燕飛飛

（無錫固亞德電力設(shè)備有限公司，江蘇 無錫 214100）

0 引言

為了實現(xiàn)模塊化設(shè)計、批量化生產(chǎn)等指標(biāo)，預(yù)裝式模塊化變電站（圖1）主體一般采用鋼板制作，以縮短工期[1]。鋼板比傳統(tǒng)土建變電站的水泥材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)要高很多，并且考慮到運(yùn)輸?shù)纫蛩?，預(yù)裝式模塊化變電站艙體內(nèi)部空間一般比較緊湊，較為狹小，當(dāng)遇到空氣濕度大、晝夜溫差較大等惡劣環(huán)境因素時，特別容易導(dǎo)致艙體內(nèi)部產(chǎn)生凝露[2-3]。

圖1 預(yù)裝式模塊化變電站

1 預(yù)制艙內(nèi)凝露形成原因分析

空氣由絕干空氣、水汽、塵埃三部分組成。絕對濕度為單位空氣在一定壓力及溫度下所含的水汽的質(zhì)量，飽和濕度為單位空氣在該條件下所能包含的最大水汽質(zhì)量。溫度越高，空氣中所能包含的水汽越多，飽和濕度越大。絕對濕度與飽和濕度的比值為相對濕度[4-6]。

（1）保持空氣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(dá)到對應(yīng)于當(dāng)時空氣溫度的飽和壓力，該條件下空氣中的水汽就達(dá)到飽和。再進(jìn)一步降低空氣溫度，水汽就會從空氣中冷凝析出，形成“露滴”，這種現(xiàn)象被稱為“凝露”。所以，凝露的產(chǎn)生與環(huán)境中的相對濕度息息相關(guān)，相對濕度是直接決定能否產(chǎn)生凝露的根本條件。

（2）傍晚以后艙體溫度逐步降低，無論預(yù)制艙中設(shè)備是否正常運(yùn)行，預(yù)制艙墻體及頂板溫度都會逐步降低，其速度大于艙體內(nèi)部空氣降溫速度，導(dǎo)致艙體表面溫度比環(huán)境溫度更低，當(dāng)濕熱的環(huán)境空氣遇到溫度較低的艙體表面時，水汽就會凝結(jié)形成凝露。當(dāng)艙體內(nèi)部設(shè)備正常工作時，艙體表面溫度降低的情況下，艙體內(nèi)部環(huán)境溫度受設(shè)備運(yùn)行發(fā)熱影響還在升高，艙體表面與艙體環(huán)境溫差更大，導(dǎo)致產(chǎn)生的凝露更多，尤其是受運(yùn)行發(fā)熱量較大的電氣設(shè)備影響時表現(xiàn)更為明顯。

預(yù)制艙內(nèi)壁凝露實樣如圖2所示，開關(guān)柜內(nèi)壁凝露實樣如圖3所示。

圖2 預(yù)制艙內(nèi)壁凝露

圖3 開關(guān)柜內(nèi)壁凝露

（3）考慮到夏天高溫及設(shè)備發(fā)熱量，為了保障艙體內(nèi)部設(shè)備可靠運(yùn)行，不受艙體內(nèi)部高溫影響，變電站會根據(jù)設(shè)備需要設(shè)計空調(diào)設(shè)備輔助制冷。

1）變電站維護(hù)人員為了更好地保障設(shè)備運(yùn)行，減少運(yùn)維工作量，往往將溫度直接調(diào)至18℃，導(dǎo)致空調(diào)吹出來的冷風(fēng)溫度較低，冷風(fēng)與艙體內(nèi)部較熱的空氣相遇，導(dǎo)致產(chǎn)生凝露。

2）空調(diào)出風(fēng)口方向正好對著設(shè)備外壁或者艙體墻體，導(dǎo)致被空調(diào)出風(fēng)接觸的設(shè)備或者艙體表面區(qū)域溫度急劇降低，當(dāng)艙體中熱空氣遇到該部分溫度較低區(qū)域時就會產(chǎn)生凝露。

