開關(guān)柜防凝露技術(shù)及防潮處理【交流資料】.doc

水份造成封閉式開關(guān)柜故障的分析1110kV鳳凰嘴變35kV室內(nèi)封閉開關(guān)柜絕緣受損原因分析及治理4開關(guān)柜防凝露6開關(guān)柜新穎的防凝露技術(shù)11控制柜除濕防潮新技術(shù)方案15水份造成封閉式開關(guān)柜故障的分析（陜西省咸陽供電局，陜西 咸陽 712000）摘 要：根據(jù)實際運行中幾個典型水份導致金屬鎧裝開關(guān)柜故障的分析，對水汽產(chǎn)生的原因和由此引發(fā)的故障類型進行了粗淺的分析，并根據(jù)以往的運行經(jīng)驗對處理措施提出了建議，對消除和預防因水汽引發(fā)的各種隱患，確保設備安全穩(wěn)定的運行具有積極的意義。關(guān)鍵詞：封閉式開關(guān)柜；水汽；凝露；絕緣概述封閉式高壓開關(guān)柜以其安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、占地省、操作方便等優(yōu)點，在開閉站、小區(qū)配電室、變電站內(nèi)廣泛使用。但由于內(nèi)部大量采用有機絕緣材料及過于緊湊的布置、及高度的密閉性，使得水氣造成高壓開關(guān)柜故障的問題突顯。根據(jù)我單位的統(tǒng)計，在10kV-35kV電壓等級的開關(guān)柜中，由于水份導致的故障發(fā)生率最高。而且往往一臺出現(xiàn)故障，殃及鄰柜的現(xiàn)象更為突出。本文根據(jù)我單位及部分外省市的由水份導致的開關(guān)柜故障，對水份產(chǎn)生的原因和故障類型進行了粗淺的分析，并對處理措施提出建議。封閉式開關(guān)柜內(nèi)水汽產(chǎn)生的原因電纜溝內(nèi)水汽串入目前，由于占地、線路走廊、城市美化等原因，使得電纜在城區(qū)開閉站、小區(qū)配電室、變電站內(nèi)廣泛使用，采用城市主干道兩側(cè)修建電纜溝（隧）道解決通道問題。由電纜溝（隧）道串入的水汽是造成開關(guān)柜內(nèi)部凝露的主要原因之一，已有多個開閉所、變電站發(fā)現(xiàn)過這類問題。由于城市地下管網(wǎng)縱橫，電纜溝（隧）道通常很難做到獨立、封閉。由于雨雪、滲漏、排水不暢等原因，這里往往聚集大量污水，如在某開閉所出線柜絕緣擊穿的故障調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，電纜溝內(nèi)部的積水已經(jīng)達到1米多深。由于電纜入口封閉不夠嚴密，電纜溝（隧）道內(nèi)產(chǎn)生的水氣進入開關(guān)柜內(nèi)，在開關(guān)柜內(nèi)部形成凝露，造成開關(guān)柜故障的發(fā)生。環(huán)境濕度的影響環(huán)境濕度也是造成開關(guān)柜內(nèi)凝露的主要原因之一。而且在北方由環(huán)境濕潮造成封閉式開關(guān)柜故障也不鮮見。我國北方總的來說，空氣比較干燥，但也存在小流域高濕環(huán)境，如山谷、地下室等。在濕度相對較高的季節(jié)，也易發(fā)生由于凝露造成的開關(guān)柜故障。我局110kV大寺變電站投運不久，便發(fā)生了一起開關(guān)柜絕緣擊穿故障，故障開關(guān)柜型號為KYN37-40.5，結(jié)構(gòu)分為柜體、手車兩大部分。柜體為敷鋁鋅板彎制后用螺栓組裝而成。按功能特征可分為儀表室、斷路器室、電纜室和母線室四部分，各部分以接地的金屬板分隔。故障后停運母線對所有的柜體進行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)，各獨立功能室均凝露嚴重，手車觸頭出現(xiàn)大量銅銹，柜體的觸頭盒（環(huán)氧樹脂材料）內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)大量樹枝放電痕跡，但開關(guān)柜底部電纜入口密封嚴密。后經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)：該變電站位于山區(qū)內(nèi)的谷地，四周水汽向此聚集，不宜散去，空氣濕度一直很高，由此導致開關(guān)柜內(nèi)凝露現(xiàn)象嚴重。部分市內(nèi)10kV開閉所，建于高樓大廈的地下。地下室內(nèi)管道眾多，通風、透氣極差，空氣濕度高居不下，而且無法散發(fā)。通常這些開閉所內(nèi)的開關(guān)柜內(nèi)部，凝露現(xiàn)象都比較嚴重，由此而導致的故障也較多。雨水滲入高壓室此類原因?qū)е碌墓收习l(fā)生較少，但隨著部分高壓室由于地處偏遠，年久失修，滲水、漏雨現(xiàn)象時有發(fā)生，仍應引起我們的警惕。河南省某變電站發(fā)生開關(guān)柜內(nèi)35kV母線穿盤套管絕緣擊穿的故障。后經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，當雨水打在高壓室墻上時，雨水滲墻而進，從窗口及換氣口滲流近來，順著樓板向開關(guān)柜滲沿，開關(guān)柜與墻壁距離較近，造成電氣設備上潮濕不斷。同時高壓室內(nèi)只有北面墻上有少數(shù)窗口，沒有換氣口，陽光無法照入，室內(nèi)空氣不流通，室內(nèi)潮氣無法散去5。湖南省金竹山電廠也發(fā)生過因為屋頂漏雨而使室內(nèi)濕度增加，導致開關(guān)柜對地閃絡的情況6。