風電場箱式變電站除濕設計施工探析

賈 勃

（陜西華電新能源發電有限公司，陜西 榆林 718500）

1 工程概況

風電場110 kV升壓站位置所處區域為黃土梁，峁地貌，風電場場區位于黃土梁頂部，梁頂地勢較為開闊，風能發電是開發新能源、改善環境的重要組成部分，合理利用能源，可以靈活可靠地向系統供電[1]。但是，風電場運維人員在對風力發電機組維護中發現，15號機組和17號機組箱式變壓器在運行中出現放電現象，而且箱變殼體出現潮濕生銹現象，嚴重影響了設備安全運行的可靠性。

本風場于2018年4月19日對15號和17號機組箱變進行了實地考察，15號和17號機組位于山頂最頂端，早晚溫差較大，即將進入濕潤多雨季節，15號機組箱變頂部柜體和母排螺絲生銹嚴重。

2 箱變內部潮濕等問題原因

第一，箱變內部相對密封，且空氣流動差，積聚污蝕空氣以及二氧化碳容易導致高壓室內部潮濕。夏秋早晚環境溫差較大，會使柜體內環境空氣不飽和，水蒸氣瞬間飽和，在柜內元件上形成凝露，長時間會導致殼體表面和螺絲出現生銹等現象，甚至出現放電現象。第二，在下雨天或環境濕度較大時，柜內局部潮濕現象更為嚴重，變電站的運行存在安全隱患。第三，現場發現高壓室頂部絕緣瓷瓶頂部出現滲水現象[2]。根據現場情況分析和大量的實地勘察，導致電氣設備運行環境中潮濕現象的主要因素為：地理氣象氣候、柜體封閉式結構和頂部母線絕緣瓷瓶密封性。所以，治理潮濕現象應綜合考慮，改善內部的潮濕問題，為高壓設備提供一個良好的運行環境。

3 濕度過高危害性

3.1 對電氣設備的影響

對于電氣工程而言，如果濕度超過80%，可以稱為高濕。如果濕度低于40%，稱為干燥或者是低濕。對于電氣設備而言，濕度帶來的影響包括金屬腐蝕、絕緣強度以及霉菌生長等。

3.2 對絕緣強度的影響

一旦濕度偏高，會對電氣設備的絕緣強度帶來直接影響，空氣中的水分會附著在絕緣材料的表面，直接降低電氣設備的絕緣電阻，從而進一步增加設備的泄漏電流，導致發生絕緣擊穿、閃絡和爬電現象，進而產生跳閘等故障。

3.3 對霉菌生長的影響

潮濕的空氣可以促進霉菌孢子的發芽。在形成霉菌之后，霉菌細胞中會有大量水分，一旦菌絲呈現出網狀，會直接鋪滿絕緣體的表面，不僅會降低產品絕緣性，也會對設備的外觀與標志產生影響。代謝過程中會分泌出酸性物質，導致在電接觸材料和導電金屬之間出現一層晦暗膜，從而增大接觸電阻。尤其是針對印刷電路板，因為需要長時間處于這一種環境，電路會出現腐蝕現象，最終導致設備出現故障，甚至可能直接燒毀儀器[3]。

3.4 對金屬腐蝕的影響

當電氣設備中的導磁硅鋼片或者是導電金屬受到腐蝕時，會對設備的使用壽命和性能造成影響。一旦相對濕度達到某一個數值，會加快金屬腐蝕。對于工程而言，稱為臨界濕度，如銅為60%、鐵為63%。另外，腐蝕還可能會對金屬的性能造成影響，讓金屬喪失其性能。

4 項目實施方案

考慮到變電站的控制集中化程度較高，對設備的運行環境要求嚴格，控制柜采用相對密封設計。普通的除濕方式已不能滿足要求，要考慮到成本、散熱效果、能耗以及后期維護等問題，除濕裝置經過的優化設計可滿足需要。箱式變壓器高壓室寬1.8 m、深1.3 m、高1.9 m，約4.4 m3，為改善箱式變壓器高壓室內部環境濕度，風場于4月20日對15號和17號箱變分別做了除濕對比方案，根據除濕空間對15號箱變高壓室設計4臺“防凝露裝置”，如圖1所示，對17號箱變設計2套“溫濕度采集器”和環境1套“溫濕度采集器”，做以安裝設備和未安裝除濕設備數據對比[4]，如圖2所示。封堵：對高壓室頂部母線進線處進行密封封堵。

