智能除濕器在變電站戶外機構箱中的應用

劉晉+安靜+邊紅濤+彭晨光

摘 要：變電站戶外機構箱由于運行環境較差，容易凝露，嚴重影響了設備的安全穩定運行。本文研究了機構箱凝露的原因，總結了常規防凝露的措施，在此基礎上提出了采用加裝智能除濕器的方法。智能除濕器由電子器件實現自動控制，利用半導體制冷的原理，將機構箱內的潮氣凝結成水，排出箱外。本方法相比傳統加裝加熱器的方式，更能為電氣設備提供適宜的工作環境。

關鍵詞：機構箱 智能除濕 半導體制冷

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（b）-0119-03

變電站電氣設備一般置于戶外，其機構箱內部環境受環境氣候、箱內結構、密封情況等因素影響。當內外溫差較大、空氣濕度較大時，箱內容易形成凝露，使電氣設備的絕緣水平下降，導致電氣設備放電、短路。本文對凝露的原因進行了分析，對防凝露的方法進行了研究和總結，提出了加裝智能除濕器的方法。通過降低箱內潮氣，達到防凝露的目的，提高了變電站的安全穩定運行。

1 機構箱凝露的原因

凝露現象是指柜體內壁表面或母排表面溫度下降到露點溫度以下時，內壁或母排、絕緣器件等表面發生的水珠凝結現象[1，2]。結合現場發生的設備缺陷以及柜內的凝露現象[3]，總結出以下幾種原因。

1.1 長期處于備用或未安裝加熱器的機構箱

由于柜內溫度經常低于柜外溫度，在空氣濕度大的環境中，柜外濕氣侵入柜內，容易形成凝露。對于備用間隔的柜門，可采取加裝加熱器的方法，提高柜內環境溫度，使空氣能容納更多水分，并通過排氣孔帶走柜內水汽。

1.2 進線電纜密封不嚴的機構箱

電纜層有積水的情況下，如果柜門底部進線電纜密封不嚴，濕氣容易進入柜內，使柜內的濕度加大，導致柜內凝露。針對進線電纜較多的柜門，應仔細排查柜內的防封堵情況，做到不留死角，密封嚴實。

1.3 通氣孔堵塞的機構箱

戶外設備置于敞開的環境中，蚊蟲、螞蟻、蜜蜂等進入通氣孔做窩或冬眠，導致通氣孔堵塞。當柜內濕氣較大時，不能及時將濕氣排除。

2 智能除濕器核心原理

智能除濕器采用半導體制冷[4]的原理，利用通風機加速空氣流動，將濕空氣反復掠過冷端，加以冷卻，待溫度降至露點溫度以下時，水汽在冷端凝結析出后排出柜外。半導體制冷的原理圖如圖1所示。

當電流方向是N→P時，P型半導體中的空穴和N型半導體中的電子，在滿帶中留下一個空穴，即產生電子-空穴對，產生電子-空穴對時所吸收的熱量大大超過它們通過接頭時所釋放的能量，總的結果是使接頭處的溫度下降而成為冷端，產生制冷效果；當電流方向是P→N時，P型半導體中的空穴和N型半導體中的電子相向向接頭處運動，接頭處溫度升高成為熱端，并向外界放熱。

3 智能除濕器工作流程

如圖2所示，智能除濕器除了最核心的凝水系統（主要由半導體制冷片、風扇、加熱器組成）外，還有溫濕度傳感器、排水模塊、電源模塊、顯示及按鍵等人機交互模塊、數據通信控制模塊。

智能除濕器上電后從內存中讀取并使用之前保存的參數，也可通過面板設置工作參數并保存。主要是溫度和濕度兩個參數。當溫濕度傳感器測到的環境濕度大于系統閾值時，控制系統打開凝水系統。在加熱機構箱內空氣溫度的同時強制形成空氣循環，讓環境中的潮濕空氣流過凝水器，并在凝水器上形成露珠。當露珠達到一定量時形成水滴，通過排水管排到機構箱外部。隨著水分的凝結并被排出箱外，機構箱內環境中的濕度逐漸下降。當濕度降到閾值以下后，控制系統關閉凝水系統。智能除濕器還可以遠程監控，可以通過串行通信接口對機構箱內環境的溫濕度及除濕器的工作狀態進行監控，并可將多臺智能除濕器組建成通信網絡，實現智能遠程監控[5]。

根據半導體制冷的原理，以及智能除濕器的工作流程，研制出智能除濕器[6]，目前應用于某變電站現場。現場實際安裝圖如圖3所示。

4 除濕效果數據分析

為了便于對比安裝除濕器前后的效果，在機構箱內安裝了溫濕度采集模塊，并把此模塊采集到的數據傳回數據中心。智能除濕器安裝前后，機構箱濕度變化情況如圖4、圖5所示。

圖4為沒有安裝除濕器的機構箱中的環境溫濕度變化曲線。圖5為同一段時間段安裝了除濕器的機構箱中，兩天的溫濕度變化曲線以及除濕器工作狀態曲線；圖5中的開關曲線，表示除濕器啟停情況，當濕度達到65%時，除濕器啟動運行中；而為60%時，除濕器停止工作。從圖5中可以看出，除濕器根據濕度的變化有規律地啟停，滿足了設計的要求。圖4、圖5中的濕度、溫度曲線，分別表示機構箱內的濕度和溫度曲線。從曲線圖中可以看出安裝了智能除濕器的機構箱，其濕度總在70%以下變動，而沒有安裝除濕器的機構箱的濕度變化較大，最大時大于80%。

通過以上數據分析，可以得出以下結論：（1）除濕器對于機構箱內運行環境，可以起到降低濕度的功能；（2）在每天最容易結露的時間段，即午夜至凌晨，可以將濕度有效降低約10%；（3）除濕器可連續工作，工作穩定可靠。

5 結語

變電站機構箱內布置有一次設備的控制回路和信號回路，其運行環境的好壞直接關系設備能否正常運行及使用壽命。受潮是設備惡化的最常見因素，常規加裝加熱器、增強通風等各種除濕措施，效果不顯著；本文研究的智能除濕器是將機構箱內的潮氣通過冷凝成水排出箱外的原理，可以從根本上降低箱內濕度。

變電站機構箱加裝智能除濕器，通過實驗驗證和現場測試，本方法能夠有效降低機構箱內的空氣濕度，為設備提供一個干燥的環境，提高了設備運行的可靠性和安全性，確保了變電站的安全穩定運行。

參考文獻

[1] 曾文清.高壓開關柜防凝露技術研究與實踐[J].冶金動力，2016（10）：49-50.

[2] 白永磊.淺論控制變電站室內溫度的重要性[J].天津電力技術，2006（4）：4-7.

[3] 何整杰，陸曉紅，楊科.35kV開關柜除濕裝置的開發與應用[J].農村電工，2015（7）：40.

[4] 劉春蕾.電力設備溫濕度控制系統[J].中國高新技術企業，2009（18）：36-37.

[5] 張昀.變配電站溫濕度監控系統的設計[J].科技資訊， 2010（24）：4-5.

[6] 賴義漢，王宇松，傅智河.電力柜智能除濕系統研究與設計[J].徐州工程學院學報：自然科技版，2016，31（1）：87-92.endprint