而且現(xiàn)在部分開關(guān)柜在頂部加裝散熱孔，如果雨水直接淋入開關(guān)柜內(nèi)部，則可能會對開關(guān)柜造成更大的危害。水份導致開關(guān)封閉式開關(guān)柜故障的類型及原因分析絕緣損壞由于水汽、凝露現(xiàn)象導致開關(guān)柜絕緣損壞的故障，在全國各個地區(qū)均不同程度的存在，造成的后果也很嚴重，往往一柜出故障，波及鄰柜，造成母線失壓，設備大量損壞，停電時間很長，帶來嚴重的經(jīng)濟損失。從各個地區(qū)由水份導致開關(guān)柜絕緣損壞的故障情況看，其原因主要有以下幾點：1）瓷套、支持瓷瓶及電流互感器等的外絕緣爬距較小，當運行中絕緣表面出現(xiàn)凝露，絕緣降低時，系統(tǒng)中出現(xiàn)不高的過電壓或運行電壓下發(fā)生絕緣件沿面閃絡；對地和相間距離不夠，開關(guān)柜內(nèi)濕度大，在系統(tǒng)單項接地諧振或雷電等過電壓情況下，直接造成對地或相間擊穿7。根據(jù)電力部標準DL/T593-1996高壓開關(guān)設備的共用訂貨技術(shù)導則中，規(guī)定了戶內(nèi)開關(guān)柜的爬電比距和各項導體相間與對地的空氣凈距8。如表1和表2所示：表1 各相導體相間與對地空氣凈距額定電壓（即最高電壓）/kV導體至接地間凈距/mm不同相的導體間凈距/mm導體至無孔遮攔間凈距/mm導體至網(wǎng)狀遮攔間凈距/mm7.210010013020012.0（11.5）12512515522524.020018021028040.5300300300400表2 戶內(nèi)開關(guān)柜爬電比距污穢等級爬電比距（mm/kV）瓷質(zhì)材料有機材料I1416II1820但目前運行以及正在生產(chǎn)的開關(guān)柜很大一部分沒有達到上述要求，有些產(chǎn)品絕緣件的爬距一般在13mm/kV，有的小于12mm/kV，帶電部分對地或相間凈距離一般只有100-110mm左右，最小的只有60-70mm。嚴重影響了開關(guān)柜的運行安全。2）開關(guān)柜內(nèi)絕緣材質(zhì)的選用不當。有的開關(guān)柜因縮小了柜體尺寸，減少了裝于柜內(nèi)斷路器、隔離插頭相間及對地距離，而采用了在相間和對地間隙中設置環(huán)氧樹脂板（或酚醛樹脂板）的辦法。此類材料表面抗臟能力不強，憎水性差，高濕環(huán)境下絕緣材料表面樹枝性放電發(fā)展迅速，加強絕緣的隔板反而成了絕緣薄弱點。同時，部分開關(guān)柜內(nèi)部帶電部分對隔板的距離一般只有10-20mm，遠小于電力部標準DL/T404-1997戶內(nèi)交流高壓開關(guān)柜訂貨技術(shù)條件中“10kV產(chǎn)品高壓導電體與該絕緣板間還應保持不小于30mm的空氣間隙”的要求9，這樣加之濕度和凝露的作用，絕緣性能遠遠不能滿足運行要求，開關(guān)靜觸頭對絕緣隔板及地放電的故障時有發(fā)生。3）開關(guān)柜的制造質(zhì)量及工藝對開關(guān)柜整體的絕緣性能也有很大影響。自1986年以來，湖南試研所對省內(nèi)三十余生產(chǎn)廠、六十多臺10kV高壓開關(guān)柜進行了90%濕度及凝露條件下的工頻耐壓及部分沖擊耐壓試驗。試驗證明，制造質(zhì)量及裝配質(zhì)量對開關(guān)柜整體耐壓水平有很大影響，原因是裝配質(zhì)量差而造成電場不均勻分布或相對縮短了絕緣距離。如緊固螺絲不規(guī)格，擰緊后螺桿長出螺母許多等。二次短路或燒毀某10kV開閉所發(fā)生過一起開關(guān)柜誤動故障。通過現(xiàn)場調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，原因為：封閉式開關(guān)柜端子排上凝露嚴重，水滴使一相鄰端子形成短路，從而造成開關(guān)誤動。該端子排設計布置未考慮水分可能造成的影響，排接線緊密，相鄰端子之間缺乏絕緣措施，是導致此類故障發(fā)生的主要原因。處理措施為了減少水份造成的開關(guān)柜故障，建議從以下幾個方面著手進行處理和改進：減少水汽來源為了防止電纜溝內(nèi)的水汽上升到開關(guān)柜內(nèi)，對開關(guān)柜底部和高壓室底部電纜溝的電纜入口用水泥進行封堵。避免電纜溝進水，并對電纜溝設置完善的排水設施，防止污水聚集。在高壓室內(nèi)加裝窗口和換氣口，使室內(nèi)空氣流通；在窗口及換氣口上安裝防雨板或雨搭，并對高壓室房頂作防漏處理，防止雨水滲漏。在高壓室內(nèi)部加裝空氣除濕裝置，降低高壓室內(nèi)空氣濕度10。開關(guān)柜內(nèi)部加熱除濕對開關(guān)柜，首先將底板密封，防止潮氣由底部進入，同時在頂板上開百葉窗，并加防塵罩，使改進后的頂板通氣性和防塵性好。開關(guān)柜內(nèi)部的加熱器（如沒有，可采用安裝薄板防燙型加熱板11）全天候不間斷投入運行。以便柜內(nèi)水汽上升，并從開關(guān)柜頂部排出。提高開關(guān)柜制造質(zhì)量，加強絕緣通過提高開關(guān)柜的制造質(zhì)量和絕緣水平，也可以減少水份造成開關(guān)柜絕緣故障的發(fā)生。嚴格執(zhí)行DL/T593-1996高壓開關(guān)設備的共用訂貨技術(shù)導則中的最小空氣絕緣距離和爬電比距的相關(guān)標準。在環(huán)境濕度較大的地區(qū)，可選用絕緣裕度較大的產(chǎn)品。