國網(wǎng)浙江省電力有限公司紹興供電公司 李 然 錢樹煥 勞凱峰

供電可靠性是考核供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，是衡量國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)準(zhǔn)。開關(guān)柜在電力系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電、輸電、配電和電能轉(zhuǎn)換過程中起到開合、控制和保護(hù)用電設(shè)備的作用，是輸變電系統(tǒng)的重要組成部分，因為開關(guān)柜結(jié)構(gòu)日趨小型緊湊，所以對環(huán)境因素的要求逐漸變高，假如開關(guān)柜長期在悶熱潮濕的環(huán)境中作業(yè)就會在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中聚集水汽形成凝露，凝露現(xiàn)象容易對開關(guān)柜的電氣絕緣造成影響，促使原本并不導(dǎo)電的區(qū)域轉(zhuǎn)換為導(dǎo)電區(qū)域，出現(xiàn)邏輯脈沖混亂、電源短路、電子元器件失效等故障。

開關(guān)柜是輸變電系統(tǒng)的重要組成部分，能夠有效解決電網(wǎng)運行中產(chǎn)生的各種問題，開關(guān)柜的穩(wěn)定運行直接關(guān)系到電網(wǎng)的供電質(zhì)量。開關(guān)柜的運維是輸變電系統(tǒng)日常運維的重要內(nèi)容，但開關(guān)柜凝露的產(chǎn)生往往對開關(guān)柜的安全運行造成嚴(yán)重危害，開關(guān)柜絕緣性能會因為凝露現(xiàn)象的產(chǎn)生造成性能下降、加速設(shè)備老化速度、損壞設(shè)備、降低設(shè)備運行壽命。輸變電系統(tǒng)運維部門要根據(jù)開關(guān)柜運行中產(chǎn)生凝露的現(xiàn)象，分析設(shè)備存在的運行問題，了解凝露現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因，同時可以采取科學(xué)的方法實現(xiàn)對開關(guān)柜凝露的治理，提升設(shè)備安全運行的水平。

文中搭建開關(guān)柜凝露因素試驗分析系統(tǒng)，觀察在不同溫濕度條件下凝露的發(fā)生及發(fā)展過程，分析開關(guān)柜柜內(nèi)溫濕度、開關(guān)柜柜內(nèi)外溫差對凝露的影響及對策[1]。

1 開關(guān)柜凝露因素試驗分析系統(tǒng)

1.1 凝露現(xiàn)象產(chǎn)生原因及危害

在自然條件下空氣能夠容納水汽與環(huán)境溫度呈現(xiàn)正比，環(huán)境溫度越高、空氣容納水汽數(shù)量更多，露點溫度主要指的是特定濕度空氣出現(xiàn)凝露現(xiàn)象的最高溫度。一旦開關(guān)柜設(shè)備表面溫度低于開關(guān)柜周圍空氣的露點溫度，無法繼續(xù)容納在空氣中的水汽在開關(guān)柜設(shè)備表面出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，通過液態(tài)水的形式析出。在開關(guān)柜底部電纜溝濕氣將會由電纜室通道持續(xù)上升，濕氣在遇到設(shè)備內(nèi)部頂板、端子等金屬或塑料元器件時，在冷熱交換界面產(chǎn)生凝露現(xiàn)象。

一旦析出的液態(tài)水和開關(guān)柜內(nèi)部灰塵混合之后，會迅速產(chǎn)生相應(yīng)的導(dǎo)電通道，對開關(guān)柜電氣絕緣造成嚴(yán)重破壞，促使原本不導(dǎo)電區(qū)域轉(zhuǎn)換為導(dǎo)電區(qū)域。混合了灰塵的凝露一旦附著在開關(guān)柜端子箱頂端，在凝露集結(jié)一定重量后會滴落在裸露的工作元件上，造成金屬元件兩極間形成通路，造成元件短路燒壞、失去正常的功能，一旦混合了灰塵的凝露附著在接線端子上，就會產(chǎn)生本不存在的導(dǎo)電通道，嚴(yán)重可造成火災(zāi)和炸機(jī)等嚴(yán)重事故[2]。

1.2 試驗分析系統(tǒng)

溫度和濕度是凝露形成的決定性因素，對開關(guān)柜電氣設(shè)備的絕緣性產(chǎn)生根本性影響，對開關(guān)柜中的電氣設(shè)備來說，濕度一旦超過60%就會產(chǎn)生凝露，因此，控制開關(guān)柜內(nèi)外溫濕度變化、記錄不同溫差及不同濕度下產(chǎn)生凝露需要的具體時間，能夠分析出凝露與溫濕度間的關(guān)系。開關(guān)柜凝露因素試驗分析系統(tǒng)主要包含人工環(huán)境室、空氣處理機(jī)組、開關(guān)柜、溫濕度傳感器&控制器、加熱器、加濕器、水分檢測試紙、監(jiān)控、計算機(jī)。開關(guān)柜內(nèi)部由溫濕度控制器進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，溫濕度控制器負(fù)責(zé)檢測開關(guān)柜內(nèi)的溫濕度與設(shè)置目標(biāo)之間的比較，通過加熱器和加濕器控制開關(guān)柜溫濕度。開關(guān)柜柜外溫濕度主要通過人工環(huán)境室進(jìn)行控制。

