大型設(shè)備高壓滑環(huán)箱微環(huán)境監(jiān)測與治理解決方案

李冬冬，趙 兵，李 宏，楊 凱

（山東港口集團(tuán)青島港董家口礦石碼頭有限公司，山東青島 266000）

0 引言

M4040 門座式起重機(jī)屬于碼頭裝卸設(shè)備，常年在海邊潮濕露天環(huán)境下工作。若滑環(huán)箱箱體密封不良，在雨天或大霧天氣，雨水或者霧氣進(jìn)入箱體，造成箱體內(nèi)濕度急劇增大。過高的濕度會導(dǎo)致三相高壓抽頭或滑環(huán)之間絕緣降低，致使相間或相對地短路放電，給設(shè)備及生產(chǎn)安全帶來極大隱患。

1 項目背景

1.1 關(guān)于滑環(huán)箱導(dǎo)致的事故統(tǒng)計

據(jù)統(tǒng)計，2017 年以來，山東港口青島港共發(fā)生因大機(jī)用電設(shè)施引起的系統(tǒng)接地事故26 次，其中由滑環(huán)箱直接導(dǎo)致的有10 次，占故障總數(shù)的38.5%。故障均引起系統(tǒng)電壓瞬間波動，影響供電系統(tǒng)安全運行，對設(shè)備和生產(chǎn)安全造成極大隱患。

1.2 M4040 門座式起重機(jī)高壓滑環(huán)箱現(xiàn)狀

高壓滑環(huán)箱是門座式起重機(jī)高壓供電系統(tǒng)非常重要的部位。高壓滑環(huán)箱內(nèi)雖然有加熱除濕裝置，但裝置僅僅降低了滑環(huán)箱內(nèi)的相對濕度，并沒有減少單位體積內(nèi)空氣中水的含量。一旦溫度降低還會產(chǎn)生凝露，附著在絕緣表面，導(dǎo)致絕緣降低甚至爬電、短路事故，造成設(shè)備嚴(yán)重故障。因此，需要改造除濕裝置，消除設(shè)備安全隱患。

2 基礎(chǔ)解決方案

2.1 方案設(shè)計思路

2.1.1 影響滑環(huán)箱絕緣的因素

對青島港董家口礦石碼頭有限公司23 臺門機(jī)滑環(huán)箱開展跟蹤研究，發(fā)現(xiàn)滑環(huán)箱內(nèi)絕緣器件及電纜終端頭的絕緣值與箱內(nèi)濕度存在直接關(guān)系。春秋季節(jié)，當(dāng)箱內(nèi)濕度在60%以下時，滑環(huán)箱內(nèi)各相間及各相對地絕緣在500～2500 MΩ；夏季，當(dāng)箱內(nèi)濕度在60%以上時，滑環(huán)箱內(nèi)各相間及各相對地絕緣在50～500 MΩ，甚至更低。雖是粗略統(tǒng)計，但充分說明滑環(huán)箱內(nèi)箱內(nèi)濕度是絕緣值的決定性因素。

2.1.2 滑環(huán)箱微環(huán)境的治理

解決問題的關(guān)鍵是收集箱內(nèi)水分并排出箱外。在滑環(huán)箱內(nèi)安裝BTCS 系列排水型除濕器，BTCS 除濕設(shè)備為國內(nèi)首次應(yīng)用。該系統(tǒng)充分利用溫差較大時水分易凝露的特點，除濕器工作時內(nèi)置半導(dǎo)體凝水面溫度＜-30 ℃，使空氣中的水分冷凝在凝水面，并通過排水口使箱內(nèi)水分不斷排出箱外，從而保證箱內(nèi)空氣持續(xù)干燥。

