10kV高壓室室內除濕方法研究

趙京京　吳樹平　邵逸鎮

摘要：根據南方地區春夏季節雨水多、高溫高濕的氣候特點，文章分析了高溫、潮濕、凝露等因素對10kV高壓室室內設備的影響，提出了10kV高壓室室內設備運行環境的整體除濕降溫的方法，并設計了一套綜合智能的環境測控系統，達到了解決10kV高壓室室內設備受高溫潮氣影響的目的。

關鍵詞：10kV高壓室；10kV開關柜；除濕；降溫；電力設備；環境測控系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM64 文章編號：1009-2374（2016）34-0099-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.049

10kV高壓室室內設備（主要是10kV開關柜）在運行過程中，由于高溫、潮濕、凝露等原因，設備電氣性能下降明顯，嚴重者甚至造成事故。由于當前電氣設備的除濕降溫的手段主要采用局部除濕的方法，并不能解決除濕空間內所有設備的生銹、老化和絕緣下降等問題。針對這一系列問題，本課題探討研究了10kV高壓室室內運行環境的整體除濕降溫方法，為10kV高壓室室內除濕提供了有效方法。

1 存在問題

目前變電站設備維護最大的瓶頸是一、二次元件受到潮氣（凝霜）和高溫的損害，導致設備缺陷，具體影響體現在以下方面：

1.1 引起運行設備銹蝕

金屬銹蝕有一定的相對濕度臨界值，例如：鋼為70%、銅為60%、鋁為76%、鐵為63%、鋅為60%。在臨界濕度出現前腐蝕速度很小或幾乎不腐蝕，一旦進入臨界濕度后，腐蝕性由化學腐蝕變成電化學腐蝕，銹蝕進程發生質變，腐蝕速度大大增加。進入臨界濕度后，溫度的影響會起很大的作用，此時溫度每升高10℃，銹蝕速度則提高約2倍。銹蝕對開關柜內設備主要存在以下

影響：

1.1.1 開關柜內主回路導體多為銅排或鋁排，銹蝕將直接影響導體搭接面的接觸電阻，這是導致設備發熱缺陷的一個重要原因。

1.1.2 對開關柜內操動機構而言，金屬零部件的銹蝕是導致機械轉動部分卡澀的主要原因，同時加劇了設備零部件的老化，導致設備整體性能的下降，影響設備壽命。

1.1.3 潮濕會引起開關柜內的輔助開關等二次元器件的插接件氧化，導致接觸不良或焊接性變差，引起二次設備的故障。

1.1.4 開關柜殼體銹蝕影響設備美觀，對設備的密封性造成影響。

1.2 濕度高影響設備絕緣性能

1.2.1 空氣濕度較高甚至發生凝露時，引起柜內二次設備絕緣性能下降，如柜內平時不帶電的繼電器線圈，長期工作在濕度較高的環境下，水分會滲入線圈絕緣部分，使線圈受潮，絕緣性能下降；繼電器的常開節點也可能由于受潮導致短路，引起設備誤動。

1.2.2 10kV開關柜集成度高，柜內一次設備的絕緣裕度相對較小，當空氣濕度增大時，電氣設備的絕緣強度大幅度下降，如果在設備絕緣表面或內部形成結露，將大大增加電氣設備的絕緣閃絡故障的概率。

1.3 濕度過低影響自動化設備的正常工作

低濕度會產生靜電，這將干擾自動化設備的正常運行和損壞電子元件。

2 原因分析

針對提出的以上問題，進行了原因分析，分析了產生凝露的原因以及當前設備主要的除濕方法，并分析其可行性。

2.1 凝露原因分析

2.1.1 變電站均設置有門、窗、通風風機，部分位置密封不嚴，無法做到嚴格意義上的密封。站內溫濕度會隨著室外環境呈周期性變化。

2.1.2 空調的主要作用是調節溫度，對室內濕度控制效果不明顯，特別是低溫高濕的氣候下，空調根本不起作用。雨季或外界環境濕度較高時，墻壁透氣柵和門窗縫隙使室內空氣與外界空氣直接相通，當室內濕度控制措施不足以調節進入的水分時，高濕空氣就容易沿柜體縫隙進入開關柜。

2.1.3 柜內濕度較高、溫差較大時，會使柜體內的環境空氣的不飽和水蒸氣瞬間飽和，在柜內元件上形成凝露。

2.2 電力設備當前主要除濕方法及其局限性

2.2.1 柜內加裝電加熱器，對設備內部進行加熱，通過提高柜內溫度，降低柜內相對濕度。該方法存在以下局限性：（1）這種方法并不能從根本上消除凝露，原因在于這種方法只是增加空氣中水蒸氣的不飽和程度，并沒有將柜內的水汽排出。由于設備內部加熱，翻倍增加銹蝕速度，大大縮短設備的壽命；（2）開關柜體數量眾多，每個柜體都需要安裝，導致前期安裝費用高、后期維護困難，除濕器眾多導致除濕設備出現故障點的概率提高；（3）內部柜體比較狹窄，里面設備安裝比較緊湊，沒有預留出空間專門用于安裝除濕器，導致取電及安裝存在難題。

