張源 吳鵬 李永虹 馬小軍 阮法

摘 要：針對電網(wǎng)系統(tǒng)中大量使用的電控柜內(nèi)部易產(chǎn)生有害凝露這一普遍現(xiàn)象，文章闡述了凝露產(chǎn)生的機理和危害，以及防治凝露的必要性。研究了現(xiàn)有電控柜凝露檢測設(shè)備、檢測方法和治理措施，分析了其存在的缺陷。有針對性地研制出一種新型電控柜內(nèi)凝露報警和綜合治理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：電控柜凝露；自動檢測凝露報警；智能消除凝露

中圖分類號：TM591 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）36-0073-02

Abstract： In view of the common phenomenon of harmful condensation in electric control cabinet which is widely used in power system， this paper expounds the mechanism and harm of condensation， and the necessity of preventing condensation. The paper also studies the existing electronic control cabinet condensate detection equipment， testing methods and treatment measures， and analyzes the defects of the existing. A new type of condensation alarm and comprehensive control system for electric control cabinet is developed.

Keywords： condensation of electric control cabinet； automatic condensation alarm detection； intelligent condensation elimination

1 概述

在電網(wǎng)系統(tǒng)各發(fā)、配、變電廠（站）中，電控柜被大量的使用。在長期運行過程中，電控柜內(nèi)會由于各種原因存在水蒸氣凝露積水現(xiàn)象，將會造成線路短路和機構(gòu)腐蝕，產(chǎn)生極大的事故隱患。所以做好電控柜的凝露監(jiān)控和消除工作，將是保障電網(wǎng)設(shè)備安全運行的必要措施。

因此，研制一種新型電控柜內(nèi)凝露報警和綜合治理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r檢測到凝露產(chǎn)生，及時報警上傳監(jiān)控數(shù)據(jù)。同時啟動凝露消除設(shè)備，快速消除有害凝露。是關(guān)系到電網(wǎng)設(shè)備安全運行的重要課題。

2 電控柜內(nèi)凝露產(chǎn)生的機理及危害

2.1 凝露產(chǎn)生的機理

（1）凝露及產(chǎn)生凝露現(xiàn)象相關(guān)的幾個概念

a.絕對濕度：單位空氣在一定壓力及溫度下所含的水汽的質(zhì)量。b.飽和濕度：單位空氣在該條件下所能包含的最大水蒸氣質(zhì)量。溫度越高，空氣中所能包含的水蒸氣越多，飽和濕度越大。c.相對濕度：絕對濕度與飽和濕度的比值。d.凝露和露點溫度：如果保持空氣的濕度而降低空氣溫度，當(dāng)溫度低至一定值后，水蒸氣的分壓力達到對應(yīng)于當(dāng)時空氣溫度的飽和壓力，該條件下的空氣中水蒸氣就達到飽和。如果再進一步降低空氣溫度，水蒸氣就會從空氣中冷凝析出形成“凝露”，而這個溫度則稱為露點溫度。

（2）電控柜內(nèi)部的凝露產(chǎn)生的機理

當(dāng)濕熱的環(huán)境空氣遇到低于露點溫度的物體表面時，水蒸氣就會凝結(jié)在物體表面由小到大形成露滴（凝露），而在相對封閉的空間內(nèi)空氣濕度會隨著凝露不斷的增多而降低。因此電控柜內(nèi)部的凝露是否發(fā)生將取決于電控柜所在的環(huán)境溫度、柜內(nèi)溫度、柜內(nèi)相對濕度以及露點溫度。

電控柜內(nèi)在一定溫度條件下，空氣中的相對濕度越大，露點溫度越接近環(huán)境和設(shè)備表面溫度，設(shè)備表面越容易產(chǎn)生凝露。如果要防止和消除電控柜內(nèi)有害凝露，前提是必須破壞凝露產(chǎn)生的條件。其一必須使不允許發(fā)生凝露的位置（電控柜內(nèi)設(shè)備）的表面溫度始終高于其環(huán)境空氣的凝露點溫度。其二是降低空氣中的相對濕度，使柜內(nèi)的空氣濕度低于該氣溫下的水蒸氣飽和度。[1]

2.2 凝露對電控柜內(nèi)電氣設(shè)備的危害

（1）凝露會造成電控柜內(nèi)設(shè)備線路短路事故

電控柜內(nèi)絕大多數(shù)設(shè)備是靠空氣來絕緣的。發(fā)生凝露時，在電控柜內(nèi)端子排和接線上聚集起來的露水會破壞金屬導(dǎo)電部位的絕緣，易造成交直流二次線之間的短路接地、器件燒損、開關(guān)誤動跳閘等事故。

凝露會降低絕緣設(shè)備表面的爬電距離，造成一次設(shè)備表面爬電或閃絡(luò)現(xiàn)象，嚴重時會使設(shè)備燒損。尤其是有的設(shè)備處于停運狀態(tài)不發(fā)熱時，其連接母排等部件內(nèi)部溫度經(jīng)常低于露點溫度，容易在其表面形成凝露，一旦送電就會發(fā)生爬電甚至短路事故。