1.3 開關(guān)柜易發(fā)凝露部位

伴隨試驗進(jìn)行，開關(guān)柜內(nèi)壁水滴逐漸增多，邊緣相對于中間水滴更多，開關(guān)柜內(nèi)壁邊緣更容易產(chǎn)生凝露，主要原因在于開關(guān)柜的邊緣存在縫隙，開關(guān)柜柜體內(nèi)壁邊緣溫度更低，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)高溫高濕氣體從邊緣向外部流動，低溫的內(nèi)壁邊緣部分接觸到高溫高濕氣體就形成凝露。在試驗過程中，開關(guān)柜柜內(nèi)溫濕度分布均勻，凝露大部分在開關(guān)柜柜內(nèi)壁產(chǎn)生，開關(guān)柜柜內(nèi)設(shè)備幾乎未產(chǎn)生凝露，為了找出科學(xué)控制凝露的辦法，分析開關(guān)柜濕度條件變化需要通過UT-A200W13微環(huán)境監(jiān)測終端系統(tǒng)獲取開關(guān)柜柜內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)，這套系統(tǒng)主要包含5281監(jiān)控主機(jī)及配套的5284傳感器，傳感器將會通過無線傳輸方式將數(shù)據(jù)定式發(fā)送回傳，主機(jī)進(jìn)行掃描后實時收集上送，同時監(jiān)測主機(jī)狀態(tài)信息，通過干擾較少、信號服務(wù)質(zhì)量好的NB-lot接入云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)展示、后臺監(jiān)控[3]。

2 不同條件下的開關(guān)柜凝露試驗研究

2.1 高低壓加熱器投停對凝露現(xiàn)象的影響

溫度持續(xù)上升，對開關(guān)柜內(nèi)濕度產(chǎn)生影響，主要選取典型間隔對開關(guān)柜內(nèi)濕度進(jìn)行研究，觀察開關(guān)柜內(nèi)濕度伴隨高低壓加熱器投停產(chǎn)生的變化曲線（圖1）。在開關(guān)柜加熱器開始投入后，濕度在1個小時以內(nèi)產(chǎn)生明顯下滑，下滑程度相比初始達(dá)20%左右，在2個小時以內(nèi)能夠快速降低開關(guān)柜內(nèi)濕度，直至與柜外溫度接近；在開關(guān)柜加熱器退出投入后，開關(guān)柜內(nèi)濕度在2個小時以內(nèi)快速上升，上升程度達(dá)30%左右；高低壓加熱器一旦投入再退出，開關(guān)柜內(nèi)的濕度會產(chǎn)生先下滑再上升的情況，最后開關(guān)柜內(nèi)濕度和高低壓加熱器投入前相差達(dá)10%左右。

圖1 開關(guān)柜加熱器投入/退出時濕度變化曲線圖

2.2 開關(guān)柜前柜門開合對凝露現(xiàn)象的影響

假如開關(guān)柜為中置式金屬封閉開關(guān)柜，那么開關(guān)柜內(nèi)的水汽將無法通過循環(huán)系統(tǒng)排出，在冬季密閉的室內(nèi)環(huán)境將會在開關(guān)柜門形成凝露，如果空氣流通和通風(fēng)條件尚可，那么濕度將會明顯減輕。當(dāng)開關(guān)柜前柜門開合時濕度變化較為明顯（圖2）。

圖2 開關(guān)柜前柜門開合柜內(nèi)濕度變化曲線

在室內(nèi)環(huán)境濕度變化不明顯的前提下，開關(guān)柜的前柜門在打開階段柜內(nèi)的溫度顯著下滑達(dá)15%左右；在開關(guān)柜的前柜門閉合之前，開關(guān)柜的柜內(nèi)溫度與室內(nèi)溫度接近；在開關(guān)柜柜門閉合之后，開關(guān)柜柜內(nèi)溫度開始上升，恢復(fù)到與開關(guān)柜前柜門打開前的水平。在柜內(nèi)外溫差15℃下，相對濕度不變，柜內(nèi)濕度越高凝露所需時間越短，柜內(nèi)溫度升高凝露所需時間呈現(xiàn)減小趨勢（表1）。

