門座起重機滑環箱溫濕度監測報警系統

程 粵

龍口港集團有限公司

1 引言

龍口港現有40 t門座起重機(以下簡稱門機)26臺，采用10 kV電源供電。門機滑環箱主要用于連接動、靜供電線路，是動力傳導部件，箱內主要有高壓絕緣子、銅制滑環、碳刷架(碳刷)、高壓電纜及其附屬部件等。供電電源由變電所10 kV高壓配電柜輸出經進線高壓電纜、銅制滑環、碳刷架(碳刷)、出線高壓電纜、門機電氣房10 kV高壓配電柜，至10 kV/400 V干式變壓器，供給門機各用電設備、部件使用。

2 存在問題

門機作為港口主要生產作業設備，設備利用率高[1]，門機滑環箱直接暴露于外界環境中，海邊空氣相對濕度大、鹽堿度高、晝夜溫差大，易導致滑環箱內產生凝露，高壓絕緣子絕緣性能降低，銅制滑環三相之間以及單相對地之間產生高壓閃絡放電故障，變電所高壓配電柜發生繼電保護動作(跳閘)。門機高壓閃絡放電會造成供電系統電壓閃降，變電所其他門機高壓配電柜失壓脫扣繼電保護動作(跳閘)，影響港口正常生產秩序和作業安全。

2013-2019年門機滑環箱凝露高壓閃絡放電故障次數統計見表1，故障統計結果表明，夏季(7～9月)是滑環箱凝露高壓閃絡放電故障高發期，滑環箱故障次數明顯高于其他季節。

表1 2013～2019年門機滑環箱凝露高壓閃絡故障次數統計

門機滑環箱出現凝露高壓閃絡放電故障后，一般需要完成滑環箱內配件拆解、箱內積水清理烘干、絕緣性能不佳的高壓絕緣子更換、受損的高壓電纜終端頭修復、滑環箱進出線口和箱蓋密封、吸潮劑更換等工作，維修時間長，維修工作量大。

滑環箱箱體為不銹鋼板或普通鋼板密封結構，巡視人員無法直觀觀察箱內情況，無法在門機運行期間對滑環箱進行點檢，隱患排查存在滯后性，多數問題是滑環箱發生高壓閃絡故障高壓配電柜跳閘后才能發現。同時，滑環箱檢修需要在辦理停送電手續，做好停電、驗電、掛警示牌等安全保障措施后進行，檢修程序復雜，工作量大。因此，在不拆卸門機滑環箱的情況下準確判斷并預警箱內是否存在凝露高壓閃絡放電風險，對于保障港口正常生產秩序和用電安全、減輕維修人員勞動強度具有十分重要的意義。

3 滑環箱防凝露措施

凝露的形成與環境溫度、相對濕度兩個因素相關，空氣相對濕度越高，越容易形成凝露，且形成凝露的露點溫度低于環境溫度。

門機滑環箱集電器在門機行走過程中與門機主電纜卷盤同步旋轉，進出線口、箱蓋接縫處難以實現絕對密封，受空氣熱脹冷縮影響，滑環箱密封不嚴，外界空氣中的鹽霧、潮氣和粉塵等進入箱體內，易導致箱體內高壓絕緣子絕緣性能降低，發生高壓閃絡故障。通常通過控制滑環箱內空氣溫度和相對濕度兩個因素，避免或減少滑環箱內凝露問題發生。

3.1 密封措施

門機滑環箱進出線口處通常采用有機防火堵料密封，滑環箱上蓋、側蓋使用密封膠條密封，在此密封措施基礎上，通常采用995結構膠對進出線口和滑環箱上蓋、側蓋再次密封，增加滑環箱密封的效果。

3.2 吸潮措施

在做好門機滑環箱密封的基礎上，為減少滑環箱內空氣相對濕度，可在箱內放置吸潮劑。檢修時應注意觀察吸潮劑是否已變色，如發現變色應進行更換。

3.3 隔熱措施

門機滑環箱直接暴露于外界環境中，夏季陽光直射，箱內外溫度存在差異，空氣熱脹冷縮，外部潮濕空氣、鹽霧和粉塵易進入箱體內，發生凝露和高壓閃絡放電。可在門機滑環箱上方增設遮陽板，避免陽光直射箱體，減少箱內外溫差，阻止外界潮濕空氣、鹽霧和粉塵進入箱體內。

3.4 加熱措施

在門機滑環箱內加裝溫濕度傳感器和加熱器，利用溫濕度傳感器對滑環箱內溫度和濕度進行檢測并控制加熱器工作。當溫度低于35℃或濕度大于70%時加熱器工作，提高滑環箱內空氣溫度，以破壞凝露形成條件。現有的在線局部放電檢測技術，費用高，不適宜在門機滑環箱內檢測高壓閃絡放電方面推廣應用[2]。

4 滑環箱溫濕度監測控制系統設計與應用

門機滑環箱溫濕度監測控制系統由無線溫濕度傳感器、加熱除濕器和無線監測操作器終端3部分組成(見圖1)。

圖1 滑環箱溫濕度監測控制系統示意圖

溫濕度監測控制系統功能見表2，無線溫濕度傳感器位于滑環箱內，實時采集箱內溫濕度值。采集數據通過LoRa無線信號傳輸到箱外的無線監測終端，無線監測終端可實時顯示箱內檢測溫濕度值，檢測值超過設定極限值會自動報警，實現1臺無線監測操作器同時監測多臺滑環箱溫濕度值功能。無線溫濕度傳感器和無線監測終端使用電池供電。

表2 滑環箱溫濕度監測控制系統功能

滑環箱內溫濕度數據可通過無線監測操作終端實現實時監測，監測控制系統可實現在不拆卸箱蓋的情況下判斷并預警箱內是否存在凝露高壓閃絡放電風險，應用滑環箱溫濕度監測控制系統前后的檢修與維護對比見表3。

5 結語

門機滑環箱溫濕度監測控制系統結合港口現場條件和技術特點，實現了滑環箱內溫濕度的實時監測和動態監控，對凝露隱患能夠準確預警，解決了滑環箱內凝露隱患檢查必須停電開箱檢查的難題。

自2019年6月門機滑環箱溫濕度監測控制系統投入使用以來，通過無線監測操作器監測數值判斷滑環箱凝露隱患5次，未發生滑環箱凝露高壓閃絡放電問題，有效減少了檢修工作量，保障了碼頭生產作業安全進行，對于港口岸邊大型設備及其他采用卷纜系統供電的設備具有良好的借鑒和參考作用。

表3 滑環箱溫濕度監測控制系統應用對比