2.2 方案實施方法

2.2.1 箱內(nèi)裝置的安裝

在箱內(nèi)將半導(dǎo)體凝水裝置安裝于N 相側(cè)的箱內(nèi)壁上。風(fēng)扇安裝在凝水裝置前方，可以將箱內(nèi)濕度大的空氣送到凝水裝置的低溫面?？諝庵械乃诶淠嫔夏Y(jié)，受重力作用向下流入集水槽。集水槽下部開有小孔，在靠近凝水裝置一側(cè)的箱壁上較低位置開一個直徑6 mm 的排水孔。將膠管一頭連接在集水槽下部的小孔，另一頭通過箱壁上的排水孔穿到箱壁外。在箱內(nèi)遠(yuǎn)離凝水裝置的位置安裝溫濕度傳感器，將凝水裝置、風(fēng)扇、溫濕度傳感器的線路由電纜通過穿線管連接到箱外控制箱。

2.2.2 除濕裝置控制箱的安裝

在門機(jī)方箱內(nèi)，人員操作方便的位置安裝控制箱。箱門外裝設(shè)控制開關(guān)、運行指示燈、濕度顯示器及濕度設(shè)定面板。將除濕裝置的控制集成電路板安裝在箱內(nèi)，并將線路引到接線端子臺，分別與凝水裝置、風(fēng)扇、溫濕度傳感器連接。當(dāng)滑環(huán)箱內(nèi)濕度大于設(shè)定濕度時，凝水裝置及風(fēng)扇自動啟動進(jìn)行除濕；當(dāng)濕度低于設(shè)定濕度時，凝水裝置及風(fēng)扇停止運行，實現(xiàn)對箱內(nèi)凝水裝置的控制及箱內(nèi)微環(huán)境的實時監(jiān)測。

2.3 方案效果及優(yōu)勢

本項目應(yīng)用于門機(jī)高壓滑環(huán)箱微環(huán)境監(jiān)測與治理。通過降低箱內(nèi)濕度，保證滑環(huán)箱內(nèi)絕緣，使門機(jī)高壓滑環(huán)箱故障率降低80%，有效提高了設(shè)備的安全系數(shù)，保證設(shè)備本質(zhì)安全。進(jìn)一步提高設(shè)備供電系統(tǒng)安全性，減少了檢查頻次，由原來的每季度檢查1 次縮短為每半年檢查1 次，大大減少了人工檢查風(fēng)險。

本方案施工方便，只需對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行極小改動。造價低廉，成本為0.48 萬元/臺，可實現(xiàn)實時監(jiān)控箱內(nèi)濕度，驗證除濕效果。自動控制除濕器，保持箱內(nèi)干燥，提高絕緣性能。

3 基于基礎(chǔ)方案的智能控制方法

3.1 智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)

智能控制方法需在基礎(chǔ)方案的基礎(chǔ)上，增設(shè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)，實現(xiàn)智能監(jiān)控的目標(biāo)。通過模擬量輸入接口，實時監(jiān)測滑環(huán)箱內(nèi)的溫濕度數(shù)值。通過開關(guān)量的輸入輸出功能，控制箱內(nèi)除濕裝置的啟停。記錄監(jiān)測的數(shù)據(jù)，通過GPRS 方式上傳數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.2 智能控制系統(tǒng)的功能

3.2.1 實時記錄功能

系統(tǒng)連續(xù)如實采集和記錄高壓環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)溫度、濕度、漏水等各項參數(shù)情況，以數(shù)字和圖形方式進(jìn)行實時顯示和記錄監(jiān)測信息。

3.2.2 數(shù)據(jù)存儲功能

將所有采集的數(shù)據(jù)記錄到主計算機(jī)上，數(shù)據(jù)可以按照使用人員的要求，定時自動保存、備份、打印和歸檔等。

3.2.3 超限報警功能

當(dāng)出現(xiàn)參數(shù)超限時，系統(tǒng)進(jìn)行微信報警和系統(tǒng)提示報警。

3.2.4 遠(yuǎn)程手動控制功能

當(dāng)數(shù)據(jù)超限時，系統(tǒng)可通過云平臺進(jìn)行手動遠(yuǎn)程控制除濕裝置。

3.2.5 手機(jī)APP 功能

系統(tǒng)可通過手機(jī)APP 實時查看數(shù)據(jù)。

3.2.6 打印/報表功能

系統(tǒng)可自動打印日報表，或者根據(jù)客戶需要，實時導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù)報表。