采用具有優(yōu)良阻燃、抗污、憎水性的新型絕緣材料，避免使用環(huán)氧樹脂類抗臟能力不強，憎水性差，沿面放電特性較差的材料。開關(guān)柜內(nèi)帶電體盡量采用熱縮橡膠給予包扎，并對導電銅排或鋁排加熱縮絕緣套管，可以有效提高開關(guān)柜運行水平。加大開關(guān)端子排二次接線的間距，或在相鄰端子之間加絕緣隔板，防止二次短路。提高開關(guān)柜的制造質(zhì)量和工藝，避免由于制造質(zhì)量差導致電場分布不均或縮短絕緣距離的現(xiàn)象發(fā)生。加強運行巡視嚴格執(zhí)行巡視制度，做好維護監(jiān)控管理工作，防故障與未然。值班員在巡視時要能及時檢查高壓室內(nèi)濕度變化，特別是在雨雪天氣，注意有無滲漏情況的發(fā)生。利用春檢、秋檢和主回路不帶電時，及時對設備進行清掃和試驗。5結(jié)論高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)的重要設備之一，其運行狀態(tài)對電力系統(tǒng)的可靠性有著重大的影響。通過分析水分對開關(guān)柜的影響，并提出相關(guān)的防范措施，對預防類似故障起到了積極的作用。另外，我們還要認真檢查設備運行情況，同時利用春檢、秋檢對設備進行清掃、試驗，消除因水氣引發(fā)的各種隱患，確保設備安全穩(wěn)定的運行。參考文獻1朱根良.淺談中壓開關(guān)柜故障調(diào)查中的故障分析J.高壓電器.2002,Vol.38 No.5:62-63.2彭韶敏.淺析高壓開關(guān)柜發(fā)展現(xiàn)狀及其故障檢測J.廣東科技,2008.07 Vol.192:102-103.3崔成怒,高華.金屬封閉開關(guān)設備的發(fā)展淺析J.高壓電器.2003,vol.39 No.2:18-22.4耿偉,魯永.一起35kV開關(guān)柜內(nèi)部受潮放電的原因分析及處理J.電氣開關(guān),2008 No.4:65-66.5劉廣清.對SM6系列開關(guān)柜凝露問題的分析J.自動化博覽,2006 No.6:74-75.6李喜桂.10kV開關(guān)柜絕緣損壞的原因分析J.華中電力,1992 Vol.5 No.1:77-81.7王雋.中壓開關(guān)柜絕緣方式和絕緣標準的分析J.江蘇電器,2008 No.8:56-59.8DL/T593-1996.高壓開關(guān)設備的共用訂貨技術(shù)導則S.9DL/T404-1997.戶內(nèi)交流高壓開關(guān)柜訂貨技術(shù)條件S.10李大江.10kV開關(guān)柜電氣故障分析與處理J.中國科技信息,2005 No.19:114.11岳新峰.12kV中置柜加熱除濕方式探討J.高壓電氣,2002.02 Vol.38 No.3:57-58.110kV鳳凰嘴變35kV室內(nèi)封閉開關(guān)柜絕緣受損原因分析及治理（商洛供電局生技部）2010年7月3日，我局110kV鳳凰嘴變35kV配電室內(nèi)封閉開關(guān)柜在運行中發(fā)現(xiàn)有柜內(nèi)放電，導致柜內(nèi)部分絕緣件受損現(xiàn)象，嚴重影響設備的安全運行。生技部及時安排并有效消除了此缺陷，現(xiàn)將綜合治理意見分析如下。一、原因分析35kV室內(nèi)封閉開關(guān)柜是近年來為適合35kV室內(nèi)布置而采用的一種新的配電裝置，鑒于該電壓等級下為滿足室內(nèi)布置，其裝置設計的都很緊湊，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)近年來運行的情況來看，普遍存在柜體尺寸偏小，相間、相地間電氣絕緣距離不夠，這是此類裝置的先天不足。在此情況下，當外部條件（環(huán)境、運行）發(fā)生變化時，易發(fā)生柜內(nèi)放電絕緣件受損情況。近幾年，我局110kV鳳凰嘴變電站、杏坪變、東郊變電站都相繼發(fā)生了不同程度電氣絕緣損壞故障，經(jīng)過認真分析，盡管都有不同的直接原因，但開關(guān)柜易凝露，造成絕緣強度降低是一個不可忽視的因素。從理論上說，似乎有很多的預防凝露的辦法，但要100%防止產(chǎn)生凝露幾乎很難做到。所謂結(jié)露現(xiàn)象是指柜體內(nèi)壁表面溫度下降到露點溫度以下時，內(nèi)壁表面會發(fā)生水珠凝結(jié)現(xiàn)象。這個現(xiàn)象稱之為結(jié)露。結(jié)露是否發(fā)生取決于室內(nèi)溫度、柜內(nèi)溫度、相對濕度以及露點溫度。什么是露點溫度？露點溫度是指在一定溫度的空氣中，水蒸汽的最大含量稱為飽和水蒸汽量，此時的空氣成為飽和空氣，飽和空氣溫度下降時，空氣中的水蒸氣將凝結(jié)成水珠。含有水蒸氣的空氣的飽和溫度，稱為露點溫度。圖1環(huán)境溫度、凝露溫度與相對濕度曲線從圖1曲線可以看出：在一定的溫度條件下，空氣中的相對濕度越高，結(jié)露的溫度越是接近環(huán)境空氣溫度，也就是說，環(huán)境溫度愈接近露點溫度，凝露就越容易發(fā)生；不管空氣中的溫度如何，形成結(jié)露的露點溫度始終是低于環(huán)境溫度。例如：空氣溫度20度、相對濕度60%時，結(jié)露的溫度為12度。 從凝露發(fā)生機理與圖1我們可以得出結(jié)論： 要想防止凝露的發(fā)生，必須使不允許發(fā)生凝露部位的表面溫度始終高于其周邊的環(huán)境溫度；對開關(guān)設備而言，為防止開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生凝露，只要保持開關(guān)柜體內(nèi)部的溫度始終高于外部環(huán)境溫度即可。