（2）凝露會造成電控柜內(nèi)設(shè)備腐蝕故障

在電控柜內(nèi)設(shè)備和機構(gòu)上形成的凝露，尤其是含有腐蝕性雜質(zhì)的凝露，會腐蝕設(shè)備和機構(gòu)部件造成卡澀。并導(dǎo)致柜內(nèi)設(shè)備材料霉變，加速設(shè)備老化并降低其絕緣性。長期運行時將出現(xiàn)爬電或閃絡(luò)故障現(xiàn)象，嚴重影響電控柜安全運行。[2]

3 分析目前常用電控柜內(nèi)凝露檢測和治理方式及其具有的缺限性

3.1 通過人工檢測和手動治理電控柜內(nèi)凝露方式及缺陷

（1）人工檢測方式及缺陷。a.人工檢測方式：由運檢人員逐個打開電控柜，目視檢查電控柜內(nèi)是否產(chǎn)生有害凝露產(chǎn)生。b.缺陷分析：手段單一，對于大量的電控柜設(shè)備用人工檢測耗工耗時效率低下，檢測時存在漏檢死角且檢測效果實時性差（凝露隨著內(nèi)外環(huán)境溫濕度的變化隨時會產(chǎn)生）。（2）人工手動消除凝露的方式及缺陷。a.人工方式：通常是手動擦拭或手持加熱驅(qū)潮裝置消除檢測到電控柜內(nèi)的有害凝露。b.缺陷分析：存在耗工耗時效率低下，治理時存在死角和實時性差的弊端。（3）結(jié)論：通過人工檢測和手動治理電控柜內(nèi)凝露方式，無法及時有效的發(fā)現(xiàn)和消除大量設(shè)備中的有害凝露。

3.2 通過傳感器設(shè)備檢測，自動啟動加熱或除濕裝置消除電控柜內(nèi)凝露的方式及其缺陷

（1）通過傳感器自動檢測凝露的方式及其缺陷。目前自動檢測電控柜內(nèi)凝露的主要方式：是在電控柜內(nèi)安裝溫濕度控制器。溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測量處理的電信號的設(shè)備或裝置。通過測量溫度和相對濕度自動檢測電控柜內(nèi)是否產(chǎn)生凝露。其效率和準(zhǔn)確性明顯高于人工方式。缺陷分析：由于濕度是溫度的函數(shù)，溫度的變化決定性地影響著濕度的測量結(jié)果。而電控柜內(nèi)溫度和濕度存在一定的梯度難以完全均勻一致。導(dǎo)致測量精度會存在一定的誤差。同時由于溫濕度測量的原理和方法差異較大，各種測量方法之間難以直接校準(zhǔn)和認定，大多只能用間接辦法比對，要在所有溫度范圍內(nèi)校準(zhǔn)各點的測量結(jié)果，是十分困難的事。（2）傳統(tǒng)電控柜內(nèi)治理消除凝露的方法及缺陷。方式一：溫濕度傳感器根據(jù)設(shè)定值手動或自動驅(qū)動加熱裝置消除凝露。該方法的缺陷是：柜體內(nèi)驅(qū)潮加熱裝置通過濕度控制器驅(qū)動，靈敏度較低，只有當(dāng)機構(gòu)箱內(nèi)濕度達到接近飽和時才能啟動，漏報率較高。同時這種方法并不能從根本上消除凝露，原因在于這種方法只是增加空氣中水蒸氣的不飽和程度，并沒有將柜內(nèi)的水汽排出。方式二：溫控器或溫濕度傳感器根據(jù)設(shè)定值手動或自動驅(qū)動風(fēng)機除濕。該方法的缺陷是：用風(fēng)機通過空氣的對流與外界干燥的空氣進行交換達到降低電氣柜內(nèi)濕度，環(huán)境濕度較大時并不起作用，還易造成塵土、污穢進入柜內(nèi)，也不能實現(xiàn)防凝露的目的。（3）結(jié)論：通過凝露產(chǎn)生的機理和現(xiàn)有消除凝露技術(shù)的分析發(fā)現(xiàn)，單一設(shè)備檢測消除凝露的方式都存在一定的缺陷，不能完全可靠的取代人工檢測和消除電控柜內(nèi)凝露的工作。因此，很有必要研究一種新型檢測治理凝露的方式：即通過技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)綜合，利用現(xiàn)有技術(shù)手段優(yōu)勢，避免其缺陷。

4 一種新型電控柜內(nèi)凝露報警和治理綜合系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

基于凝露產(chǎn)生的機理和現(xiàn)有消除凝露的技術(shù)，研制一種新型的新型電控柜內(nèi)凝露報警和治理綜合系統(tǒng)。包含4個子系統(tǒng)：（1）電控柜內(nèi)凝露感應(yīng)報警及控制顯示系統(tǒng)；（2）抗干擾無線信號傳輸系統(tǒng)；（3）后臺監(jiān)控系統(tǒng)；（4）電控柜內(nèi)智能快速凝露消除系統(tǒng)。

