戶外型智能控制柜凝露預防

葉 瑞 張豪俊 張冰冰 查笑春 葛 允

（西安西電開關電氣有限公司，西安 710077）

戶外型智能控制柜凝露預防

葉 瑞 張豪俊 張冰冰 查笑春 葛 允

（西安西電開關電氣有限公司，西安 710077）

智能控制柜是智能化變電站的重要設備，智能電網所用的大量電子裝置下放GIS就地智能控制柜后，裝置運行的可靠性將直接影響到供電質量以及供電可靠程度。由于地區差異以及戶外多變的天氣情況，致使戶外智能控制柜的內外溫濕度變化劇烈，易發生柜內凝露現象，導致電力智能裝備的使用壽命下降以及電網的異常運行。本文詳細闡釋了變電站室戶外智能柜凝露現象產生的原理，并結合本公司產品，提出了有效地凝露防治措施，為保障供電可靠性起到了積極的作用。

GIS；智能控制柜；凝露；供電；戶外

隨著國家電網公司建設“統一堅強的智能電網”的提出，作為智能元器件的存放單元，智能控制柜的性能直接影響到二次元件的穩定性以及電站的可靠運行。對于戶外型智能控制柜，在一些高寒或濕度較大的地區，智能控制柜或一些二次元件的表面很容易出現凝露現象，從而引起腐蝕，影響設備的機械、電氣性能，造成絕緣性能下降，導致開關勿動、拒動等故障。本文針對凝露現象，綜合考慮控制柜的防護等級、電磁屏蔽、保溫等因素，設計了一套溫濕度控制系統，該系統不僅保證了電子元件的絕緣性能以及電氣設備的可靠運行，而且可以延長柜內元件的使用壽命，降低故障發生率，減少二次元件損壞造成的維護、維修成本。

1　凝露的形成原理

凝露是自然界一種非常普遍的物理現象。對于戴眼鏡的人群來說是再熟悉不過了，冬天，當從戶外進入室內時，鏡片上就會有一層水珠凝結，這就是凝露現象。

對于開關柜而言，所謂凝露現象，就是指當控制柜柜體內壁表面溫度下降到露點溫度以下時，柜體內壁表面發生的水珠凝結現象。控制柜柜體是否發生凝露現象，主要取決于環境溫度、柜內溫度、相對濕度以及露點溫度。

露點溫度又稱露點（Td），指在固定氣壓下，空氣中所含的氣態水達到飽和而凝結成液態水所需要將至的溫度。對應的飽和狀態的水蒸氣的含量，稱為“飽和水蒸汽量”，此時的空氣稱為“飽和空氣”，當飽和空氣溫度下降時，空氣中的水蒸氣將凝結成水珠。因此，露點溫度又稱為含有水蒸氣的空氣的飽和溫度。

相對濕度（RH），指的是單位體積空氣內實際所含的水汽密度1ρ和相同溫度下飽和水汽密度2ρ的百分比，即

除了這種表示方法之外，相對濕度還可以用實際的空氣水汽壓強 Pn和同溫度下飽和水汽壓強 Ps的百分比來表示，即

空氣溫度越高，所能容納的水汽量就越多；而溫度越低，其內部水汽就越容易達到飽和狀態。綜上，可以得出以下結論，對于飽和空氣而言，其水蒸氣壓強Ps與空氣溫度T成正比，因此，其相對濕度RH隨溫度T升高而降低，即成反比例關系。下面給出了空氣溫度T、相對濕度（%RH）、露點溫度（Td）之間的關系圖，如圖1所示。

圖1　空氣溫度、相對濕度、露點溫度關系曲線圖

從圖1可以看出，當環境溫度保持不變時，隨著相對濕度的增加，對應的露點溫度也升高且越來越接近環境溫度，即空氣溫度。簡言之，即相對濕度越高的空氣，發生凝露的概率就越大。因此，對于戶外智能控制柜來說，凝露一般出現在箱柜的內壁或柜內二次元件表面，即當表面溫度低于柜內空氣的露點溫度時，柜內壁或柜內二次元件表面就會發生凝露現象。