2.2.2 柜內加裝驅潮劑，在柜體內懸掛硅膠袋或者是其他的吸水材料，吸收柜內濕氣。該方法存在以下局限性：因為吸水劑吸水容量有限，且吸收的水分很難排出，所以效果往往并不明顯，且更換工作量大。

2.2.3 柜內加裝半導體除濕器，通過局部制冷凝露將水排出，降低柜內相對濕度。局限性：用半導體除濕，需要占用柜體內一定的空間，排水直接到線纜溝影響線纜壽命，需要要架設專門的出水管路，某些柜體內取電也是比較困難，并且除濕設備出現問題后不易維修更換。

2.3 結論

上述各方法在預防凝露的同時都帶有難以克服的問題。

3 解決問題

根據以上原因分析，提出對整個房間10kV高壓室室內進行整體除濕，從根本上解決電力設備內部的潮濕問題，大大延緩電力設備銹蝕進程，增加設備可靠性，延長整個環境中電力設備運行壽命。

3.1 開關柜濕度控制的標準

變電站的主控室、計算機室、繼電器室通信機房及其他工藝設備要求的房間宜設置空調。空調房間的室內溫度、濕度應滿足工藝要求，工藝無特殊要求時，夏季設計溫度為26℃～28℃，冬季設計溫度為18℃～20℃，相對濕度不宜高于70%；計算機室應保證室內相對濕度在45%～70%范圍內，任何情況下不允許有結露；廠家對中壓柜的運行維護要求中規定的最大相對濕度為70%。由于開關柜內含一次、二次設備，綜合以上標準，開關柜的運行環境的濕度控制在45%～70%為合適。

3.2 設計整體除濕系統

3.2.1 系統原理。達到高壓開關室內整體除濕，防止開關柜內凝露、銹蝕的目的，必須進行兩方面的考慮：一是防凝露裕量設計；二是銹蝕濕度臨界值控制防止凝露需要計算一天溫降最大溫差。根據當地的溫度，對應時刻的相對濕度，計算出對應時刻的絕對濕度。根據記錄的數據，算法計算出一天中最大的絕對濕度（應該在室外開始結露的時刻）。通過絕對濕度與溫降，可以算出最高、最低露點溫度。參考最低露點溫度進行除濕，從而達到預防凝露的目的。變電站室內與柜體內部濕度平衡是非常重要的一個參數，通常情況下可認為變電站室內濕度任意時刻都等于柜體內部濕度。但是柜體內外氣體交換是有一定時間的，所以在計算柜體內部凝露時要考慮到濕度交換時間。

3.2.2 環境濕度控制系統（裝置）。環境濕度控制系統是根據電氣柜內久聚潮濕空氣的除濕治理而研制，并按穩定可靠、效率高、便于安裝的設計原則進行模塊化結構設計。原理是通過對整體環境的閉環算法控制凝露條件，降低柜內的相對濕度。本裝置電源直接采用變電站內交流供電，可確保裝置在較低環境溫度下正常

工作。

安裝原則是安全絕緣距離內，室內外氣體交換處，電源及電源敷設方便。

除濕原理為：控制整體室內的濕度保持在一定的范圍以下，經過連續時間的平衡，使得柜體內部濕度與變電站室內的濕度保持一致，這樣在濕度劇增或溫度劇降時，同時保證變電站室內和柜體內部不結露、不生銹。

原理概況圖如圖1所示：

環境控制防凝露系統用于室內相對密閉空間內部環境的整體自動除潮濕、防凝露的場合。環境控制防凝露裝置采用手動或自動方式切換除濕，并具有主動定時采樣功能，控制裝置自動除濕，根據環境外部溫濕度、環境溫濕度、柜體溫濕度及它們變化曲線進行預測除濕，控制露點，不僅預防凝露并且使整個設備運行在金屬臨界銹蝕以下，預防設備生銹。本系統通過對百葉窗、風機控制等通風設置的控制，可迅速除濕并節能。而且本系統具有故障告警顯示功能，對于因內部原因引起的內部故障可進行指示，也可通過故障輸出繼電器輸出報警。

環境控制防凝露裝置由智能控制系統、主機除濕系統、風機控制系統和監測系統組成，當外部環境濕度增加溫度降低趨勢低于閉環預防閥值后，啟動主機除濕系統，通過智能控制系統控制環境露點，如果外部溫度低于室內露點溫度一定閥值時，能使用風機進行氣體交換從而實現內部濕度降低，同時節能減排，改變整個室內設備運行環境，防生銹，防老化，增加整體設備運行壽命。