表1 不同開關(guān)柜內(nèi)外溫差及柜內(nèi)溫度下凝露時間

2.3 開關(guān)柜前下柜柜門對凝露現(xiàn)象的影響

根據(jù)試驗監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，對開關(guān)柜前下柜柜門的開閉對濕度的影響進(jìn)行分析（圖3）。打開開關(guān)柜前下柜柜門的7小時之內(nèi)，開關(guān)柜內(nèi)濕度并沒有產(chǎn)生十分明顯的減弱，最大的減弱幅度僅達(dá)到2%，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)外溫差達(dá)5℃時，柜內(nèi)相對濕度達(dá)90%才能產(chǎn)生凝露，可以就此忽略開關(guān)柜前下柜柜門的影響[4]。

圖3 開關(guān)柜前下柜柜門開閉時柜內(nèi)濕度變化曲線

3 電纜溝疏堵解決凝露現(xiàn)象的研究

根據(jù)凝露產(chǎn)生的機(jī)理，可以得知通過對濕度和溫度等形成條件產(chǎn)生破壞后，可以消除凝露的發(fā)生，只要破壞其中任何一個形成條件都不會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。結(jié)合這個前提條件對開關(guān)柜內(nèi)外影響濕度的條件進(jìn)行綜合分析，在開關(guān)柜設(shè)備底盤進(jìn)線孔采取密封劑或密封膠進(jìn)行防潮、防凝露的密封，可以有效防止電纜溝濕氣通過電纜室通道進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)部，造成開關(guān)柜內(nèi)部濕度過大產(chǎn)生凝露。

為了便于觀察電纜溝疏堵產(chǎn)生的影響，在電纜溝東側(cè)、中間及西側(cè)分別設(shè)置監(jiān)測裝置，分別對晴、雨兩種天氣的濕度進(jìn)行分析，電纜溝無論是在晴天還是在雨天均處于濕度數(shù)據(jù)相對較高的狀態(tài)，電纜溝存在極大程度上的疏堵不良的狀態(tài)。在進(jìn)行電纜溝疏堵檢查以后，改進(jìn)復(fù)合電纜蓋板設(shè)計，電纜溝四角采用具有通風(fēng)工效的鏤空篦子型電纜溝蓋板，等間距排列，有效降低電纜溝內(nèi)集聚的熱量，改善電纜的運行環(huán)境，便于電纜溝氣體與室內(nèi)氣體交互，促使電纜溝濕度下降。

電纜室內(nèi)表面、底面和隔離墻雙側(cè)面做防水處理，電纜室底部平臺增高臺階高度不小于20厘米，電纜穿越后進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部時要做好進(jìn)出線的疏堵工作。在進(jìn)行改造后連續(xù)十天的陰雨天氣期間，對開關(guān)柜濕度監(jiān)測觀察，開關(guān)柜濕度變化幅度明顯變小，開關(guān)柜內(nèi)濕度明顯下降到70%以下，這種情況明顯說明疏堵電纜溝后開關(guān)柜的濕度明顯改善，有效避免水汽進(jìn)入開關(guān)柜，改進(jìn)設(shè)計簡單可行，能夠有效避免開關(guān)柜凝露現(xiàn)象，有較高的推廣價值[5]。

4 結(jié)語

通過文中的分析和研究，利用試驗找出開關(guān)柜凝露易發(fā)位置，清晰記錄開關(guān)柜在不同溫濕度和內(nèi)外溫差下形成凝露需要的具體時間，通過分析可以了解到，高低壓加熱器的投入和推出、開關(guān)柜前柜門開合及電纜溝疏堵對于開關(guān)柜濕度產(chǎn)生明顯的影響，對于開關(guān)柜降低濕度產(chǎn)生十分重要的作用，一旦溫度過高時，環(huán)境溫度的細(xì)微變化都會造成凝露的產(chǎn)生，凝露現(xiàn)象幾乎都是產(chǎn)生在開關(guān)柜的內(nèi)壁上，并且開關(guān)柜內(nèi)壁的邊緣相對于中間更容易產(chǎn)生凝露。

在開關(guān)柜產(chǎn)生凝露之前必須要采取科學(xué)的措施方式抑制凝露的產(chǎn)生，凝露主要是因為開關(guān)柜內(nèi)外溫差及柜內(nèi)溫濕度共同作用產(chǎn)生的，一旦開關(guān)柜柜外的濕度差升高，開關(guān)柜柜內(nèi)溫度和濕度隨之變高，凝露的形成時間就相對短暫，電纜溝蓋板更換成鏤空篦子狀的電纜蓋板、做好開關(guān)柜進(jìn)線封堵、利用人工智能環(huán)境控制器控制高低壓加熱器投退、加強(qiáng)開關(guān)柜柜內(nèi)氣體流動均可充分抑制凝露產(chǎn)生，確保電氣設(shè)備、電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運行[6]。