設備在長期運行過程中，因環境溫濕度的變化，凝露現象時有發生，會導致二次設備的老化、控制柜內設備絕緣強度的下降以及縮短使用壽命。除此之外，也會造成一些潛在的危害，例如：直流接地，從而導致保護裝置誤動或者拒動；端子排因生銹腐蝕接觸不良，從而導致二次回路開路等。這些問題都會影響到設備的可靠運行以及供電可靠性。因此，采取有效措施防止變電站戶外智能控制柜發生凝露現象，對正常供電具有非常重要的意義。

2　智能控制柜防凝露的具體實現

隨著智能控制柜的廣泛應用，如何防止凝露現象的發生已成為眾多生產廠家必須面對、克服的一個問題。通過對凝露產生的原理研究，以及經過大量試驗驗證，智能控制柜的設計者和制造廠家采取了多種措施，主要分為如下三類：

（1）盡可能地降低智能控制柜內的濕度。

（2）確保智能控制柜內的表面溫度始終高于環境溫度。

（3）采用軸流風機將濕空氣排出，增加內外空氣流通。

綜上，通過上述三類措施的相互配合，可以預防智能控制柜內凝露的產生。然而，在實際的研發設計中，除了考慮凝露現象，還應兼顧防護等級、電磁屏蔽等能引起絕緣性能降低的因素。本文以高壓開關智能控制柜為試驗試品，結合公司產品特征，研發了一套GIS智能柜用智能溫濕度控制系統，該系統可以控制升、降溫設備以及除濕設備的工作，同時還具有數字傳輸功能，可以把實時地把溫濕度信息上傳至后臺監測系統，完成對溫濕度數據的遠程監控，在國網智能控制柜性能檢測評比中，均一次性通過了各項檢測項目。在實際的凝露預防中，該系統有兩種工作模式：①制冷除濕模式；②加熱除濕模式。下面對兩種工作模式的工作原理進行簡要說明。

2.1制冷除濕模式

圖2給出了制冷除濕模式下的循環示意圖。

圖2　制冷循環示意圖

在制冷過程中，壓縮機將制冷劑壓縮至液體，整個過程為散熱過程，因此會使周圍空氣的溫度升高；此時冷凝器風扇吸入冷空氣，熱量由空氣帶出；然后冷凝器中的熱量散失到周圍環境中，在膨脹閥中冷卻液壓力下降，在蒸發器中，冷卻劑吸收機柜內空氣的熱量并蒸發；最后，來自機柜內的空氣循環且通過蒸發器，最后將冷空氣吹回至機柜內部。綜上，當柜內溫度較高且濕度較大時，開啟制冷除濕模式且輸出最大制冷效率。迫使空氣在經過蒸發器后濕度大幅下降，最終以冷凝水的形式析出，進而利用蒸發器一側的空調截流并通過水槽排放至機柜外部。當制冷模式達到一定平衡狀態時，空氣濕度也會因此降低，從而防止凝露現象的發生。

2.2加熱除濕模式

當環境溫度較低時，制冷除濕模式的效果不是很理想。當濕度高于設定值時，控制器會自動開啟加熱功能，促使柜內相對濕度變小，局部相對濕度可降至30%左右。在該工作模式下，加熱器的啟動值一般設定在80%，需要指出的是，該工作模式只是降低了相對濕度，并不會降低柜內空氣總的絕對濕度。因此，在平常的保養維護時，需確保智能控制柜密閉，并且保持柜內溫度不低于零度，從而避免發生冷凝現象。即相對濕度較低時，將會避免出現凝露現象。

3　溫濕度控制系統設計

溫濕度控制系統可以實現多路溫濕度調節控制，每一路控制輸出對應一組繼電器觸點，三路控制輸出可用來控制升溫設備、降溫除濕設備和換氣設備。如果設備的功率超過了本裝置的負載能力，可使用高性能繼電器對輸出節點進行擴容。

溫濕度控制系統與監測后臺通信采用基于 RS 485總線的MODBUS協議完成，配合溫濕度后臺監測軟件不僅可以實現柜內實時數據的在線監測，而且可以實現對柜內空調、加熱器和換氣設備動作控制，通過該系統的使用，可以為控制柜提供合適的溫濕度環境，避免凝露現象的發生，為柜內智能組件提供可靠地運行環境。