描述這一原理在生活中的現(xiàn)象就是：夏天從冰箱中取出一杯冰水，在水杯表面馬上就會結(jié)露。而從高于環(huán)境溫度的保溫箱中拿出一杯熱水時，杯子表面是不可能結(jié)露的。開關(guān)設備內(nèi)部發(fā)生凝露引起爬電、閃絡事故，一般發(fā)生在以下幾種情況：地區(qū)濕度高，氣候溫度變化大，開關(guān)柜底部潮濕，有的電纜溝甚至有積水；有的開關(guān)柜在地下室，濕度高，柜體內(nèi)溫度特別是接近地面的溫度低于環(huán)境溫度；有的設備處于暫時停運狀態(tài)，電柜內(nèi)小環(huán)境溫度就比周圍環(huán)境溫度低，在其表面就極易形成結(jié)露，在這種情況下，一旦送電投運，事故就隨之發(fā)生。經(jīng)過了對開關(guān)設備內(nèi)部發(fā)生凝露形成機理的分析：我們認為主要應解決三個問題：是防止潮氣水分的入侵，降低空氣相對濕度，從而降低露點溫度；保證開關(guān)設備內(nèi)部通風暢通，保證氣道順暢，防止潮濕氣體聚集，盡量平衡內(nèi)外溫度；提高柜內(nèi)小環(huán)境溫度，使開關(guān)柜內(nèi)部要防凝露的部位的溫度始終比柜外環(huán)境溫度至少高23，使之不具備凝露發(fā)生的條件。針對110kV鳳凰嘴變情況，分析認為35kV室內(nèi)封閉開關(guān)柜絕緣件絕緣損壞主要有以下原因：1）生產(chǎn)廠家對開關(guān)柜內(nèi)絕緣件選購不嚴格，絕緣件質(zhì)量低劣、無金屬屏蔽措施、絕緣強度不夠；2）生產(chǎn)工藝粗糙，導電部件毛刺處理不凈，易造成放電點；3）由于開關(guān)柜是全封閉式，沒有透氣孔。而大部分又是電纜出線，電纜溝上來的潮氣易堆積在柜內(nèi)，加之柜內(nèi)通風不暢，當環(huán)境溫度變化時，易凝露，造成絕緣強度降低；4）35kV的YH配電柜以前故障處理不徹底，其中絕緣件及柜體表面附著碳化物相當嚴重，在潮濕狀況下絕緣降低已發(fā)生放電。二、防止凝露絕緣損壞的綜合預防1）對尚未加運的或再建的新的35kV室內(nèi)布置的封閉開關(guān)柜，要嚴把產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)，有必要實行產(chǎn)品監(jiān)造制度，對開關(guān)柜廠家選用的絕緣套筒生產(chǎn)廠家要進行審核，嚴禁劣質(zhì)配件上柜。具體為：對絕緣套筒要求生產(chǎn)廠家提供獨立的絕緣強度試驗報告，建議耐壓為90kV/1min；局放為5pC控制；對絕緣筒內(nèi)的導電部件在工藝上要進行搗圓拋光處理，禁止絕緣筒內(nèi)的導電部件出現(xiàn)棱角、毛刺；開關(guān)柜應加裝加熱除濕裝置（加熱元件功率P300W）并實現(xiàn)溫濕度自動控制，建議開關(guān)柜在保證防爆安全前提下，上下開網(wǎng)孔，形成空氣對流。2）在設計方面，如10kV和35kV選用上下層戶內(nèi)布置的話，可考慮將35kV部分放置二樓；3）要嚴把基建驗收關(guān)，對電纜出線柜，將柜體與電纜溝之間的封堵作為重點進行驗收，嚴防潮氣從電纜溝竄入柜內(nèi)；4）對新建的35kV高壓開關(guān)柜，要避免采用非大型、正規(guī)廠家生產(chǎn)的設備，要嚴把設備招標關(guān)，嚴禁二、三流廠家生產(chǎn)的35kV高壓開關(guān)柜流入我局電網(wǎng)內(nèi)；5）對在運的此類配電裝置且一樓布置的設備要加強運維管理。三、鳳凰變具體措施治理措施1）更換絕緣強度差的絕緣件；2）對與外界連接的穿墻套管處進行（防水密封膠）密封處理；3）開關(guān)柜加裝空氣對流窗；4）通風機加裝防雨彎管；5）改善室內(nèi)環(huán)境，采取除濕措施。四、效果分析經(jīng)過采取以上綜合治理措施，預防開關(guān)設備內(nèi)部發(fā)生凝露現(xiàn)象的能力應當有所提高，但還需進一步檢驗。需要說明的是溫濕度控制器是被動型動作器件，即一定要在空氣中的水汽壓力飽和時，也就是在物體表面到達露點溫度，凝露發(fā)生時才會驅(qū)動加熱工作。從檢測凝露到消除凝露這一過程可以看出：首先要用凝露傳感器來檢測到凝露（那就一定是在凝露發(fā)生時）才能啟動加熱器。而防凝露作為一個開關(guān)柜反事故重要措施來說，接近凝露的邊緣再啟動加熱來消除凝露，就缺少一個預防過程。因此，還需要運行人員來彌補這個不足，比如采取進入高濕度季節(jié)就強制長通電加熱的辦法。利用機會對有類似情況的變電站進行檢查，著重就絕緣筒有無放電痕跡、絕緣筒內(nèi)的導電部件是否搗圓、柜內(nèi)有無加熱除濕裝置、柜體通風是否良好、電纜出線柜與電纜溝之間封堵是否良好進行調(diào)查。對存在的問題進行針對性治理，就可防止此類故障發(fā)生。開關(guān)柜防凝露一、概 述新型高壓開關(guān)柜內(nèi)部空間十分緊湊，為保證在高濕地區(qū)內(nèi)部絕緣水平,保證裝置可靠工作,對柜內(nèi)防潮、防凝露提出了更高的要求。 