何頌民

摘 要： 目前箱變內(nèi)凝露的情況，以美變居多，美變內(nèi)凝露比較嚴(yán)重，在南方一些山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)，經(jīng)常存在凝露，多集中于小室內(nèi)側(cè)頂蓋和壁板。凝露現(xiàn)象多次引發(fā)設(shè)備二次設(shè)備故障以及斷路器誤動(dòng)或拒動(dòng)等問(wèn)題，對(duì)于電網(wǎng)安全運(yùn)行造成較大的影響。為解決箱變凝露問(wèn)題，開展了凝露相關(guān)的模擬試驗(yàn)，分析了凝露發(fā)生的規(guī)律，并根據(jù)這些規(guī)律制定了措施方案。

關(guān)鍵詞： 箱式變電站；模擬實(shí)驗(yàn)；凝露原因；措施方案

1.箱變凝露模擬試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)相關(guān)說(shuō)明

首先由倉(cāng)庫(kù)提供一臺(tái)美變，并放置在試驗(yàn)站，在箱變高壓室內(nèi)布置了加濕器、加熱器、溫濕度控制器和抽濕機(jī)等設(shè)備，隨后將門關(guān)閉，形成一個(gè)相對(duì)封閉并且無(wú)人干預(yù)的空間。通過(guò)遙控設(shè)備啟停，調(diào)整柜內(nèi)的濕度，來(lái)觀察各設(shè)備的運(yùn)行狀況，觀察溫濕度的變化。本試驗(yàn)分兩個(gè)階段，第一個(gè)對(duì)象是一臺(tái)有封閉外殼的美變。第二個(gè)試驗(yàn)對(duì)象是一個(gè)封閉的塑料倉(cāng)搭建的實(shí)驗(yàn)艙。相關(guān)的試驗(yàn)歷經(jīng)14天，從開始調(diào)試完成，中間有一次轉(zhuǎn)場(chǎng)。共有大8個(gè)場(chǎng)景的試驗(yàn)，其中包括兩個(gè)低溫凝露試驗(yàn)。

1.2抽濕機(jī)調(diào)節(jié)濕度實(shí)驗(yàn)

本試驗(yàn)試圖驗(yàn)證簡(jiǎn)易抽濕機(jī)在調(diào)節(jié)濕度方面的具體作用，試驗(yàn)中開啟了簡(jiǎn)易抽濕機(jī)進(jìn)行抽濕，簡(jiǎn)易抽濕機(jī)功率約24W。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，加濕前，空間含水率為23.555克/m3，加濕后，空間含水率增加到26.136克/m3，經(jīng)過(guò)353分鐘抽濕，空間含水量下降到23.002克/m3，抽濕速度約0.107克/分鐘，濕度下降到73.4%之后，空間含水量反而不降反升，有一定除濕效果，但是效果不明顯，初始狀態(tài)抽濕效率高，之后一路下降，最后不抽不出水來(lái)。設(shè)備失效。后改為抽濕王CG2010進(jìn)行濕度調(diào)節(jié)，抽濕王的功率約60W，是抽濕機(jī)的兩倍多，理論上抽濕速度應(yīng)比較快。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：抽濕王初始抽濕效率較高，抽濕機(jī)全程運(yùn)行16個(gè)小時(shí)多，在前590分鐘，抽濕的速度可以達(dá)到0.1g/分鐘，但是之后，基本抽不出水來(lái)，而設(shè)備關(guān)機(jī)時(shí)，空間濕度為69.9%，離設(shè)定的目標(biāo)值60%相去甚遠(yuǎn)，空間含水量在設(shè)備運(yùn)行757分鐘后降反升，設(shè)備已經(jīng)無(wú)法再有效調(diào)節(jié)濕度了。設(shè)備失效。

1.3 溫濕度控制器及加熱板濕度調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)

本試驗(yàn)使用溫濕度控制器WSK-HJB控制加熱板（435W）來(lái)調(diào)節(jié)濕度，如表1所示。表1右側(cè)為箱變外溫濕度，根據(jù)溫濕度控制策略，在80%濕度以上時(shí)，加熱器不啟動(dòng)，因溫濕度控制器傳感器溫度線松脫開路，導(dǎo)致加熱器在上電以后一直運(yùn)行，因此可以看到上述運(yùn)行結(jié)果?？梢钥闯?，最初，下午室外空氣溫度高于室內(nèi)空間，加熱器運(yùn)行起來(lái)后溫度迅速提升并反超戶外溫度，最終保持溫差在4.4℃左右，其最初56分鐘溫度提升速度為0.046℃/分鐘。在其后冷卻的6小時(shí)內(nèi)，溫差最終保持在1.7℃。此試驗(yàn)可以看出溫濕度控制器的加熱能力。但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)空氣含水量大致不變時(shí)，其控制濕度的能力與外部受外部溫度的影響非常大，外部越冷，其濕度調(diào)節(jié)能力越差，從19：43開始，濕度不降反升，因?yàn)橥獠靠諝庾兝?，?nèi)部空氣無(wú)法維持高溫，低濕度也無(wú)法繼續(xù)維持。根據(jù)這個(gè)溫差效應(yīng)，可以維持一個(gè)相對(duì)外部空間較合理的濕度，但是需要合理計(jì)算溫差值，并合理擺放濕度傳感器位置。