4.2 系統(tǒng)功能原理

（1）子系統(tǒng)1：電控柜內(nèi)凝露感應(yīng)報警及控制顯示系統(tǒng)。該子系統(tǒng)由3部分組成，原理和構(gòu)成如下：利用凝露是由小到大慢慢聚集起來的這一特點，另辟思路：使用專門設(shè)計的大面積迷宮式防腐蝕凝露感應(yīng)傳感器，采用有源接觸式凝露，在箱體內(nèi)部容易產(chǎn)生凝露的位置構(gòu)成多塊組合式凝露感應(yīng)回路。該感應(yīng)電路靈敏度高（監(jiān)測報警凝露直徑？芨1mm，而能夠?qū)Χ俗优诺仍O(shè)備造成短路危害的凝露直徑一般都？芨4mm），在凝露剛一聚集形成尚未對設(shè)備造成危害時即自動導(dǎo)通，將信號傳送到一體化安裝的凝露控制模塊進行處理。解決了濕度控制器測量誤差較大的缺陷。a.現(xiàn)場報警顯示模塊：凝露檢測控制模塊接收到報警信號后，將凝露信號通過內(nèi)置無線發(fā)射模塊將凝露報警信號經(jīng)外置發(fā)射天線，發(fā)送至抗干擾無線信號傳輸系統(tǒng)。b.獨立電源模塊：用于設(shè)備的獨立供電。c.無線通訊模塊：能夠與現(xiàn)場所有通訊模塊、無線中繼和中心節(jié)點進行通訊。（2）抗干擾無線信號傳輸系統(tǒng)。電控柜凝露無線報警系統(tǒng)架構(gòu)由三部分組成：現(xiàn)場凝露檢測設(shè)備自帶的無線報警通訊模塊及發(fā)射天線；采用兩級或三級（現(xiàn)配）的通訊方式保證無線通訊鏈路的可靠。安裝在被檢測設(shè)備的無線報警模塊是第一級，無遮擋情況下通訊距離可達3km。檢測地區(qū)中心安裝的無線通訊和中繼模塊；為了實現(xiàn)高可靠的無線通訊報警、尤其是在金屬物體密集、干擾嚴重電站環(huán)境中。為了保證通訊可靠本系統(tǒng)增加了第二級無線中繼模塊，安裝在現(xiàn)場較高的位置。通過第二級的無線中繼基本能滿足一般現(xiàn)場的通訊要求。（3）監(jiān)控后臺及上位機系統(tǒng)。上位機系統(tǒng)通過無線與現(xiàn)場通模塊通訊、自動完成巡檢、自動報警、自動記錄，它由計算機，無線通訊模塊和組態(tài)軟件構(gòu)成。上位機軟件能夠記錄整個凝露檢測系統(tǒng)的檢測和報警歷史曲線，方便查詢。整個系統(tǒng)的工作情況和報警情況在上位機軟件界面上清晰表達一目了然。整個上位機系統(tǒng)采用高可靠的工業(yè)級組態(tài)軟件進行控制，保證了整個系統(tǒng)具有強大的容錯能力、可靠的記錄能力和豐富的通訊方式。通過網(wǎng)絡(luò)分段功能能夠容納巨量的現(xiàn)場節(jié)點。整個系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種不同的工作環(huán)境。（4）電控柜凝露智能消除系統(tǒng)。當(dāng)凝露傳感器檢測及設(shè)備控制模塊檢測到機箱內(nèi)凝露產(chǎn)生，除及時發(fā)出報警信號外，將同時啟動機箱內(nèi)的治理設(shè)備消除凝露。

凝露治理設(shè)備包括智能半導(dǎo)體除濕器裝置和電熱風(fēng)機。檢測到凝露發(fā)生時，凝露檢測控制系統(tǒng)在報警的同時發(fā)出控制指令，驅(qū)動凝露消除裝置：電熱風(fēng)機提高柜內(nèi)溫度破壞凝露形成的條件，半導(dǎo)體去濕器同時除去空氣中的水分降低柜內(nèi)的濕度，保證機箱內(nèi)不再出現(xiàn)凝露。凝露傳感器檢測到機箱內(nèi)凝露已消除時，則自動或延時發(fā)送指令關(guān)閉電熱風(fēng)機和智能半導(dǎo)體去濕器。

5 結(jié)束語

根據(jù)我國電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備的凝露報警治理現(xiàn)狀，綜合分析各種監(jiān)控治理方式方法的優(yōu)劣，經(jīng)過現(xiàn)場實際運行，結(jié)果證明用綜合系統(tǒng)進行凝露報警和治理，其效果遠優(yōu)于單一設(shè)備。

參考文獻：

[1]周軍，周文越.開關(guān)柜防凝露控制技術(shù)淺談[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（01）.

[2]趙開文.開關(guān)柜除濕及快速消除凝露研究[J].電工文摘，2016（02）.

[3]任力，季金豹.變電站開關(guān)柜防凝露研究[J].山東電力技術(shù)，2017（07）.