我國在開關(guān)柜中采用自動加熱除濕控制器防止凝露已有十幾年歷史，這種加熱除濕控制器在抗潮濕、防凝露保證高壓設備可靠運行起到了積極作用，但在有的地區(qū)應用中也出現(xiàn)了一些問題，例如：在南方的梅雨季節(jié)，有時開關(guān)柜內(nèi)部的空氣濕度較高，甚至開關(guān)柜內(nèi)局部已有結(jié)露現(xiàn)象，由于安裝在柜體內(nèi)部的凝露傳感器位置并沒有到達凝露的程度，或者，凝露傳感器長期受空氣中灰塵和氣體侵蝕，使傳感器的靈敏度受到影響，凝露控制器不能及時地啟動加熱器。致使凝露控制的作用失靈，給開關(guān)設備的安全帶來威脅。 信息請登陸:輸配電設備網(wǎng) 根據(jù)凝露發(fā)生和預防機理，提出了一種多路溫度控制裝置，用控制開關(guān)柜柜內(nèi)、柜外的溫度差的方法來預防凝露的發(fā)生，這種方法可以大大提高開關(guān)柜防凝露的可靠性和工作壽命。用這種方法取代長期加熱的驅(qū)潮方式有明顯的節(jié)能效果。 二、開關(guān)柜常用的防凝露除濕措施及存在問題 信息來自:輸配電設備網(wǎng) 2.1 常用凝露傳感器的工作原理 現(xiàn)在市場上所有的凝露傳感器幾乎都是同一種類型，即在一個陶瓷基板上印制一種高分子半導體電阻材料，引出兩端電極，當傳感器表面干燥時，分子間接觸電阻小，電極兩端電阻為1k左右。而當高分子材料吸收水分后，其內(nèi)部分子空間迅速膨脹，分子間接觸電阻變大，使電極兩端的電阻率大大增加。電子控制器通過測試電阻的大小來感知或預知是否發(fā)生凝露。例如HDP 07型凝露傳感器，這是一種正特性開關(guān)型元件，它對低濕度不敏感，而對高濕度敏感，在70%RH 100%RH范圍內(nèi)阻值變化 這種類型傳感器的工作特性曲線示于圖1。從圖1(A)中特性曲線可以看出這種凝露傳感器有二個固有的特性缺陷： a) 在相對濕度不高時凝露傳感器有一個離散區(qū)，在這區(qū)間對相對濕度變化不敏感而且變化的阻值也不精確，其輸出特性不但和相對濕度的大小有關(guān)，和露點溫度也有直接關(guān)系。例如：有時我們感覺到空氣中濕度很大，但加熱器并沒有啟動，這是由于傳感器表面沒有達到露點溫度(也就是在傳感器表面沒有結(jié)成水珠)的緣故。 信息來源: A.凝露傳感器特性曲線 B。線性濕度傳感器特性曲線圖1 凝露傳感器與線性濕度傳感器特性曲線 b) 由于凝露傳感器必須不斷地吸入或釋放水分子，傳感器受空氣中灰塵或水份中的化學物質(zhì)侵蝕后會改變靈敏度，導致防凝露的控制點出現(xiàn)偏差，這時會出現(xiàn)在濕度已是很高，凝露極易發(fā)生的情況下還沒有啟動加熱器，或者加熱啟動后長期不會自動退出的現(xiàn)象，這就降低了防凝露靈敏度和可靠性。 2.2 常用的二種防凝露方法 方式1：在開關(guān)柜電纜室、斷路器室各安裝一個鋁合金加熱器(一般為150W)，鋁合金加熱器工作時，其表面溫度為120 130。通過空氣散熱除濕，由用戶根據(jù)工作環(huán)境狀態(tài)人工控制加熱器的投入、切除; 方式2：防凝露自動除濕控制器安裝在開關(guān)柜儀表室，凝露傳感器安裝在開關(guān)柜柜內(nèi)，鋁合金加熱器分別安裝在開關(guān)柜電纜室、斷路器室，利用凝露傳感器的動作特性來自動啟動加熱器投入、切除。 2.3 存在問題 方式1是靠人力完成加熱器的投入和切除，因此使用的可操作性很差，往往會出現(xiàn)兩個極端情況。其一是加熱投入后不關(guān)，會造成不必要耗電浪費。其二是沒有隨氣候變化及時啟動加熱器，柜內(nèi)很潮濕時得不到加熱除濕，一旦發(fā)生爬電、閃絡會造成巨大損失。 信息來自: 方式2是利用凝露傳感器自動啟動加熱器的，也存在兩個缺陷。其一;這種凝露傳感器是被動型動作器件，即一定要在空氣中的水汽壓力飽和時，也就是在物體表面到達露點溫度，凝露發(fā)生時才會驅(qū)動加熱工作。從檢測凝露到消除凝露這一過程可以看出：首先要用凝露傳感器來檢測到凝露(那就一定是在凝露發(fā)生時)才能啟動加熱器。而防凝露作為一個電柜反事故重要措施來說，接近凝露的邊緣再啟動加熱來消除凝露，就缺少一個預防過程。從安全、可靠的角度來看，作為一個反事故措施在可靠性上還是遠遠不夠的。其二，如果凝露傳感器安裝位置不當，或者凝露傳感器的表面受到灰塵或氣體的侵蝕后特性已改變，雖然柜壁已有結(jié)露現(xiàn)象，但凝露控制器仍不能及時啟動加熱器投入，也會帶來嚴重后果。 信息來源: 因此，為了提高可靠性，電力運行單位往往會采用一些輔助手段來保障電柜的安全渡汛，如上海電力公司采用了進入霉雨季節(jié)就強制長通電加熱的辦法。這種方法，雖然加強了防凝露的措施，但也帶來了電力損耗和浪費。 三、開關(guān)柜防凝露新方案及優(yōu)越性 信息來源: 針對開關(guān)柜常用防凝露方法存在問題，為提高開關(guān)柜防凝露可靠性及減少電力消耗，提出了一種開關(guān)柜新穎防凝露控制方案。 3.1 “凝露”的基本概念及新方案依據(jù) 什么是凝露? 所謂結(jié)露現(xiàn)象是指柜體內(nèi)壁表面溫度下降到露點溫度以下時，內(nèi)壁表面會發(fā)生水珠凝結(jié)現(xiàn)象。這個現(xiàn)象稱之為結(jié)露。結(jié)露是否發(fā)生取決于室內(nèi)溫度、柜內(nèi)溫度、相對濕度以及露點溫度。 什么是露點溫度? 露點溫度是指在一定溫度的空氣中，水蒸汽的最大含量稱為飽和水蒸汽量，此時的空氣成為飽和空氣，飽和空氣溫度下降時，空氣中的水蒸氣將凝結(jié)成水珠。含有水蒸氣的空氣的飽和溫度，稱為露點溫度。請參考溫度、濕度、和露點的相關(guān)數(shù)據(jù)表(表1)。 