4 結果與分析

4.1 除濕試驗過程及分析

4.1.1 實驗環境：

第一，選擇陰雨天氣對整體除濕實驗房室內環境模擬。

第二，柜體模擬：選擇機柜柜體，放置到實驗房內部。

第三，模擬高壓開關室環境監測：在圍繞柜體的四周放置2個溫濕度監測設備，進行實時監控，并根據監控結果控制實驗房的溫濕度。

第四，柜體內監測：在柜體內部上面和下面放置兩個溫濕度監測裝置，進行實時記錄。

第五，實驗環境：（1）實驗室面積：10m*18m，高度為4.5m；（2）實驗室密封性：無特殊處理；（3）柜體密封性：防塵防水等級為IP44。

第六，實驗設備參數：（1）除濕主機功率（共1臺）：0.8kW；（2）溫濕度記錄儀：8臺（兩臺柜內，四臺室內，兩臺室外）；（3）除濕系統主機：1臺。

4.1.2 實驗方法及數據：

第一，增濕實驗：（1）實驗房和柜體內濕度均為50%H；（2）對柜體進行嚴格密封；（3）對實驗房進行連續增濕；（4）每小時采集一次數據進行對比；（5）柜內和房內濕度一致時停止實驗。

增濕數據對比表如表1所示：

第二，除濕實驗：（1）實驗房和柜體內濕度均為90%H；（2）對柜體進行嚴格密封；（3）啟動整體除濕系統進行除濕；（4）每小時采集一次數據進行對比；（5）柜內和房內濕度一致時停止實驗。

除濕數據對比表如表2所示：

通過以上數據和曲線圖，可以得出以下分析：

室內濕度上升時，柜體內濕度同時上升且上升速度滯后，需經過20多個小時柜體內外濕度才能達到平衡，由這種現象可知，當檢修或人員出入時，短時間內不影響柜內濕度變化。

室內濕度下降時，柜體內濕度同時下降，可見通過室內整體除濕能達到控制柜內濕度的目的。

除濕系統啟動后，室內濕度迅速下降，2小時內室內外濕度動態平衡，在現場操作時，除濕系統聯動百葉窗、風機、空調。除濕時關閉所有通風，可更加迅速除濕或阻止濕度侵入。

室外濕度90%H以上時，室內濕度可控制在60%以下。室內外濕度差在30%以上，可保證室內所有設備處于低濕工作狀態下。在保持室內濕度長期穩定在設置閥值以下，柜體內部濕度與室內濕度保持一致，也穩定在設置值以下，所以通過對整個環境長期的濕度控制，可以達到柜體內外除濕、防銹，延長整個室內設備壽命的目的。通過室內濕度分布圖可以看出，在除濕主機1500立方米/小時的內部循環風量下，布置在室內四角落的4個濕度記錄儀數據一致性非常高，將一定除濕范圍內的空氣充分循環流動起來，不存在濕度梯度的現象。

4.2 結論

經過上述試驗和分析，環境濕度控制系統整體環境除濕效果如下：

4.2.1 整體除濕方法從根本上消除凝露，這種方法直接減少整體環境空氣中的水分含量，從而減小水蒸氣的不飽和程度，并將其匯集排出。由于不會對設備加熱，增加銹蝕速度，延長設備的壽命。

4.2.2 整體除濕直接對眾多開關柜體所在的室內整體除濕，相當于同時對每個柜體除濕。

4.2.3 整體除濕安裝在柜體外部，空間富裕，不用專門預留出空間專門用于安裝除濕器，導致取電及安裝存在困難。前期安裝簡單，無需斷電，后期維護方便。

4.2.4 整體除濕可控制所有設備完全處于《220～750kV變電站設計技術規程》《火力發電廠電子計算機監視系統設計規定》，ABB廠家對中壓柜的運行維護要求滿足規定中的設備所處的溫度及濕度范圍。

此方法可以取代并克服柜內安裝加熱器、驅潮劑、半導體除濕器的方法，并完全克服它們的缺點。此外，整體環境除濕比使用加熱器除濕方式產生的節能效益。同時電力設備的運行狀態好壞直接決定電力系統的安全和效益更佳，無論哪種設備出現不正常工作狀態若不及時處理很可能會發展成故障，導致設備損壞、人身事故、電網停電事故，進而造成不可估量的后果。對設備進行有效的防凝露和防銹蝕，可使設備維修費大大減少，設備壽命增加，事故率降低，直接經濟效益十分顯著。

5 結語

本課題有效解決了10kV高壓室室內設備受高溫和潮氣影響的問題，達到了預期的有效性和經濟性，實現了智能、綜合的效果。同時本課題也在進一步的改進：由于目前10kV高壓柜內部溫度的監測只是在達到報警值的情況下設備才會通過在設備外部亮燈等顯示報警，如果變電站值班人員巡視不及時，不能及時發現高溫亮燈，則不能及時有效處理設備高溫故障，然而我們將在線溫度監測一起融入到綜合智能的濕度溫度控制系統，實時記錄、分析并輸出10kV開關柜的溫度，在后臺可以及時了解溫度高低，及時有效地處理10kV開關柜的高溫故障。

參考文獻

[1] 220～750kV變電站設計技術規程（DL/T5218-2012）[S].

[2] 火力發電廠電子計算機監視系統設計規定（NDGJ 91-1989）[S].

（責任編輯：蔣建華）