半導體除濕器在高壓開關柜內的應用

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半導體除濕器在高壓開關柜內的應用

沈南飛，陳從福

（寶鋼特鋼有限公司能源環保部，上海200940）

【摘要】加熱型除濕器在實際應用中存在諸多問題，智能排水型半導體除濕器以其獨特的優勢，開始應用于高壓開關柜的母線倉，通過排出柜內冷凝水的方式，改善母線倉工作環境，保證供電系統的安全運行。

【關鍵詞】半導體除濕；高壓開關柜；溫度；濕度；凝露

1　引言

寶鋼特鋼有限公司五中央35 kV變電所，地處一級用戶云集的公司南區，變電所35 kV系統的15臺早期KY61型的開關柜內部存在放電問題。盡管在幾年前，已對問題嚴重的套管和觸頭盒進行了更換，但隨著時間推移，配套的國產絕緣材料材質、加工工藝等問題逐漸暴露出來，遇上高濕度天氣，35 kV開關室內臭氧彌漫，高壓開關柜內放電給安全供電帶來嚴重威脅。盡管開啟了室內除濕機和空調，但這對柜內相對密閉的母線倉來說效果不佳。母線倉相對密閉，內外空氣流動被阻斷，母線倉內因氣溫變化發生凝露現象、降低了絕緣性能，采用新型除濕器來解決母線倉除濕問題顯得尤為重要。

2　高壓開關柜內部絕緣故障原因分析

絕緣放電是高壓開關柜發生絕緣故障的主要原因。近年來，隨著開關柜體積不斷縮小，柜內絕緣性能發生缺陷，故障增多，主要有以下幾個方面：

（1）爬電距離和空氣間隙不夠。設備生產廠為了減小柜體尺寸，在未有效保證絕緣強度的情況下，大幅度減小開關柜內斷路器、隔離觸頭及銅排對地距離。

（2）觸頭接觸不良。當電氣元件接觸不良時，觸頭局部溫度升高，溫升使得設備絕緣性能顯著下降，引起設備相間或對地閃絡。

（3）開關柜配套附件絕緣性能不良。部分設備廠為降低成本，采用一些廉價配套材料，降低了開關柜的絕緣性能。

（4）運行環境的影響。如果變電站所處位置較為潮濕，特別是梅雨季節，外部環境濕度較大，雖然開關柜內配置加熱器，但由于加熱器損壞或者功率配置不夠，而母線倉一般不配置加熱器，氣溫變化容易在開關柜內發生凝露現象，降低絕緣性能。

3　幾種除濕器功能比較

3.1加熱型除濕器

目前主流設計配置加熱型除濕器，該類型的除濕功能主要通過提高柜內溫度來實現，由于較高溫度的空氣能夠包含更多的水分，從而防止水汽直接在箱內電氣設備、端子表面凝露，起到預防閃絡、短路等事故的發生。但是，由于較高溫度的空氣所包含的水分一直停留在空氣中，特別是相對密閉的高壓開關柜的母線倉，當環境溫度急劇下降時，空氣中將無法繼續容納大量水分，析出的空氣水分仍將凝露在電氣設備的表面。因此，經常發現安裝有加熱除濕器的電器柜、端子排的箱壁上仍有嚴重的凝露現象，危害電力設備的安全運行。表1是不同環境溫度下的空氣含水情況。

表1　不同環境溫度下空氣含水量

3.2排水型半導體除濕器

（1）工作原理

半導體除濕裝置是應用半導體熱電元件，在一定電壓下產生冷熱效應，通過風扇在密閉空間形成氣流，將空氣水分子冷凝在冷凝板周圍，冷凝板上空氣溫度降至0℃以下，把空氣中的水份凝結后，經集液漏斗匯集并排出柜外，達到降低開關柜內部空間的濕度。