信息來源: 表1 溫度、濕度和露點的相關(guān)數(shù)據(jù)表格 按表格中數(shù)據(jù)得到圖2。 圖2 環(huán)境溫度、凝露溫度與相對濕度曲線 從表1與圖2曲線可以看出： 在一定的溫度條件下，空氣中的相對濕度越高，結(jié)露的溫度越是接近環(huán)境空氣溫度，也就是說，環(huán)境溫度愈接近露點溫度，凝露就越容易發(fā)生。不管空氣中的溫度如何，形成結(jié)露的露點溫度始終是低于環(huán)境溫度。例如：空氣溫度20度、相對濕度60%時，結(jié)露的溫度為12度。 從凝露發(fā)生機理與表1、圖2我們可以得出結(jié)論： 要想防止凝露的發(fā)生，必須使不允許發(fā)生凝露部位的表面溫度始終高于其周邊的環(huán)境溫度。 對開關(guān)設備而言，為防止開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生凝露，只要保持開關(guān)柜體內(nèi)部的溫度始終高于外部環(huán)境溫度即可。描述這一原理在生活中的現(xiàn)象就是：夏天從冰箱中取出一杯冰水，在水杯表面馬上就會結(jié)露。而從高于環(huán)境溫度的保溫箱中拿出一杯熱水時，杯子表面是不可能結(jié)露的。 開關(guān)設備內(nèi)部發(fā)生凝露引起爬電、閃絡事故，一般發(fā)生在以下幾種情況： 地區(qū)濕度高，氣候溫度變化大，開關(guān)柜底部潮濕，有的電纜溝甚至有積水; 有的開關(guān)柜在地下室，濕度高，柜體內(nèi)溫度特別是接近地面的溫度低于環(huán)境溫度; 有的設備處于暫時停運狀態(tài)，電柜內(nèi)小環(huán)境溫度就比周圍環(huán)境溫度低，在其表面就極易形成結(jié)露，在這種情況下，一旦送電投運，事故就隨之發(fā)生。 3.2 開關(guān)柜防凝露新技術(shù)方案 根據(jù)上面分析，只要我們使開關(guān)柜內(nèi)部的溫度始終保持高于柜外部的環(huán)境溫度，且盡量降低柜體內(nèi)部的相對濕度，就完全可以預防柜內(nèi)產(chǎn)生凝露。 信息來自:輸配電設備網(wǎng) 為了確保柜內(nèi)溫度始終保持高于柜外部的環(huán)境溫度，又要滿足節(jié)電目的，防凝露新方案的控制儀表將取消現(xiàn)有流行的凝露傳感器，利用多個溫度傳感器，一個測柜體外溫度;一個安裝在柜壁，測量柜壁溫度;其余的測柜體內(nèi)部各隔室的溫度，通過CPU智能化控制加熱器的投切來調(diào)節(jié)柜內(nèi)溫度，使開關(guān)柜內(nèi)部要防凝露的部位的溫度始終比柜外環(huán)境溫度至少高23，使之不具備凝露發(fā)生的條件，起到預防凝露的作用。當柜體內(nèi)外有23 溫差時就停止加熱。當柜體內(nèi)外溫差低于23時就啟動加熱器。由于柜內(nèi)環(huán)境容積小，達到這個溫差所需的加熱功率和柜內(nèi)隔倉的容積的大小有關(guān);電柜內(nèi)部空間不同容積的升溫/降溫模擬實測試驗 1、電柜空間容積：1.1m3 加熱功率：150W 2、柜空間容積：0.5m3 加熱功：150W 信息來源: 信息來自:輸配電設備網(wǎng) 從以上實驗曲線可以看出： 10kV開關(guān)柜母線室內(nèi)部空間按0.5 m3空間容積模擬，加熱到比柜外升高3時約需8分鐘。停止加熱后退回到溫差1時約需25分鐘。如果按照這個時間控制加熱器投入、退出循環(huán)加熱，保持電柜內(nèi)部空間溫度比柜外高13，加熱投入的時間約是1 : 3。 35kV開關(guān)柜內(nèi)母線室容積可以用1.1 m3空間來近似模擬。從曲線可以看出，保持柜內(nèi)比柜外溫度高13，需要加熱器投入、退出的時間約為1:1。 按控制溫差13的范圍，0.5 m3空間時加熱投入的時間是1/4，按1.1 m3計算，加熱器投入時間是1/2。 如果電柜運行時產(chǎn)生一些熱量的話，也可以作為加熱功率的一部分，加熱時間可能還會大大縮短。因此，用150W加熱器，用溫差控制防凝露，對于10kV開關(guān)柜至少可節(jié)省3/4的加熱功耗，對于35kV開關(guān)柜至少可節(jié)省1/2的加熱功耗。 為了進一步提高防潮、防凝露的可靠性，還可以在每臺防凝露控制儀表中增加線性測量的相對濕度度傳感器?？刂苾x表可在監(jiān)測、溫度、溫差的同時，CPU還可以測量顯示柜內(nèi)的相對濕度。根據(jù)多種參數(shù)來判別、控制電柜內(nèi)部的相對濕度(超過65%RH時啟動加熱)，進一步提高驅(qū)潮和防凝露能力。 四、結(jié) 論 1. 我國電力系統(tǒng)采用自動加熱除濕控制器已有十幾年的歷史，自動加熱除濕控制器在電力系統(tǒng)的高壓設備運行中起到了抗潮濕、防凝露的積極作用。但在有的地區(qū)的應用中也會出現(xiàn)一些效果不理想的狀況，分析其原因，在很大程度上就是因為凝露傳感器其特性的局限性和使用環(huán)境的影響，致使控制靈敏度、精度產(chǎn)生較大偏差而引起。2. 有效地解決原自動加熱除濕控制方案存在的靈敏度、精度、使用壽命、電能消耗和可靠性等問題，使防凝露控制技術(shù)在安全、可靠、節(jié)能方面上新臺階、發(fā)揮新效能。 3. 由于新方案把被動防止凝露方式,改變?yōu)橹鲃臃乐鼓?，無疑增加了開關(guān)柜防凝露的可靠性;另外，從傳感器壽命來說，溫度傳感器的使用壽命是凝露傳感器壽命的數(shù)十倍，防凝露控制系統(tǒng)的工作壽命和可靠性將大大增加。