變電站戶外產品防止凝露措施

許繼集團 馬儀成 郭勝軍 朱云霄

變電站戶外產品防止凝露措施

許繼集團 馬儀成 郭勝軍 朱云霄

凝露現象在日常生活中很普遍，例如在清晨出現的露水，在冬季出現的大霧天氣，在冬天進入溫暖的室內，戴的眼鏡上會出現霧水等等。在電力設施中，也會遇到凝露現象，比如變電站戶外柜內部遇到的凝露問題。凝露問題極大地威脅著電網的安全，為保證戶外柜內部裝置的絕緣水平,保證內部裝置可靠工作,我們必須充分了解凝露現象，了解戶外柜內部凝露產生的原因，采取正確的方法避免戶外結構產品內部凝露現象的發生。

一、凝露的產生

現實情況中，我們提及的空氣指的都是含有水蒸氣的濕空氣。理論中的干空氣是指完全不含有水蒸氣的空氣，濕空氣是干空氣和水蒸氣的混合物。由于存在于大氣中的水蒸氣的分壓力通常很小，一般只有30～40mbar（約為0.03～0.04標準大氣壓），大都處于過熱狀態。

設以pv表示水蒸氣的分壓力，pa表示干空氣的分壓力，濕空氣的總壓力為p，按照道爾頓分壓定律有：p=pv+pa，空氣中的水蒸氣由于其含量的不同（即分壓力有高低）以及溫度不同，可以處在過熱狀態或飽和狀態。由干空氣和過熱水蒸氣組成的濕空氣稱未飽和空氣。由干空氣和飽和水蒸氣組成的濕空氣稱為飽和空氣。

設濕空氣的溫度為t，當其所含水蒸氣的分壓力pv低于對應溫度的飽和壓力ps時，則濕空氣中的水蒸氣處在過熱狀態，如圖1中A點所示。

圖1 p-V圖

如果溫度t不變，濕空氣中的水蒸氣含量增加，即水蒸氣的分壓力增加，則其狀態將沿等溫線向左上，直到和上界限線相交于s點，達到飽和狀態。如果再增加水分，即將以水滴狀態凝結而從濕空氣中分離出來。

如果未飽和空氣中水蒸氣的含量不變，即pv不變，而濕空氣溫度逐漸降低，則其狀態將沿等壓線冷卻向左，和上界限線相交于D時，也達到了飽和狀態。如再冷卻，也將有水滴析出。D點的溫度即對應于pv下的飽和溫度，稱為露點溫度，用Td表示。所以露點是在一定的水蒸氣分壓力pv下，使濕空氣變為飽和空氣的那點溫度。濕空氣的溫度、相對濕度、和露點的相關數據見表1。

表1 濕空氣的溫度、相對濕度、和露點的相關數據

提取數據可得線性圖（圖2）：

圖2 環境溫度和凝露濕度關系

從圖2中可以看出：在溫度不變的條件下，空氣中的相對濕度越高，凝露溫度越接近環境溫度，凝露就越容易發生。形成結露的露點溫度始終是低于環境溫度。

所以，空氣的溫度高，能夠包含的水蒸氣就多。反之，空氣溫度低，盡管只有少量水蒸氣，空氣也能夠達到飽和。同樣道理，即使濕空氣本身沒有達到過飽和，而與濕空氣接觸的物體表面及內部冷卻到低于濕空氣的飽和溫度時，則在物體表面附近空氣中所含的水蒸氣也會凝結成水。即使接觸到比濕空氣露點溫度低一點點的物體，結露也會發生。

二、戶外產品發生凝露的模型

在電力系統實際應用時，我們主要關注結構內表面和內部裝置表面凝露的發生，結構外部表面發生凝露一般不會對系統產生影響。圖3是實際應用的結構簡化分析模型：

圖3 實際應用的結構簡化分析模型

變電站戶外產品應用條件：1.大氣壓范圍，66～110kPa；溫度范圍，-25℃～+55℃。2.最大相對濕度不超過95%，日溫差不大于25k。3.柜體結構具有密封性能，內部空氣不是絕對的與外部隔絕。

三、環境條件變化設定

根據天氣的變化情況、戶外產品發生凝露時可以大致分為下列兩種情況：一是高溫高濕運行時（一般指運行溫度超過30℃，運行濕度超過60%RH）遇到溫度降低、濕度增加的變化。二是低溫低濕運行時濕度、溫度由低到高的變化。

四、柜內凝露易產生的地方

1.高溫高濕運行時，如果周圍環境溫度下降到低于柜內部的溫度，在觀察窗、電纜孔等隔熱性能差的地方，對應在柜內側部位表面溫度會低于柜內空氣的露點溫度，所以容易發生結露。

2.高溫高濕運行時，空氣循環裝置的循環風難以吹到的地方諸如試驗樣品的背風面、試驗樣品的周邊部位容易結露。試驗箱內部的空氣是通過空氣循環裝置進行熱交換的。但是，空氣循環裝置本身也接觸空氣進行熱交換，以維持其溫度。因此空氣流動慢的地方溫度較低容易結露。調整空氣循環裝置，使得試驗箱內循環風的流動更全面均勻。同時調整試驗樣品的安置方式，要保證不影響到循環風的流動。

3.濕度由低到高，溫度也由低到高運行時，那么柜內的濕空氣容易成為過飽和濕空氣，金屬部件表面溫度上升比空氣慢得多，表面容易造成結露。

4.溫度由低到高的急劇變化時，殼體內部熱容量小的空氣，溫度上升比較容易，而熱容量大的金屬零件部位，溫度上升不太容易，因此造成空氣和內部各個部位出現溫度差，容易產生結露。

五、避免凝露的措施

1.提高柜體外殼自身斷熱程度。在電纜孔等隔熱性能差的地方增加絕熱材料。對于觀察窗部位，要將觀察窗靠殼體內側表面的溫度提高到試驗箱內濕空氣的露點溫度以上，所以用在觀察窗靠試驗箱內側表面貼加熱膜的方式來避免結露。殼體材料使用絕熱材料，降低殼體內表面及內部空氣受外界溫度的影響。

2.對易發生凝露部位增強空氣流動速度。

3.增加內部裝置表面溫度。

4.采用低露點空氣。

5.內部增加除濕劑。