張琰美,陳詩嫻,李建杭,陳 剛
(國網(wǎng)福建省龍巖市新羅區(qū)供電公司,福建 龍巖 364099)
近年來,隨著科技的進(jìn)步、設(shè)備材料的革新、施工工藝的日趨成熟,各類開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、端子箱、控制柜、電動(dòng)刀閘箱、配線柜等都向緊湊型方向發(fā)展。由于柜內(nèi)空間狹窄、相間距離小,且柜體密封,空氣濕度過大設(shè)備表面凝聚水分,引起霉菌滋生加快,金屬腐蝕加快導(dǎo)致接觸面氧化,接觸電阻增大,柜內(nèi)元器件及接線端子容易受潮發(fā)生短路或接地故障,導(dǎo)致設(shè)備的絕緣性能降低,給開關(guān)設(shè)備的安全帶來威脅,容易造成事故的發(fā)生[1],如圖1所示。
圖1 環(huán)網(wǎng)柜凝露故障
傳統(tǒng)防凝露技術(shù)方法主要分為2 類:提升輔助設(shè)施和改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。提升輔助設(shè)施主要是指在配電室采取強(qiáng)制通風(fēng)或設(shè)置除濕裝置等控制溫濕度。國內(nèi)在除濕和防治、消除凝露方面主要采用凝露加熱法、濕度加熱法、通風(fēng)法和半導(dǎo)體冷凝除濕法等技術(shù)手段;改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是因?yàn)槌凉裱b置在安裝應(yīng)用、運(yùn)行維護(hù)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及遠(yuǎn)程控制等方面存在功能缺陷,信息化、自動(dòng)化、智能化水平不足。因此,項(xiàng)目針對(duì)開關(guān)柜開展凝露機(jī)理、冷凝技術(shù)、微熱空氣循環(huán)技術(shù)、集中監(jiān)測預(yù)警等技術(shù)研究,提高開關(guān)柜運(yùn)行異常技術(shù)防護(hù)水平和管理水平[2]。
由于環(huán)網(wǎng)柜安裝于室外裸露環(huán)境,其安全可靠性極易受到自然環(huán)境的影響,尤其是受空氣中濕度的影響最大。由于環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)溫度較低,當(dāng)空氣中的水蒸氣遇到溫度較低的環(huán)網(wǎng)柜金屬表面后,會(huì)在表面上凝結(jié)形成凝露,凝露會(huì)加快開關(guān)的銹蝕速度、降低設(shè)備絕緣性能、引起開關(guān)跳閘、造成設(shè)備短路甚至爆炸,嚴(yán)重威脅人員和設(shè)備安全[3]。
如圖2 所示,通過查閱環(huán)網(wǎng)柜基礎(chǔ)施工工藝圖,潮氣(濕氣)主要從環(huán)網(wǎng)柜基礎(chǔ)內(nèi)電纜室匯集,然后滲入到環(huán)網(wǎng)柜內(nèi),遇冷凝結(jié)成凝露(水珠),進(jìn)而危害電氣電子設(shè)備。
圖2 環(huán)網(wǎng)柜基礎(chǔ)施工工藝圖
因此,通過相關(guān)手段控制環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)溫濕度,限制凝露情況的發(fā)生是當(dāng)前的重要工作。
針對(duì)以上問題,技術(shù)人員設(shè)計(jì)了一種戶外環(huán)網(wǎng)柜混合動(dòng)力除濕裝置,旨在提供更高效和可靠的除濕功能。
有動(dòng)力通風(fēng)單元是裝置的第1 個(gè)部分,強(qiáng)化了通風(fēng)效果。它由電源、控制模塊和電動(dòng)風(fēng)機(jī)組成[4]。電源提供能量,控制模塊負(fù)責(zé)控制電動(dòng)風(fēng)機(jī)的工作。電動(dòng)風(fēng)機(jī)則使用電力驅(qū)動(dòng),能有效地增強(qiáng)通風(fēng)效果[5]。此外為了更精確的控制溫濕度,還配備了高精度的溫濕度傳感器和液晶顯示設(shè)備,巡視人員可以隨時(shí)讀取溫濕度數(shù)值,如圖3 所示。
圖3 有動(dòng)力通風(fēng)單元
無動(dòng)力通風(fēng)單元是裝置的第2 個(gè)部分,主要負(fù)責(zé)排出潮濕空氣。電纜隧道無動(dòng)力通風(fēng)與智能監(jiān)測裝置,只需在電纜豎井口安裝一套無動(dòng)力風(fēng)機(jī),就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜隧道的持續(xù)通風(fēng)換氣,如圖4 所示。
圖4 無動(dòng)力通風(fēng)單元
無動(dòng)力通風(fēng)是利用環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)外的空氣對(duì)流來驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)渦輪旋轉(zhuǎn)。優(yōu)良的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)使通風(fēng)器在微弱的氣流下也能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)無動(dòng)力除濕裝置的渦輪旋轉(zhuǎn)時(shí),產(chǎn)生離心力,通風(fēng)器下方的空氣從葉片間隙排出,增強(qiáng)了環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的空氣流動(dòng)性,以此來達(dá)到除濕的效果。當(dāng)一部分氣體排出環(huán)網(wǎng)柜外時(shí),環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)通風(fēng)器下方形成低壓區(qū)。周圍的高壓氣流不斷流向低壓區(qū),便形成自然通風(fēng)。環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱能,使環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)溫度升高,熱空氣通過室外環(huán)網(wǎng)柜無動(dòng)力除濕裝置的通風(fēng)口涌出,在通風(fēng)器下方形成高壓熱空氣區(qū),催動(dòng)風(fēng)機(jī)渦輪旋轉(zhuǎn)。室外環(huán)網(wǎng)柜無動(dòng)力除濕裝置只需在環(huán)網(wǎng)柜上方開口并安裝無動(dòng)力風(fēng)機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜的持續(xù)通風(fēng)除濕。