開關(guān)柜新穎的防凝露技術(shù)摘要：提出一種控制高壓設備內(nèi)部和外部溫度差的方法，來預防凝露的發(fā)生，這種方法用溫度傳感器來替代凝露傳感器，可大大提高電柜防凝露的可靠性，同時有良好的節(jié)電效果。 關(guān)鍵詞：高壓設備防凝露；控制溫度差；提高可靠性; 節(jié)電 一、概 述 新型高壓開關(guān)柜內(nèi)部空間十分緊湊，為保證在高濕地區(qū)內(nèi)部絕緣水平,保證裝置可靠工作,對柜內(nèi)防潮、防凝露提出了更高的要求。 我國在開關(guān)柜中采用自動加熱除濕控制器防止凝露已有十幾年歷史，這種加熱除濕控制器在抗潮濕、防凝露保證高壓設備可靠運行起到了積極作用，但在有的地區(qū)應用中也出現(xiàn)了一些問題，例如：在南方的梅雨季節(jié)，有時開關(guān)柜內(nèi)部的空氣濕度較高，甚至開關(guān)柜內(nèi)局部已有結(jié)露現(xiàn)象，由于安裝在柜體內(nèi)部的凝露傳感器位置并沒有到達凝露的程度，或者，凝露傳感器長期受空氣中灰塵和氣體侵蝕，使傳感器的靈敏度受到影響，凝露控制器不能及時地啟動加熱器。致使凝露控制的作用失靈，給開關(guān)設備的安全帶來威脅。 根據(jù)凝露發(fā)生和預防機理，提出了一種多路溫度控制裝置，用控制開關(guān)柜柜內(nèi)、柜外的溫度差的方法來預防凝露的發(fā)生，這種方法可以大大提高開關(guān)柜防凝露的可靠性和工作壽命。用這種方法取代長期加熱的驅(qū)潮方式有明顯的節(jié)能效果。 二、開關(guān)柜常用的防凝露除濕措施及存在問題 21 常用凝露傳感器的工作原理 現(xiàn)在市場上所有的凝露傳感器幾乎都是同一種類型，即在一個陶瓷基板上印制一種高分子半導體電阻材料，引出兩端電極，當傳感器表面干燥時，分子間接觸電阻小，電極兩端電阻為1k左右。而當高分子材料吸收水分后，其內(nèi)部分子空間迅速膨脹，分子間接觸電阻變大，使電極兩端的電阻率大大增加。電子控制器通過測試電阻的大小來感知或預知是否發(fā)生凝露。例如HDP 07型凝露傳感器，這是一種正特性開關(guān)型元件，它對低濕度不敏感，而對高濕度敏感，在70%RH 100%RH范圍內(nèi)阻值變化 這種類型傳感器的工作特性曲線示于圖1。從圖1（A）中特性曲線可以看出這種凝露傳感器有二個固有的特性缺陷： A凝露傳感器特性曲線B。線性濕度傳感器特性曲線 圖1 凝露傳感器與線性濕度傳感器特性曲線 a) 在相對濕度不高時凝露傳感器有一個離散區(qū)，在這區(qū)間對相對濕度變化不敏感而且變化的阻值也不精確，其輸出特性不但和相對濕度的大小有關(guān)，和露點溫度也有直接關(guān)系。例如：有時我們感覺到空氣中濕度很大，但加熱器并沒有啟動，這是由于傳感器表面沒有達到露點溫度（也就是在傳感器表面沒有結(jié)成水珠）的緣故。 b) 由于凝露傳感器必須不斷地吸入或釋放水分子，傳感器受空氣中灰塵或水份中的化學物質(zhì)侵蝕后會改變靈敏度，導致防凝露的控制點出現(xiàn)偏差，這時會出現(xiàn)在濕度已是很高，凝露極易發(fā)生的情況下還沒有啟動加熱器，或者加熱啟動后長期不會自動退出的現(xiàn)象，這就降低了防凝露靈敏度和可靠性。 22 常用的二種防凝露方法 方式1：在開關(guān)柜電纜室、斷路器室各安裝一個鋁合金加熱器（一般為150W），鋁合金加熱器工作時，其表面溫度為120 130。通過空氣散熱除濕，由用戶根據(jù)工作環(huán)境狀態(tài)人工控制加熱器的投入、切除； 方式2：防凝露自動除濕控制器安裝在開關(guān)柜儀表室，凝露傳感器安裝在開關(guān)柜柜內(nèi)，鋁合金加熱器分別安裝在開關(guān)柜電纜室、斷路器室，利用凝露傳感器的動作特性來自動啟動加熱器投入、切除。 23 存在問題 方式1是靠人力完成加熱器的投入和切除，因此使用的可操作性很差，往往會出現(xiàn)兩個極端情況。其一是加熱投入后不關(guān)，會造成不必要耗電浪費。其二是沒有隨氣候變化及時啟動加熱器，柜內(nèi)很潮濕時得不到加熱除濕，一旦發(fā)生爬電、閃絡會造成巨大損失。 方式2是利用凝露傳感器自動啟動加熱器的，也存在兩個缺陷。其一；這種凝露傳感器是被動型動作器件，即一定要在空氣中的水汽壓力飽和時，也就是在物體表面到達露點溫度，凝露發(fā)生時才會驅(qū)動加熱工作。從檢測凝露到消除凝露這一過程可以看出：首先要用凝露傳 感器來檢測到凝露（那就一定是在凝露發(fā)生時）才能啟動加熱器。而防凝露作為一個電柜反事故重要措施來說，接近凝露的邊緣再啟動加熱來消除凝露，就缺少一個預防過程。從安全、可靠的角度來看，作為一個反事故措施在可靠性上還是遠遠不夠的。其二，如果凝露傳感器安裝位置不當，或者凝露傳感器的表面受到灰塵或氣體的侵蝕后特性已改變，雖然柜壁已有結(jié)露現(xiàn)象，但凝露控制器仍不能及時啟動加熱器投入，也會帶來嚴重后果。 因此，為了提高可靠性，電力運行單位往往會采用一些輔助手段來保障電柜的安全渡汛，如上海電力公司采用了進入霉雨季節(jié)就強制長通電加熱的辦法。這種方法，雖然加強了防凝露的措施，但也帶來了電力損耗和浪費。 三、開關(guān)柜防凝露新方案及優(yōu)越性 針對開關(guān)柜常用防凝露方法存在問題，為提高開關(guān)柜防凝露可靠性及減少電力消耗，提出了一種開關(guān)柜新穎防凝露控制方案。 