2 凝露對變電站電氣設(shè)備的危害

當(dāng)凝露產(chǎn)生條件滿足后，預(yù)制艙內(nèi)部電氣設(shè)備任何位置都有形成凝露的可能性，凝露匯集形成液態(tài)水滴落在元器件上或與設(shè)備內(nèi)部的灰塵混合后產(chǎn)生相應(yīng)的導(dǎo)電通道，就會對設(shè)備的電氣絕緣造成影響，使得本不該導(dǎo)電的區(qū)域轉(zhuǎn)換為正常導(dǎo)電的區(qū)域，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備短路。一旦混合了灰塵的凝露附著于端子箱頂部，當(dāng)露水聚集至一定的重量后，便會向下滴落在端子箱內(nèi)部裸露的工作元件上（如接線端子），導(dǎo)致金屬元件兩極之間形成通路，從而使得元件短路燒壞，失去正常功能；又比如混合了灰塵的凝露直接附著于接線端子上，會產(chǎn)生原本不存在的導(dǎo)電通道，導(dǎo)致邏輯脈沖出現(xiàn)混亂，進(jìn)而產(chǎn)生電源短路、電子元器件失效等故障，大大影響設(shè)備使用壽命周期，甚至可能會導(dǎo)致火災(zāi)（圖4）、炸機(jī)等事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及后果。

圖4 因凝露起火燃燒爆炸

（1）設(shè)備內(nèi)二次接線端子排上形成的露水對端子排上的金屬導(dǎo)電部位造成腐蝕（圖5），腐蝕較嚴(yán)重或混入灰塵等其他雜質(zhì)后易造成交直流短路接地，直流接地對變電站二次系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行危害極大。實際運(yùn)行經(jīng)驗表明，直流接地多是有水附著在帶電部位所造成的，而更嚴(yán)重的是，露水甚至?xí)斐啥俗优派蟽筛尉€之間短接，如果恰好是開關(guān)跳閘回路則會立即引起開關(guān)誤動作，造成停電事故。

圖5 凝露造成腐蝕

（2）凝露會腐蝕機(jī)構(gòu)內(nèi)的金屬部件，影響機(jī)構(gòu)的使用壽命，甚至因銹蝕而造成機(jī)構(gòu)卡澀，導(dǎo)致開關(guān)或刀閘在分合時機(jī)構(gòu)不能運(yùn)行到位，如果因此使得開關(guān)動靜觸頭慢分慢合，則會釀成極大的電力事故。

（3）設(shè)備上儀器、儀表、顯示器等高精密的設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生凝露，容易導(dǎo)致電路板短路等情況，進(jìn)而造成設(shè)備損壞。

3 預(yù)防凝露的艙體設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

預(yù)制艙內(nèi)形成凝露的條件是復(fù)雜多樣的，其中相對濕度和艙體及其內(nèi)部環(huán)境溫度變化率是導(dǎo)致凝露產(chǎn)生的重要因素，因此，預(yù)裝式變電站防凝露的舉措主要是盡可能降低相對濕度和溫度變化率，并對電氣設(shè)備增加輔助除濕方式，多管齊下，徹底根除凝露的產(chǎn)生。

（1）為保障預(yù)制艙承載及電纜敷設(shè)需求，需要制作變電站預(yù)制艙基礎(chǔ)。傳統(tǒng)工藝一般采用混凝土建設(shè)封閉式基礎(chǔ)（圖6），封閉式混凝土基礎(chǔ)與電纜溝貫穿，當(dāng)項目現(xiàn)場處于坑洼地帶、遇到強(qiáng)降雨天氣或者現(xiàn)場濕氣比較大時，預(yù)制艙基礎(chǔ)內(nèi)部就會出現(xiàn)濕氣較大甚至存水未能及時排出的現(xiàn)象，導(dǎo)致濕氣在基礎(chǔ)內(nèi)部聚集，濕氣通過艙體底部進(jìn)入艙體內(nèi)部環(huán)境，進(jìn)而增加了艙體內(nèi)部環(huán)境相對濕度，大大提高了凝露的風(fēng)險。為此，需要采取基礎(chǔ)防進(jìn)水、應(yīng)急排水及強(qiáng)制通風(fēng)等多項措施，確保艙體基礎(chǔ)內(nèi)部始終保持干燥。