進(jìn)風(fēng)單元是裝置的第3 個(gè)部分,通過引入新鮮空氣來降低濕度。它由進(jìn)風(fēng)口和固定裝置組成。進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)為窄長形,以便盡可能多地引入新鮮空氣。固定裝置確保了進(jìn)風(fēng)口的穩(wěn)定安裝,如圖5 所示。
圖5 進(jìn)風(fēng)單元
戶外環(huán)網(wǎng)柜混合動(dòng)力除濕裝置通過結(jié)合無動(dòng)力通風(fēng)單元、有動(dòng)力通風(fēng)單元和進(jìn)風(fēng)單元,形成了一個(gè)完整而高效的除濕系統(tǒng),能有效地降低環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的濕度,延長設(shè)備壽命并保障設(shè)備的正常運(yùn)行,總體布置圖如圖6 所示,裝置的各部分的最佳方案分層圖如圖7 所示。
圖6 總體布置圖
圖7 選擇后除濕裝置最佳方案圖
技術(shù)人員篩選了20 個(gè)嚴(yán)重的環(huán)網(wǎng)柜,加裝混合動(dòng)力除濕裝置,觀察環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)濕度溫度后的數(shù)值,并記錄下來,如圖8、表1 所示。
表1 20 個(gè)凝露嚴(yán)重環(huán)網(wǎng)柜除濕情況
圖8 環(huán)網(wǎng)柜除濕裝置除濕效果圖
除濕裝置的除濕性能的穩(wěn)定性非常高,可以保證環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)除濕后濕度 ≤60%RH 。
環(huán)網(wǎng)柜作為城區(qū)電網(wǎng)中的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn),一旦出現(xiàn)問題將造成城區(qū)很多重要客戶停電,經(jīng)濟(jì)損失巨大。通過在環(huán)網(wǎng)柜上安裝室外環(huán)網(wǎng)柜無動(dòng)力除濕裝置,提高了環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行可靠性,平均每年可減少每臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜停電時(shí)間2 h。平均每臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜所帶的線路的負(fù)荷電流為170 A,則線路的容量為5 100 kW,平均電價(jià)為按0.568 元/(kW·h)計(jì)算,則在安裝室外環(huán)網(wǎng)柜無動(dòng)力除濕裝置后每臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜每年所帶來的電費(fèi)收益為5 793.6 元,整個(gè)中心城區(qū)由環(huán)網(wǎng)柜故障減少所帶來的電費(fèi)收益為3 035 846.4 元。
室外環(huán)網(wǎng)柜無動(dòng)力除濕裝置應(yīng)用后,可大大提高供電可靠性,大幅度減少了維護(hù)搶修帶來的車輛和人工成本。未采用室外環(huán)網(wǎng)柜無動(dòng)力除濕裝置的環(huán)網(wǎng)柜,每年每臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜的維護(hù)費(fèi)用約為1 000 元,采用室外環(huán)網(wǎng)柜無動(dòng)力除濕裝置后,可將維護(hù)費(fèi)用降低到200 元,則524 臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜可減少維護(hù)費(fèi)用419 200 元。核心城區(qū)平均每年由于環(huán)網(wǎng)柜發(fā)生故障的停電次數(shù)有24 次,安裝該裝置后發(fā)生環(huán)網(wǎng)柜故障導(dǎo)致的停電次數(shù)可降低到10 次,每次故障需車輛費(fèi)2000 元和人工費(fèi)用約3 000 元,則每年可節(jié)省70 000 元。
室外環(huán)網(wǎng)柜無動(dòng)力除濕裝置自應(yīng)用以來,除濕效果十分明顯,有效地降低了環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部的凝露情況。此成果有巨大的推廣應(yīng)用空間,逐步在供電公司管轄的環(huán)網(wǎng)柜上安裝此無動(dòng)力除濕裝置。最終實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜無動(dòng)力除濕裝置實(shí)現(xiàn)全覆蓋,并逐步擴(kuò)大到全省。
綜上所述,本文所研究的裝置能夠全天24 h,多環(huán)境下連續(xù)工作,采用高技術(shù)水準(zhǔn)的滾珠軸承,自我潤滑,當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)外溫度差超過0.5 ℃時(shí),能夠自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),對(duì)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)空氣進(jìn)行強(qiáng)制流通,從而解決環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)濕度過大的問題。該裝置具有自適應(yīng)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)除濕的需求,能夠加強(qiáng)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)空氣的流通,并保持環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)濕度在正常的范圍內(nèi)。其圓弧形葉片設(shè)計(jì),能夠有效排水,防止雨水進(jìn)入渦輪,同時(shí)使空氣由葉片間隙流出,不影響環(huán)網(wǎng)柜的正常運(yùn)行及巡視檢修。此外,該裝置具有無需能源供應(yīng)、綠色環(huán)保、高效節(jié)能等特點(diǎn),其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單可靠,安裝簡便,且具有較長的使用壽命和較好的免維護(hù)性。本文的研究為解決環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)濕度過大問題提供了一種有效的方法,具有較強(qiáng)的實(shí)踐指導(dǎo)意義和理論研究價(jià)值。