3.1硬件電路設計

溫濕度控制系統的硬件架構以單片機為處理單元，各部分按照功能進行劃分安裝，硬件結構主要由溫濕度采集模塊，A/D模塊，電源模塊，中央處理器模塊，控制輸出模塊，鍵盤輸入模塊，復位模塊，顯示模塊組成，系統結構圖如圖3所示。

圖3　系統結構圖

3.2軟件設計

溫濕度控制系統的功能實現以硬件平臺為基礎，主要實現溫濕度的數據采集以及溫濕度預置的輸入與存儲，根據當前控制柜內的溫濕度數據控制繼電器的輸出，并將實時監測數據發送至上位機進行分析存儲。

1）軟件總體設計

溫濕度控制系統的軟件是運行在單片機中的嵌入式系統，整個軟件包括5部分，分別為主程序模塊、數據采集解碼模塊、系統設置模塊、機電控制模塊以及后臺通信模塊。軟件系統結構圖如圖4所示。其中，主程序模塊主要協調各模塊之間的工作以及上下位機之間的數據傳輸；數據采集解碼模塊負責控制A/D采集傳感器數據，并將解碼后的數值存儲在FLASH中；系統設置模塊為溫濕度控制系統的參數輸入單元，主要獲取鍵盤輸入的閾值，該值是系統控制輸出的依據；繼電控制模塊作為動作輸出模塊，負責執行主程序的分合命令；后臺通信模塊采用MODBUS協議，負責發送監測數據。

圖4　軟件系統結構圖

2）軟件流程圖

軟件系統采用C語言開發，系統的功能以中斷方式實現，中斷的優先級為，RS485通信中斷最高，數據顯示中斷次之，溫濕度測量與繼電控制中斷最低，詳細的軟件流程圖如圖5、圖6所示。

圖5　溫濕度控制流程圖

圖6　數據傳送流程圖

4　結論

本文以電廠戶外智能控制柜為研究對象，闡述、分析了控制柜內凝露現象的產生原理及危害。自主研發了一套溫濕度控制系統并進行了試驗驗證，試驗結果表明常、可靠運行具有積極的意義且提供了可靠保證。

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一種受電弓監測系統

近日，國家知識產權局公布專利“一種受電弓監測系統”，申請人為天津市北海通信技術有限公司。

本發明創造提供了一種受電弓監測系統，包括前端設備，用于獲取受電弓圖像信息；信息處理設備，用于提供電源、保存圖像、處理圖像；服務器，用于收集所有檢測數據，進行后臺數據處理；車載信號系統，用于檢測車輛速度，并將數據傳輸至所述信息處理設備中。

本發明創造提供了一種非接觸性檢測裝置，所需要的檢測信息直接由安裝在車頂的信息采集模塊獲取，不必對受電弓進行任何改造，系統具備自動化和智能化的優勢，操作簡單，安裝調試方便靈活；對受電弓在線運行過程中的運用狀況、網線的拉出值及網上硬點拉弧進行實時監控跟蹤，同時對弓網運行狀況進行分析，在受電弓發生接觸網拉出值過大、硬點拉弧等狀況時發出報警。

Condensation Prevention for Outdoor Intelligent Control Canbinet

Ye Rui Zhang Haojun Zhang Bingbing Zha Xiaochun Ge Yun
（Xi'an XD Switchgear Electric Co.， Ltd， Xi'an 710077）

Intelligent control cabinet is an important device in intelligent substation， the numbers of electronic devices， when installed in intelligent control cabinet， whose reliability will directly affect the power quality and the supply reliability of the power. However， due to the changeable weather condition and regional differences， the cabinet's internal and external temperature and humidity will range seriously， then leading to the phenomenon of condensation inside the cabinet as well as resulting in life decreasing of intelligent devices and abnormal operation of the grid. The paper describes the principle of the condensation phenomenon of the intelligent control cabinet， and in accordance with the production of our company， some measures are put forward to prevent condensation， which plays a positive role in the power supply.

GIS； intelligent control cabinet； condensation； power supply； outdoor

葉 瑞（1982-），男，工程師，從事 GIS智能控制系統研發、放電定位產品的研發及工程應用工作。