圖6 封閉式混凝土基礎(chǔ)變電站

架空式鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)使所有的預(yù)制艙都能架空安裝（圖7），可有效避免基礎(chǔ)底部濕氣存水或長時間潮濕等問題，從濕氣源頭根除凝露產(chǎn)生的必要條件，進(jìn)而避免艙體內(nèi)部產(chǎn)生凝露。從工程實例來看，架空式鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)確實對預(yù)制艙防凝露起到了非常關(guān)鍵的作用，并且建設(shè)成本、施工效率、產(chǎn)品強(qiáng)度及可靠性等性能指標(biāo)全面優(yōu)于封閉式混凝土基礎(chǔ)，因此非常值得推廣應(yīng)用。

圖7 架空式鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)變電站

（2）當(dāng)項目處在濕熱環(huán)境中時，推薦預(yù)制艙底部噴涂聚氨酯密封材料（圖8），所有電纜進(jìn)出口使用密閉封堵材料（圖9），可有效阻斷濕氣從預(yù)制艙底部侵入，進(jìn)而消除凝露產(chǎn)生的必要條件。

圖8 預(yù)制艙底部密封實樣

圖9 預(yù)制艙底部電纜進(jìn)出口封堵實樣

（3）預(yù)制艙溫度變化率主要體現(xiàn)在預(yù)制艙隔熱保溫效果，隔熱保溫效果越好，預(yù)制艙溫度變化率越低，反之預(yù)制艙溫度變化率越高。預(yù)制艙溫度變化率越高，產(chǎn)生凝露的風(fēng)險就越高，所以預(yù)制艙設(shè)計時應(yīng)充分考慮艙體隔熱保溫性能。

1）研究得知預(yù)制艙外觀顏色會影響到熱量吸收，顏色越深，吸收熱量越多，所以建議艙體外觀顏色選擇要以淺色為主，可緩解艙體熱量吸收，降低預(yù)制艙溫度變化率。

2）預(yù)制艙應(yīng)設(shè)計保溫層，濕熱環(huán)境下保溫層厚度建議做到100 mm以上，并建議艙體內(nèi)部采用非金屬裝修層，通過改變材質(zhì)、降低導(dǎo)熱效率，進(jìn)而降低預(yù)制艙溫度變化率。

3）預(yù)制艙應(yīng)設(shè)計空氣隔熱層，特別是預(yù)制艙頂部，空氣隔熱層可進(jìn)一步提高預(yù)制艙隔熱保溫性能，并且做到智能呼吸，可以根據(jù)溫度變化減少空氣受熱脹冷縮的影響，保持空氣隔熱層氣壓平衡，進(jìn)一步提高艙體隔熱保溫性能，進(jìn)而降低預(yù)制艙溫度變化率。

（4）預(yù)制艙內(nèi)部設(shè)計采用微正壓空調(diào)系統(tǒng)，并實現(xiàn)制冷分散化，避免冷風(fēng)集中在一點出風(fēng)，導(dǎo)致局部溫度降低進(jìn)而產(chǎn)生凝露。另外，空調(diào)選擇可以自帶自動除濕功能，當(dāng)檢測到預(yù)制艙內(nèi)相對濕度到了一定的值，就自動開啟除濕功能，降低空氣濕度，進(jìn)而降低凝露風(fēng)險。

（5）單獨配工業(yè)除濕機(jī)，進(jìn)一步增強(qiáng)除濕功效，降低預(yù)制艙內(nèi)部空氣濕度，進(jìn)而降低凝露風(fēng)險。

4 結(jié)語

預(yù)裝式模塊化變電站建站方式正以不可逆轉(zhuǎn)的趨勢替代傳統(tǒng)的土建變電站建站方式，但凝露對變電站設(shè)備生命周期及運(yùn)行可靠性有著嚴(yán)重的危害，因此，預(yù)裝式模塊化變電站推廣應(yīng)用過程中，應(yīng)根據(jù)變電站使用環(huán)境全面分析凝露產(chǎn)生的原因，從預(yù)制艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計、電氣輔助設(shè)計等方面出發(fā)，多措并舉，加強(qiáng)凝露產(chǎn)生的預(yù)防措施，保障變電站全生命周期的安全可靠運(yùn)行，為預(yù)裝式變電站的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。