智能除濕裝置的研發

摘 要：文章詳細介紹了35千伏開關柜智能除濕裝置的研發背景、原因、設計安裝以及使用效果。通過該裝置的開發，可以有效降低由于水汽凝露導致變電設備絕緣降低進而引發的故障發生幾率。

關鍵詞：開關柜；除濕；故障

1 背景調查

慈溪市地處北亞熱帶南緣，屬季風型氣候。在夏季尤其在梅雨季節氣候潮濕、高熱，柜體內部斷路器等設備長期運行會產生熱量，最終使得變電所里的高低壓柜產生凝露，由于高低壓柜相對密封，產生的凝露會掛在柜頂，當凝露積聚一定的數量時，形成水珠，水珠就會掉落到高壓開關或其它供電設備上，造成絕緣降低，引發開關跳閘或電氣損壞。根據我們的生產系統顯示，由于水汽使絕緣降低引起的故障發生幾率較往年增加。我們對慈溪市35kV未安裝任何除濕設備的變電所發生的缺陷進行調查（詳情見表1）。

針對以上問題的產生，為了有效防止凝露的產生，解決因凝露產生造成的危害，減少突發事故停電的概率，智能除濕裝置的開發迫在眉睫。

目前慈溪地區變電所的開關柜帶有加熱裝置或溫控裝置，用安裝加熱板的形式來作為除濕裝置，當開關柜內的濕度達到設定值時，加熱板工作。但是開關柜相對封閉，當柜內溫度升高，水蒸氣上升，到柜頂形成水珠，水珠滴落，周而復始，還是會引發開關跳閘或造成設備損壞（見圖1）。

2 方案提出

運用“頭腦風暴法”針對開關柜除濕裝置方案提出了各種初步選型方案，并用親和圖歸納整理（詳情見圖2）。

根據以上分析，我們從可靠性、靈活性、經濟性以及實用性方面提出以下方案。

方案一：溫度控制原理解決除濕，開關柜內很多元器件對溫度和濕度是有要求的，溫度過低元器件不能正常工作或損壞；溫度過高會在元器件的表面形成凝露，降低絕緣而放電。溫度控制原理設計可以提供適合電器元件運行的溫度，延長產品使用壽命，它的設計原理較為簡單，當達到設定的臨界溫度時會報警，而且制作安裝費用也不高。溫度控制原理參考的是環境溫度，臨界溫度也是按照環境溫度設定。而電氣設備運行時，自身會產生很多熱量，有時會遠遠高于預先設定的溫度警戒線，造成誤報，給操作和檢修帶來很大的不確定因素，因此必須要進行停電檢查。

方案二：采用加熱原理設計，當開關柜內的濕度達到設定值時，加熱板工作使柜內環境溫度升高，空氣能容納更多水分，防止水汽在柜內凝結。但是遇到突然降溫時，柜體內部斷路器等設備運行產生的熱量與一直停留空氣中的水分凝露于電氣設備表面，使電氣設備存在較大的隱患，容易引發事故。該方案實際原理較復雜，產品設計安裝費用較第一個方案要大。

方案三：冷凝原理是采用空氣冷凝技術，通過風扇吸收空氣，經過半導體制冷元件凝結空氣中的水分，并排出柜體外，產生的干燥氣體排出除濕裝置外，如此循環，使開關柜的潮濕空氣不斷減少，空氣濕度顯著下降，直至柜體內空氣濕度達到要求。即使環境溫度發生極大的變化也不會再產生凝露，避免因潮濕而引發的安全事故。該方案的設計原理較第二個方案簡單，費用相當，安裝較之前二個方案簡單，選擇余地大。

綜上所述，我們選擇方案三。

3 方案優化

3.1 冷凝原理設計的在線除濕裝置其主要核心分為傳感部分和控制部分

傳感部分主要有傳感器組成，按照實際需要，其主要作用是采集溫度、濕度的實際量值，并把數據傳輸到控制中樞。所以以物理量為判斷標準的溫濕度傳感器是最好的選擇。

3.2 控制部分分中央處理器和執行器

中央處理器（CPU）通過數據的輸入，把模擬量轉化為數字信號，然后進行比較、運算、判斷，作出執行命令。執行器為各個獨立的執行器件，主要由半導體制冷片、冷凝片、散熱片、風扇等組成。

3.2.1 多元平形流冷凝器（見圖3）

冷媒以水平方向流動，在流動的過程中，降溫降壓。冷媒的回路不是單一的一個循環，而是經過多個回路循環的。能夠節約成本。半導體制冷片冷熱端的溫差可以達到40～65度，因此在制冷片的熱端持續散熱，能進一步降低制冷片冷端的溫度。

3.2.2 內屬于翅片管式冷凝器（見圖4）

屬于熱交換設備，包括立式殼體、帶有尾氣進口的上管箱、帶有冷凝水出口的下管箱，冷水進口、熱水出口結構限制變形以后容易堵，所需空間較大。

3.2.3 管帶式冷凝器

根據相關資料的調查和仿真算法，相比平形流冷凝器，管帶式冷凝器的單位迎風面積和單位體積傳熱量下降51%和45.8%。

根據以上分析，小組決定采用以多元平形流冷凝器為主要技術核心的除濕手段。

4 方案實施

4.1 圖紙設計

確定安裝位置以后，設計本裝置的尺寸，本裝置長寬高分別為15.2*8.5*21cm（詳情見圖5）。

4.2 裝置制作安裝

將裝置的各組件進行組裝安裝。特別要注意的是，由于開關柜型號的不同，必須注意CT或者高壓電纜頭的運行位置與本裝置的距離。導水管通過高壓電纜溝，安裝完畢后及時進行封堵（見圖6、圖7、圖8、圖9）。

（1）采用M4螺釘或4mm鉚釘固定安裝支架，安裝時保證除濕器水平，不得傾斜。除濕器正面和兩側與柜面間應保留5cm以上的空間，確保兩側進風與正面出風暢通，整機與其他運行設備或線路保持足夠的安全距離。

（2）將出水管一端接入除濕器的排水口，出水管應保持順直，不得纏繞，出水管另一端通向柜體外。

（3）接線端子接入AC220V電源。

4.3 裝置試驗調試

（1）正常啟動的情況下→通過風機的運行→潮濕的空氣從進風口吸入→經過半導體制冷元件→將空氣中的水份吸附在鋁片上→變成干燥的空氣→經過冷凝器散熱→從出風口吹出。將空氣中的水汽抽入于裝置內部，并且通過導流管排出柜外，實現真正除濕。（2）智能判斷自啟動設置。將本裝置的設定至于自動運行狀態，自動檢測開關柜溫度濕度，在65%啟動以后，循環運行，連續工作24小時，使環境濕度始終保持在20%左右，從而保證設備正常運行。

5 效果檢查

表2 35kV變電所開關柜缺陷抽查表

從以上數據可以看出，安裝在線智能除濕裝置以后， 因為濕氣、潮氣等形成凝露而造成檢修的次數同期相比減少了10次，比例大大縮小到1.7%，達到了預期的目標（詳情見表2）。

6 結束語

在沿海地區，由于凝露的原因導致變電設備絕緣降低的故障發生幾率逐年上升，已成為電力部門亟待解決的難題。本裝置應用了抽濕的反向思維，使用效果非常理想，對保證電網安全穩定運行，具有積極的意義，在電力行業內具有很高的推廣價值。

作者簡介：何整杰（1986-），男，湖北孝感人，研究生，工程師，長期從事電力一線生產工作。