合動力除濕裝置研究與應用

張琰美，陳詩嫻，李建杭，陳 剛

（國網(wǎng)福建省龍巖市新羅區(qū)供電公司，福建 龍巖 364099）

1 課題背景

近年來，隨著科技的進步、設備材料的革新、施工工藝的日趨成熟，各類開關柜、環(huán)網(wǎng)柜、端子箱、控制柜、電動刀閘箱、配線柜等都向緊湊型方向發(fā)展。由于柜內空間狹窄、相間距離小，且柜體密封，空氣濕度過大設備表面凝聚水分，引起霉菌滋生加快，金屬腐蝕加快導致接觸面氧化，接觸電阻增大，柜內元器件及接線端子容易受潮發(fā)生短路或接地故障，導致設備的絕緣性能降低，給開關設備的安全帶來威脅，容易造成事故的發(fā)生[1]，如圖1所示。

圖1 環(huán)網(wǎng)柜凝露故障

傳統(tǒng)防凝露技術方法主要分為2 類：提升輔助設施和改進設備結構設計。提升輔助設施主要是指在配電室采取強制通風或設置除濕裝置等控制溫濕度。國內在除濕和防治、消除凝露方面主要采用凝露加熱法、濕度加熱法、通風法和半導體冷凝除濕法等技術手段；改進設備結構設計是因為除濕裝置在安裝應用、運行維護和設備狀態(tài)監(jiān)測及遠程控制等方面存在功能缺陷，信息化、自動化、智能化水平不足。因此，項目針對開關柜開展凝露機理、冷凝技術、微熱空氣循環(huán)技術、集中監(jiān)測預警等技術研究，提高開關柜運行異常技術防護水平和管理水平[2]。

2 問題分析

由于環(huán)網(wǎng)柜安裝于室外裸露環(huán)境，其安全可靠性極易受到自然環(huán)境的影響，尤其是受空氣中濕度的影響最大。由于環(huán)網(wǎng)柜內溫度較低，當空氣中的水蒸氣遇到溫度較低的環(huán)網(wǎng)柜金屬表面后，會在表面上凝結形成凝露，凝露會加快開關的銹蝕速度、降低設備絕緣性能、引起開關跳閘、造成設備短路甚至爆炸，嚴重威脅人員和設備安全[3]。

如圖2 所示，通過查閱環(huán)網(wǎng)柜基礎施工工藝圖，潮氣（濕氣）主要從環(huán)網(wǎng)柜基礎內電纜室匯集，然后滲入到環(huán)網(wǎng)柜內，遇冷凝結成凝露（水珠），進而危害電氣電子設備。

圖2 環(huán)網(wǎng)柜基礎施工工藝圖

因此，通過相關手段控制環(huán)網(wǎng)柜內溫濕度，限制凝露情況的發(fā)生是當前的重要工作。

3 戶外環(huán)網(wǎng)柜混合動力除濕裝置的結構

針對以上問題，技術人員設計了一種戶外環(huán)網(wǎng)柜混合動力除濕裝置，旨在提供更高效和可靠的除濕功能。

3.1 有動力通風單元

有動力通風單元是裝置的第1 個部分，強化了通風效果。它由電源、控制模塊和電動風機組成[4]。電源提供能量，控制模塊負責控制電動風機的工作。電動風機則使用電力驅動，能有效地增強通風效果[5]。此外為了更精確的控制溫濕度，還配備了高精度的溫濕度傳感器和液晶顯示設備，巡視人員可以隨時讀取溫濕度數(shù)值，如圖3 所示。

圖3 有動力通風單元

3.2 無動力通風單元

無動力通風單元是裝置的第2 個部分，主要負責排出潮濕空氣。電纜隧道無動力通風與智能監(jiān)測裝置，只需在電纜豎井口安裝一套無動力風機，就可以實現(xiàn)對電纜隧道的持續(xù)通風換氣，如圖4 所示。

圖4 無動力通風單元

無動力通風是利用環(huán)網(wǎng)柜內外的空氣對流來驅動風機渦輪旋轉。優(yōu)良的空氣動力學設計使通風器在微弱的氣流下也能轉動。當無動力除濕裝置的渦輪旋轉時，產(chǎn)生離心力，通風器下方的空氣從葉片間隙排出，增強了環(huán)網(wǎng)柜內的空氣流動性，以此來達到除濕的效果。當一部分氣體排出環(huán)網(wǎng)柜外時，環(huán)網(wǎng)柜內通風器下方形成低壓區(qū)。周圍的高壓氣流不斷流向低壓區(qū)，便形成自然通風。環(huán)網(wǎng)柜內設備運行時會產(chǎn)生一定的熱能，使環(huán)網(wǎng)柜內溫度升高，熱空氣通過室外環(huán)網(wǎng)柜無動力除濕裝置的通風口涌出，在通風器下方形成高壓熱空氣區(qū)，催動風機渦輪旋轉。室外環(huán)網(wǎng)柜無動力除濕裝置只需在環(huán)網(wǎng)柜上方開口并安裝無動力風機就可以實現(xiàn)對環(huán)網(wǎng)柜的持續(xù)通風除濕。

