許繼集團 馬儀成 郭勝軍 朱云霄

變電站戶外產(chǎn)品防止凝露措施

許繼集團 馬儀成 郭勝軍 朱云霄

凝露現(xiàn)象在日常生活中很普遍，例如在清晨出現(xiàn)的露水，在冬季出現(xiàn)的大霧天氣，在冬天進入溫暖的室內(nèi)，戴的眼鏡上會出現(xiàn)霧水等等。在電力設(shè)施中，也會遇到凝露現(xiàn)象，比如變電站戶外柜內(nèi)部遇到的凝露問題。凝露問題極大地威脅著電網(wǎng)的安全，為保證戶外柜內(nèi)部裝置的絕緣水平,保證內(nèi)部裝置可靠工作,我們必須充分了解凝露現(xiàn)象，了解戶外柜內(nèi)部凝露產(chǎn)生的原因，采取正確的方法避免戶外結(jié)構(gòu)產(chǎn)品內(nèi)部凝露現(xiàn)象的發(fā)生。

一、凝露的產(chǎn)生

現(xiàn)實情況中，我們提及的空氣指的都是含有水蒸氣的濕空氣。理論中的干空氣是指完全不含有水蒸氣的空氣，濕空氣是干空氣和水蒸氣的混合物。由于存在于大氣中的水蒸氣的分壓力通常很小，一般只有30～40mbar（約為0.03～0.04標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），大都處于過熱狀態(tài)。

設(shè)以pv表示水蒸氣的分壓力，pa表示干空氣的分壓力，濕空氣的總壓力為p，按照道爾頓分壓定律有：p=pv+pa，空氣中的水蒸氣由于其含量的不同（即分壓力有高低）以及溫度不同，可以處在過熱狀態(tài)或飽和狀態(tài)。由干空氣和過熱水蒸氣組成的濕空氣稱未飽和空氣。由干空氣和飽和水蒸氣組成的濕空氣稱為飽和空氣。

設(shè)濕空氣的溫度為t，當(dāng)其所含水蒸氣的分壓力pv低于對應(yīng)溫度的飽和壓力ps時，則濕空氣中的水蒸氣處在過熱狀態(tài)，如圖1中A點所示。

圖1 p-V圖

如果溫度t不變，濕空氣中的水蒸氣含量增加，即水蒸氣的分壓力增加，則其狀態(tài)將沿等溫線向左上，直到和上界限線相交于s點，達到飽和狀態(tài)。如果再增加水分，即將以水滴狀態(tài)凝結(jié)而從濕空氣中分離出來。

如果未飽和空氣中水蒸氣的含量不變，即pv不變，而濕空氣溫度逐漸降低，則其狀態(tài)將沿等壓線冷卻向左，和上界限線相交于D時，也達到了飽和狀態(tài)。如再冷卻，也將有水滴析出。D點的溫度即對應(yīng)于pv下的飽和溫度，稱為露點溫度，用Td表示。所以露點是在一定的水蒸氣分壓力pv下，使?jié)窨諝庾優(yōu)轱柡涂諝獾哪屈c溫度。濕空氣的溫度、相對濕度、和露點的相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 濕空氣的溫度、相對濕度、和露點的相關(guān)數(shù)據(jù)

提取數(shù)據(jù)可得線性圖（圖2）：

圖2 環(huán)境溫度和凝露濕度關(guān)系

從圖2中可以看出：在溫度不變的條件下，空氣中的相對濕度越高，凝露溫度越接近環(huán)境溫度，凝露就越容易發(fā)生。形成結(jié)露的露點溫度始終是低于環(huán)境溫度。

所以，空氣的溫度高，能夠包含的水蒸氣就多。反之，空氣溫度低，盡管只有少量水蒸氣，空氣也能夠達到飽和。同樣道理，即使?jié)窨諝獗旧頉]有達到過飽和，而與濕空氣接觸的物體表面及內(nèi)部冷卻到低于濕空氣的飽和溫度時，則在物體表面附近空氣中所含的水蒸氣也會凝結(jié)成水。即使接觸到比濕空氣露點溫度低一點點的物體，結(jié)露也會發(fā)生。

二、戶外產(chǎn)品發(fā)生凝露的模型

在電力系統(tǒng)實際應(yīng)用時，我們主要關(guān)注結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和內(nèi)部裝置表面凝露的發(fā)生，結(jié)構(gòu)外部表面發(fā)生凝露一般不會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。圖3是實際應(yīng)用的結(jié)構(gòu)簡化分析模型：

圖3 實際應(yīng)用的結(jié)構(gòu)簡化分析模型

變電站戶外產(chǎn)品應(yīng)用條件：1.大氣壓范圍，66～110kPa；溫度范圍，-25℃～+55℃。2.最大相對濕度不超過95%，日溫差不大于25k。3.柜體結(jié)構(gòu)具有密封性能，內(nèi)部空氣不是絕對的與外部隔絕。

三、環(huán)境條件變化設(shè)定

根據(jù)天氣的變化情況、戶外產(chǎn)品發(fā)生凝露時可以大致分為下列兩種情況：一是高溫高濕運行時（一般指運行溫度超過30℃，運行濕度超過60%RH）遇到溫度降低、濕度增加的變化。二是低溫低濕運行時濕度、溫度由低到高的變化。

四、柜內(nèi)凝露易產(chǎn)生的地方

1.高溫高濕運行時，如果周圍環(huán)境溫度下降到低于柜內(nèi)部的溫度，在觀察窗、電纜孔等隔熱性能差的地方，對應(yīng)在柜內(nèi)側(cè)部位表面溫度會低于柜內(nèi)空氣的露點溫度，所以容易發(fā)生結(jié)露。

2.高溫高濕運行時，空氣循環(huán)裝置的循環(huán)風(fēng)難以吹到的地方諸如試驗樣品的背風(fēng)面、試驗樣品的周邊部位容易結(jié)露。試驗箱內(nèi)部的空氣是通過空氣循環(huán)裝置進行熱交換的。但是，空氣循環(huán)裝置本身也接觸空氣進行熱交換，以維持其溫度。因此空氣流動慢的地方溫度較低容易結(jié)露。調(diào)整空氣循環(huán)裝置，使得試驗箱內(nèi)循環(huán)風(fēng)的流動更全面均勻。同時調(diào)整試驗樣品的安置方式，要保證不影響到循環(huán)風(fēng)的流動。

3.濕度由低到高，溫度也由低到高運行時，那么柜內(nèi)的濕空氣容易成為過飽和濕空氣，金屬部件表面溫度上升比空氣慢得多，表面容易造成結(jié)露。

4.溫度由低到高的急劇變化時，殼體內(nèi)部熱容量小的空氣，溫度上升比較容易，而熱容量大的金屬零件部位，溫度上升不太容易，因此造成空氣和內(nèi)部各個部位出現(xiàn)溫度差，容易產(chǎn)生結(jié)露。

五、避免凝露的措施

1.提高柜體外殼自身斷熱程度。在電纜孔等隔熱性能差的地方增加絕熱材料。對于觀察窗部位，要將觀察窗靠殼體內(nèi)側(cè)表面的溫度提高到試驗箱內(nèi)濕空氣的露點溫度以上，所以用在觀察窗靠試驗箱內(nèi)側(cè)表面貼加熱膜的方式來避免結(jié)露。殼體材料使用絕熱材料，降低殼體內(nèi)表面及內(nèi)部空氣受外界溫度的影響。

2.對易發(fā)生凝露部位增強空氣流動速度。

3.增加內(nèi)部裝置表面溫度。

4.采用低露點空氣。

5.內(nèi)部增加除濕劑。