（2）除濕器的組成

濕度采集控制元件：通過濕度傳感器，采集電氣設備內部濕度高低，從而控制半導體冷凝器的工作啟停。

半導體冷凝器主件：是除濕器的核心部件，工作后產生冷熱效應。熱端在風扇作用下加速設備內部空氣流動，冷端將流動的潮濕空氣快速冷凝形成水滴，達到除濕目的。

凝水排水主件：冷凝后的水滴經管道快速排出設備內部，消除電氣設備內部空氣中的水分子。

電源組件：為濕度采集控制單元、半導體冷凝主件、風扇等提供電源。

（3）除濕器特點

排水型除濕器利用溫差大時易凝露的特點，在除濕器中內置凝水面產生非常低的溫度（一般在-35℃）使空氣中的水分冷凝在凝水面，通過排水孔排出柜外。開關柜內水分不斷減少，濕度顯著下降。即使環境溫度變化，也不會再產生凝露，從而根本上解決常見的濕度困擾問題。

柜內濕度達到設置的閥值，除濕器啟動，環境濕度低于閥值10%RH時，除濕器停止工作，在較短的時間內完成除濕。除濕器實時數據、狀態，通過485通信口傳輸至柜外顯示器，或計算機監控系統。排水型除濕器具有以下優點：

①無機械移動部件、工作時無震動，無需日常維修；

②無需任何制冷劑，可連續工作；

③半導體除濕器累積工作時間可達1萬小時。

4　配置方案

4.1根據35 kV開關柜分布情況以及便于運行管理考慮，三段母排的各5臺35 kV高壓開關臺柜分為一組，在各開關柜的母線倉分別安裝排水型除濕器1臺，配置獨立工作電源。

4.2由于除濕器安裝在柜內，其實時數據和狀態顯示必須在柜外實現。為此每個段排配置柜外顯示器1臺，獨立工作電源，負責對應母排上5臺除濕器的數據和狀態顯示（每臺顯示器可支持8臺除濕器數據）。

4.3除濕器數據經RS485端口，通過RVVP3×1三芯屏蔽電纜接至柜外顯示器的RS485端口，實現除濕器的實時數據、工作狀態的監測以及控制閥值的遠程設置。

4.4除濕系統接線圖（一段母排為例），見圖1。

5　安裝與調試

（1）在母線倉底部側板確定安裝位置，主要以保證安全距離達到300 mm以上，便于工作電源線及出水管敷設作為前提。

（2）在儀表箱柜門上開一136×88的矩形孔，安裝除濕器柜外顯示器，每個段排的5臺除濕器RS485端口，帶屏蔽的通信電纜以鏈式接線方式與除濕器連接。

圖1　除濕系統接線圖

6　安裝后的成效

除濕器投入運行后，開關柜運行條件得到極大改善，在室外濕度達到92%RH，35 kV開關室內濕度73%RH（空調開啟）的背景下，35 kV開關柜母線倉實時濕度在控制閥值設置為45%RH的情況下，實際濕度維持在35%~45%RH之間。

表2是每天9:15的現場巡視記錄。

從現場抄錄數據來看，除濕器工作正常，處于間隙性工作狀態，柜內濕度數據在閥值至閥值-10% RH之間變化。閥值越低，除濕器工作時間愈長，具體閥值可根據設備狀況而定。

7　結束語

相對密閉的高壓開關柜的母線倉，不宜裝設加熱型除濕器。新型排水型除濕器以其無機械移動部件、工作時無震動，無需日常維修，可長時間連續工作的優點，使得母線倉使用除濕器成為可能。排水型除濕器徹底解決了母線倉的除濕問題，大大提高了高壓電氣設備的運行安全性。

表2　每天9：15的現場巡視記錄　%RH

The Application of Semiconductor Dehumidifier in High Voltage Switch Cabinet

SHEN Nanfei，CHEN Congfu

(The Energy and Environment Protection Dept. of Baosteel Special Steel Co., shanghai 200940, China)

【Abstract】As the heating type dehumidifier has many problems in practical application, the intelligent drainage type semiconductor dehumidifier with unique advantages has begun to be applied in the busbar of high voltage switch cabinets, which improves the work environment of busbar by draining condensate water from the cabinet, to ensure safe operation of high voltage switchgear.

【Keywords】semiconductor dehumidifier; high voltage switch cabinet; temperature; humidity; condensation

作者簡介：沈南飛（1962－），男，1992年畢業于上海交通大學電氣工程專業，高級工程師，現從事電氣技術管理工作。

收稿日期：2015－09－21

【文章編號】1006-6764(2015)12-0007-02

【文獻標識碼】B

【中圖分類號】TM591