3.3 進風單元

進風單元是裝置的第3 個部分，通過引入新鮮空氣來降低濕度。它由進風口和固定裝置組成。進風口設計為窄長形，以便盡可能多地引入新鮮空氣。固定裝置確保了進風口的穩(wěn)定安裝，如圖5 所示。

圖5 進風單元

戶外環(huán)網(wǎng)柜混合動力除濕裝置通過結合無動力通風單元、有動力通風單元和進風單元，形成了一個完整而高效的除濕系統(tǒng)，能有效地降低環(huán)網(wǎng)柜內的濕度，延長設備壽命并保障設備的正常運行，總體布置圖如圖6 所示，裝置的各部分的最佳方案分層圖如圖7 所示。

圖6 總體布置圖

圖7 選擇后除濕裝置最佳方案圖

4 應用效果

4.1 有效性驗證

技術人員篩選了20 個嚴重的環(huán)網(wǎng)柜，加裝混合動力除濕裝置，觀察環(huán)網(wǎng)柜內濕度溫度后的數(shù)值，并記錄下來，如圖8、表1 所示。

表1 20 個凝露嚴重環(huán)網(wǎng)柜除濕情況

圖8 環(huán)網(wǎng)柜除濕裝置除濕效果圖

除濕裝置的除濕性能的穩(wěn)定性非常高，可以保證環(huán)網(wǎng)柜內除濕后濕度 ≤60%RH 。

4.2 推廣價值驗證

環(huán)網(wǎng)柜作為城區(qū)電網(wǎng)中的一個重要節(jié)點，一旦出現(xiàn)問題將造成城區(qū)很多重要客戶停電，經(jīng)濟損失巨大。通過在環(huán)網(wǎng)柜上安裝室外環(huán)網(wǎng)柜無動力除濕裝置，提高了環(huán)網(wǎng)柜的運行可靠性，平均每年可減少每臺環(huán)網(wǎng)柜停電時間2 h。平均每臺環(huán)網(wǎng)柜所帶的線路的負荷電流為170 A，則線路的容量為5 100 kW，平均電價為按0.568 元/(kW·h)計算，則在安裝室外環(huán)網(wǎng)柜無動力除濕裝置后每臺環(huán)網(wǎng)柜每年所帶來的電費收益為5 793.6 元，整個中心城區(qū)由環(huán)網(wǎng)柜故障減少所帶來的電費收益為3 035 846.4 元。

室外環(huán)網(wǎng)柜無動力除濕裝置應用后，可大大提高供電可靠性，大幅度減少了維護搶修帶來的車輛和人工成本。未采用室外環(huán)網(wǎng)柜無動力除濕裝置的環(huán)網(wǎng)柜，每年每臺環(huán)網(wǎng)柜的維護費用約為1 000 元，采用室外環(huán)網(wǎng)柜無動力除濕裝置后，可將維護費用降低到200 元，則524 臺環(huán)網(wǎng)柜可減少維護費用419 200 元。核心城區(qū)平均每年由于環(huán)網(wǎng)柜發(fā)生故障的停電次數(shù)有24 次，安裝該裝置后發(fā)生環(huán)網(wǎng)柜故障導致的停電次數(shù)可降低到10 次，每次故障需車輛費2000 元和人工費用約3 000 元，則每年可節(jié)省70 000 元。

室外環(huán)網(wǎng)柜無動力除濕裝置自應用以來，除濕效果十分明顯，有效地降低了環(huán)網(wǎng)柜內部的凝露情況。此成果有巨大的推廣應用空間，逐步在供電公司管轄的環(huán)網(wǎng)柜上安裝此無動力除濕裝置。最終實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜無動力除濕裝置實現(xiàn)全覆蓋，并逐步擴大到全省。

5 結束語

綜上所述，本文所研究的裝置能夠全天24 h，多環(huán)境下連續(xù)工作，采用高技術水準的滾珠軸承，自我潤滑，當環(huán)網(wǎng)柜內外溫度差超過0.5 ℃時，能夠自動運轉，對環(huán)網(wǎng)柜內空氣進行強制流通，從而解決環(huán)網(wǎng)柜內濕度過大的問題。該裝置具有自適應環(huán)網(wǎng)柜內除濕的需求，能夠加強環(huán)網(wǎng)柜內空氣的流通，并保持環(huán)網(wǎng)柜內濕度在正常的范圍內。其圓弧形葉片設計，能夠有效排水，防止雨水進入渦輪，同時使空氣由葉片間隙流出，不影響環(huán)網(wǎng)柜的正常運行及巡視檢修。此外，該裝置具有無需能源供應、綠色環(huán)保、高效節(jié)能等特點，其設計結構簡單可靠，安裝簡便，且具有較長的使用壽命和較好的免維護性。本文的研究為解決環(huán)網(wǎng)柜內濕度過大問題提供了一種有效的方法，具有較強的實踐指導意義和理論研究價值。