后改用PTC加熱板（600W）來(lái)調(diào)節(jié)濕度，根據(jù)溫濕度控制策略，通過(guò)加熱內(nèi)部空氣溫度，降低相對(duì)濕度。試驗(yàn)時(shí)，室外空氣溫度高于室內(nèi)空間，加熱器運(yùn)行起來(lái)后溫度迅速提升，在150分鐘內(nèi)其溫度提升7.8℃，提升速度為0.052℃/分鐘，在加熱的頭59分鐘內(nèi)，升溫速度為0.089℃/分鐘。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明PTC加熱板因其功率大，風(fēng)冷散熱強(qiáng)，加熱的效率非常高。

1.4 模擬低溫艙室凝露實(shí)驗(yàn)

由于環(huán)境溫度太高，平均室溫高于30℃，已經(jīng)不能代表箱變典型的運(yùn)行環(huán)境，特別是能產(chǎn)生凝露的環(huán)境。因此考慮將相關(guān)設(shè)備移入低溫艙室進(jìn)行試驗(yàn)。隨后搭建一個(gè)低溫艙室，擬在低溫艙室中模擬設(shè)備的低溫運(yùn)行條件，觀察封閉空間中溫濕度的變化規(guī)律，并觀察凝露發(fā)生的環(huán)境節(jié)點(diǎn)。為了制造凝露所需要的低溫環(huán)境。選擇在一個(gè)較封閉的場(chǎng)所，將一臺(tái)立式空調(diào)用一塊封閉的塑料布封起來(lái)，塑料布尺寸為4.6x2.5x2.5米（寬x深x高），形成一個(gè)低溫艙室，然后在低溫艙室中再打一個(gè)封閉的塑料布空間，該塑料布空間尺寸為2.2x1.5x1.5米（寬x深x高），模擬一個(gè)內(nèi)部的空間4.95m3的實(shí)驗(yàn)艙室，通過(guò)降低小室外部空氣的溫度（低于16℃），來(lái)形成以個(gè)適于凝露的環(huán)境。如圖2所示?，F(xiàn)場(chǎng)依然布置若干溫度傳感器、溫濕度傳感器，并裝設(shè)可以遠(yuǎn)程報(bào)警的煙霧報(bào)警器。避免極端情況下發(fā)生火災(zāi)。實(shí)際運(yùn)行時(shí)采取更保守的措施，即無(wú)人看護(hù)時(shí)關(guān)閉全部的執(zhí)行設(shè)備。

得益于低溫艙室的搭建，實(shí)驗(yàn)中可以清楚的看到凝露的情況，并能大致確認(rèn)凝露發(fā)生的溫度。實(shí)驗(yàn)中，試驗(yàn)艙頂部空氣溫濕度，離空調(diào)出風(fēng)口約1.5米，11：00之后，試驗(yàn)艙外離空調(diào)出風(fēng)口約2.5米的背風(fēng)位置溫濕度開始降溫，在大約11：33記錄到凝露大面積在試驗(yàn)艙內(nèi)表面發(fā)生，試驗(yàn)艙局部冷空氣溫度大約19.6攝氏度，在試驗(yàn)艙頂部的鋼板內(nèi)側(cè)，探測(cè)到22攝氏度溫度。根據(jù)試驗(yàn)初始條件，試驗(yàn)開始前試驗(yàn)艙內(nèi)空氣含水量大約19.57g/m3，22.2攝氏度飽和濕空氣含水量為19.62g/m3，也就是說(shuō)，如果空氣溫度突然降低到22.2℃，水蒸氣應(yīng)該開始凝露，實(shí)際情況是在該溫度下凝露確實(shí)已經(jīng)發(fā)生，空氣含水量降低至15.91g/m3，在試驗(yàn)艙內(nèi)側(cè)塑料布上形成大量細(xì)露珠，凝露是個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，沒(méi)有驟然發(fā)生。預(yù)期鋼板上會(huì)出現(xiàn)凝露，實(shí)際沒(méi)有出現(xiàn)，原因是凝露已經(jīng)在其他部位形成，厚度較小的薄膜表面溫度要低于鋼鐵表面溫度，空間含水量15.91g/m3不足以在鋼板表面形成凝露條件（溫度低于18.6℃）。此后12：00開始，關(guān)閉空調(diào)，試驗(yàn)艙內(nèi)部溫度一路上升，已經(jīng)凝露的水也揮發(fā)，空氣含水量上升，直到再次降溫，濕度也再次下降。在15：00～19：00之間啟動(dòng)了抽濕王進(jìn)行除濕，前后運(yùn)行4小時(shí)。此后濕度一路下降，但是根據(jù)觀測(cè)的結(jié)果，空間含水量從22.47下降到9.29g/m3，根據(jù)計(jì)算，約有65.241g水以凝露型式析出，而抽濕王也是利用凝露原理析出水，實(shí)際觀察抽濕機(jī)凝露出水不足10g。因此，低溫倉(cāng)受外部環(huán)境影響導(dǎo)致水蒸氣凝露析出，進(jìn)而降低空間濕度。在低溫情況下，空間內(nèi)部濕度受外部低溫影響比較嚴(yán)重。另外，因?yàn)槌闈裢醺浇鼩鉁匾恢备哂?5℃，沒(méi)有出現(xiàn)冷凝板結(jié)霜的情況[3]。