31 “凝露”的基本概念及新方案依據(jù) 什么是凝露？ 所謂結(jié)露現(xiàn)象是指柜體內(nèi)壁表面溫度下降到露點溫度以下時，內(nèi)壁表面會發(fā)生水珠凝結(jié)現(xiàn)象。這個現(xiàn)象稱之為結(jié)露。結(jié)露是否發(fā)生取決于室內(nèi)溫度、柜內(nèi)溫度、相對濕度以及露點溫度。 什么是露點溫度？ 露點溫度是指在一定溫度的空氣中，水蒸汽的最大含量稱為飽和水蒸汽量，此時的空氣成為飽和空氣，飽和空氣溫度下降時，空氣中的水蒸氣將凝結(jié)成水珠。含有水蒸氣的空氣的飽和溫度，稱為露點溫度。請參考溫度、濕度、和露點的相關(guān)數(shù)據(jù)表。圖2 環(huán)境溫度、凝露溫度與相對濕度曲線 從圖2曲線可以看出： 在一定的溫度條件下，空氣中的相對濕度越高，結(jié)露的溫度越是接近環(huán)境空氣溫度，也就是說，環(huán)境溫度愈接近露點溫度，凝露就越容易發(fā)生。不管空氣中的溫度如何，形成結(jié)露的露點溫度始終是低于環(huán)境溫度。例如：空氣溫度20度、相對濕度60%時，結(jié)露的溫度為12度。 從凝露發(fā)生機理與表1、圖2我們可以得出結(jié)論： 要想防止凝露的發(fā)生，必須使不允許發(fā)生凝露部位的表面溫度始終高于其周邊的環(huán)境溫度。 對開關(guān)設備而言，為防止開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生凝露，只要保持開關(guān)柜體內(nèi)部的溫度始終高于外部環(huán)境溫度即可。描述這一原理在生活中的現(xiàn)象就是：夏天從冰箱中取出一杯冰水，在水杯表面馬上就會結(jié)露。而從高于環(huán)境溫度的保溫箱中拿出一杯熱水時，杯子表面是不可能結(jié)露的。 開關(guān)設備內(nèi)部發(fā)生凝露引起爬電、閃絡事故，一般發(fā)生在以下幾種情況： 地區(qū)濕度高，氣候溫度變化大，開關(guān)柜底部潮濕，有的電纜溝甚至有積水； 有的開關(guān)柜在地下室，濕度高，柜體內(nèi)溫度特別是接近地面的溫度低于環(huán)境溫度； 有的設備處于暫時停運狀態(tài)，電柜內(nèi)小環(huán)境溫度就比周圍環(huán)境溫度低，在其表面就極易形成結(jié)露，在這種情況下，一旦送電投運，事故就隨之發(fā)生。 32 開關(guān)柜防凝露新技術(shù)方案 根據(jù)上面分析，只要我們使開關(guān)柜內(nèi)部的溫度始終保持高于柜外部的環(huán)境溫度，且盡量降低柜體內(nèi)部的相對濕度，就完全可以預防柜內(nèi)產(chǎn)生凝露。 為了確保柜內(nèi)溫度始終保持高于柜外部的環(huán)境溫度，又要滿足節(jié)電目的，防凝露新方案的控制儀表將取消現(xiàn)有流行的凝露傳感器，利用多個溫度傳感器，一個測柜體外溫度；一個安裝在柜壁，測量柜壁溫度；其余的測柜體內(nèi)部各隔室的溫度，通過CPU智能化控制加熱器的投切來調(diào)節(jié)柜內(nèi)溫度，使開關(guān)柜內(nèi)部要防凝露的部位的溫度始終比柜外環(huán)境溫度至少高23，使之不具備凝露發(fā)生的條件，起到預防凝露的作用。當柜體內(nèi)外有23 溫差時就停止加熱。當柜體內(nèi)外溫差低于23時就啟動加熱器。由于柜內(nèi)環(huán)境容積小，達到這個溫差所需的加熱功率和柜內(nèi)隔倉的容積的大小有關(guān)； 電柜內(nèi)部空間不同容積的升溫/降溫模擬實測試驗 1、電柜空間容積：1.1m3 加熱功率：150W 2、柜空間容積：0.5m3 加熱功：150W 柜外環(huán)境溫度：17.2 柜外環(huán)境溫度：17.2 柜內(nèi)環(huán)境起始溫度：17.3 柜內(nèi)環(huán)境起始溫度：17.4 加熱器通電起始時間10:12（開始加熱） 加熱器通電起始時間14:10（開始加熱） 柜內(nèi)升溫到達增高3時間10:40（停止加熱） 柜內(nèi)升溫到達增高3時間14:18（停止加熱） 柜內(nèi)降溫到比環(huán)境溫度高1的時間11:12 柜內(nèi)降溫到比環(huán)境溫度高1的時間14:43 、從以上實驗曲線可以看出： 10kV開關(guān)柜母線室內(nèi)部空間按0.5 m3空間容積模擬，加熱到比柜外升高3時約需8分鐘。停止加熱后退回到溫差1時約需25分鐘。如果按照這個時間控制加熱器投入、退出循環(huán)加熱，保持電柜內(nèi)部空間溫度比柜外高13，加熱投入的時間約是1 : 3。 35kV開關(guān)柜內(nèi)母線室容積可以用1.1 m3空間來近似模擬。從曲線可以看出，保持柜內(nèi)比柜外溫度高13，需要加熱器投入、退出的時間約為1:1。 按控制溫差13的范圍，0.5 m3空間時加熱投入的時間是1/4，按1.1 m3計算，加熱器投入時間是1/2。 如果電柜運行時產(chǎn)生一些熱量的話，也可以作為加熱功率的一部分，加熱時間可能還會大大縮短。因此，用150W加熱器，用溫差控制防凝露，對于10kV開關(guān)柜至少可節(jié)省3/4的加熱功耗，對于35kV開關(guān)柜至少可節(jié)省1/2的加熱功耗。 為了進一步提高防潮、防凝露的可靠性，還可以在每臺防凝露控制儀表中增加線性測量的相對濕度度傳感器。控制儀表可在監(jiān)測、溫度、溫差的同時，CPU還可以