圖1 15號風機組箱變高壓室安裝防凝露裝置

圖2 17號風機組箱變高壓室安裝溫濕度采集器

在15號風機組箱變高壓室安裝防凝露裝置（如圖3所示）和17號風機組箱變高壓室安裝溫濕度采集器（如圖4所示）。

圖3 15號風機組箱變高壓室安裝防凝露裝置

圖4 17號風機組箱變高壓室安裝溫濕度采集器

針對高壓室頂部母線進線處進行密封封堵，如圖5所示。

圖5 頂部母線進線處進行密封封堵

5 數據分析

經過采集數據分析，分別對環境溫濕度、15號箱變（4臺“防凝露裝置”）、17號箱變（2套“溫濕度采集器”）做以數據對比。經過現場的分析，高壓室內的溫濕度隨著環境的變化而變化。當環境濕度較高時，17號箱變內部濕度增大，同時也隨著內部溫差的變化而變化；當溫度較低時，濕度增加，當溫度較高時，濕度減少。

在5月19日07∶20分到5月22日07∶03分環境濕度和17號箱變濕度（柜內1、柜內2濕度）分別從50%增長到70%以上，15號箱變濕度（凝露1、凝露2、凝露3、凝露4）始終小于等于50%RH。注：凝露裝置濕度啟動值50%RH，15號箱變安裝設備除濕效果顯著，滿足安全運行的環境濕度指標；而17號箱變濕度隨著環境的濕度增大而增大[5]。

5月19日07∶20分到5月22日07∶03分數據表見表1所示。

表1 箱變數據采集分析

6 產品工作原理及功能說明

6.1 工作原理

防凝露裝置中，當潮濕空氣經過風扇吸入，利用特殊的風道實現流動。首先經過除濕系統降溫與和除濕處理，以降低控制的含濕量；然后，做好加熱與升溫處理，降低相對濕度；最后，配合充分的循環，使其濕度降至凝露點以下，完成整個除濕過程。

6.2 功能說明

防凝露裝置采用單片機智能控制技術，具有手動和自動控制模式。本裝置具有故障告警顯示功能，對風扇、制冷原件故障、斷線等原因引起的內部故障告警指示，并具備故障告警輸出接點，配備RS485通信接口，輸出當前濕度值、預設濕度值及故障信息等，每2 s刷新1次。

7 項目具體的施工措施

第一，產品安裝。防凝露裝置安裝在高壓室，安裝位置于帶電部分為300 mm安全距離。第二，線路。防凝露裝置采用2×1.5平方電纜并聯，取電在二次儀表室，如儀表室功率小于240 W，則從新布線到二次儀表室并設計獨立空開，供除濕設備運行。第三，排水。防凝露裝置水管在柜內串聯，由柜體兩端出兩根水管嚴地面排到室外，柜體需開孔直徑10 mm。第四，整體施工驗收。系統的型號、規格、性能符合設計要求；系統各設備的外觀檢查完好，絕緣器件無裂紋，安裝方式符合產品技術文件的要求；小型斷路器開關安裝正確，動作正常；各回路的絕緣電阻應大于等于0.22 MΩ保護地線（PE線），與非帶電金屬部件連接應可靠；系統各設備的安裝固定應牢固、平整，符合設計及產品技術文件的要求；系統各設備通電試驗控制性能良好；開關、接線盒等器件外觀良好，絕緣器件無裂紋，安裝牢固、平整，安裝方式符合規定。工程交接驗收時，宜向用戶提交下列資料：系統的使用說明書、合格證、檢驗報告等。系統竣工圖中應標明各設備的安裝位置和高度。

8 結 論

綜上所述，希望通過對風電場箱式變電站除濕設計施工的探討，能夠對今后除濕設計有一定的借鑒意義。按照除濕設計進行施工，可以使整體的施工與時代發展相互貼合，使其能夠滿足可持續發展的需求。