隨后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，早上7：53-8：13進(jìn)行了加濕處理，濕度加到84.4%，空間含水量一度高達(dá)12.81g/m3，隨著周圍空氣溫度的持續(xù)降低，低溫艙內(nèi)部濕度也自行降低，一度低至57.5%，接近不少抽濕機(jī)的抽濕極限。說(shuō)明在室內(nèi)外溫差比較大時(shí)，設(shè)備空間會(huì)通過(guò)在低溫壁板上凝露降低空間濕度，這個(gè)過(guò)程是自動(dòng)發(fā)生，沒(méi)有外部干預(yù)，而且，會(huì)保持空間比較好的濕度，即低于80%。。分析可知，在無(wú)內(nèi)部設(shè)備干預(yù)的情況下，濕度緩慢下降的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是低溫自然作用的結(jié)果。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)分析如下：

（1）封閉空間內(nèi)含水量不變時(shí)，溫度上升，濕度下降，反之溫度下降，濕度上升。

（2）封閉空間內(nèi)可以使用抽濕機(jī)進(jìn)行抽濕，但是，抽濕機(jī)的效果可能因環(huán)境條件變化而失效，比如極限抽濕能力可能抽不到60%，另外抽濕機(jī)的抽濕速度普遍很低，難以持久高效抽濕。

（3）使用溫濕度控制器配加熱器可以有效調(diào)節(jié)空間內(nèi)的濕度，但是針對(duì)封閉空間，加熱器調(diào)節(jié)濕度的能力受外部溫度影響較大。一般，400W的加熱器可以將13立方米小室空間溫度升高4.4℃，600W加熱器可以將該空間溫度提高7.8℃。在外部環(huán)境的約束下，加熱器只能控制溫度差，而濕度是空氣含水量和溫度工作約束的參數(shù)，加熱器不能控制溫度，存在局限性。此外加熱器最大的優(yōu)勢(shì)是加熱速度非?？欤梢匝杆俳档涂臻g內(nèi)的濕度，但是隨著外部空氣溫度的降低，這種濕度是不能保持的。晝夜溫差較大的情況下，這個(gè)控制策略會(huì)失效，溫濕度控制器的傳感器探頭安裝位置非常關(guān)鍵，考慮到柜內(nèi)不同位置溫度差很大，這個(gè)問(wèn)題需要重點(diǎn)考慮?？刂泣c(diǎn)不一樣，控制結(jié)果差別非常大，即便是在同一空間[4]。

（4）在低溫艙室中，外部溫度較低時(shí)，可以迅速影響艙室內(nèi)的環(huán)境，溫差足夠大時(shí)，可以促成艙室內(nèi)表面形成凝露，并降低低溫艙室內(nèi)的濕度，凝露一般發(fā)生在與低溫空氣接觸緊密的地方。而內(nèi)部空間因溫度一般高于外部空間，空間內(nèi)形成凝露的概率低。

（5）采用半導(dǎo)體制冷片的抽濕機(jī)在15度以上的溫度下可以使用，但是低溫時(shí)，抽濕效率非常低，對(duì)內(nèi)部空間濕度的調(diào)節(jié)即慢又不明顯。

3.箱變防凝露措施方案

目前常見(jiàn)的防凝露設(shè)計(jì)一般有以下五種方案：

（1）方案一，在非封閉空間中，配置通風(fēng)窗和加熱器。

（2）方案二，在非封閉空間中，配置通風(fēng)窗不配置加熱器。

（3）方案三，在封閉空間中，配置加熱器。

（4）方案四，在封閉空間中，配置抽濕機(jī)。

（5）方案五，在封閉空間中，不配置專用的防凝露設(shè)備。

在箱變殼體中，一般采用復(fù)合板和鋼板。就隔熱性能來(lái)說(shuō)，復(fù)合板隔熱效果較好，鋼板隔熱性能較差。目前箱變內(nèi)凝露的情況，以美變居多，美變內(nèi)凝露比較嚴(yán)重，在南方一些山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)，經(jīng)常存在凝露，多集中于小室內(nèi)側(cè)頂蓋和壁板。

參考文獻(xiàn)

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