關于開關柜凝露因素試驗分析

國網浙江省電力有限公司紹興供電公司 李 然 錢樹煥 勞凱峰

供電可靠性是考核供電系統電能質量的重要指標，是衡量國家經濟發達程度的標準。開關柜在電力系統進行發電、輸電、配電和電能轉換過程中起到開合、控制和保護用電設備的作用，是輸變電系統的重要組成部分，因為開關柜結構日趨小型緊湊，所以對環境因素的要求逐漸變高，假如開關柜長期在悶熱潮濕的環境中作業就會在內部結構中聚集水汽形成凝露，凝露現象容易對開關柜的電氣絕緣造成影響，促使原本并不導電的區域轉換為導電區域，出現邏輯脈沖混亂、電源短路、電子元器件失效等故障。

開關柜是輸變電系統的重要組成部分，能夠有效解決電網運行中產生的各種問題，開關柜的穩定運行直接關系到電網的供電質量。開關柜的運維是輸變電系統日常運維的重要內容，但開關柜凝露的產生往往對開關柜的安全運行造成嚴重危害，開關柜絕緣性能會因為凝露現象的產生造成性能下降、加速設備老化速度、損壞設備、降低設備運行壽命。輸變電系統運維部門要根據開關柜運行中產生凝露的現象，分析設備存在的運行問題，了解凝露現象產生的根本原因，同時可以采取科學的方法實現對開關柜凝露的治理，提升設備安全運行的水平。

文中搭建開關柜凝露因素試驗分析系統，觀察在不同溫濕度條件下凝露的發生及發展過程，分析開關柜柜內溫濕度、開關柜柜內外溫差對凝露的影響及對策[1]。

1 開關柜凝露因素試驗分析系統

1.1 凝露現象產生原因及危害

在自然條件下空氣能夠容納水汽與環境溫度呈現正比，環境溫度越高、空氣容納水汽數量更多，露點溫度主要指的是特定濕度空氣出現凝露現象的最高溫度。一旦開關柜設備表面溫度低于開關柜周圍空氣的露點溫度，無法繼續容納在空氣中的水汽在開關柜設備表面出現冷凝現象，通過液態水的形式析出。在開關柜底部電纜溝濕氣將會由電纜室通道持續上升，濕氣在遇到設備內部頂板、端子等金屬或塑料元器件時，在冷熱交換界面產生凝露現象。

一旦析出的液態水和開關柜內部灰塵混合之后，會迅速產生相應的導電通道，對開關柜電氣絕緣造成嚴重破壞，促使原本不導電區域轉換為導電區域。混合了灰塵的凝露一旦附著在開關柜端子箱頂端，在凝露集結一定重量后會滴落在裸露的工作元件上，造成金屬元件兩極間形成通路，造成元件短路燒壞、失去正常的功能，一旦混合了灰塵的凝露附著在接線端子上，就會產生本不存在的導電通道，嚴重可造成火災和炸機等嚴重事故[2]。

1.2 試驗分析系統

溫度和濕度是凝露形成的決定性因素，對開關柜電氣設備的絕緣性產生根本性影響，對開關柜中的電氣設備來說，濕度一旦超過60%就會產生凝露，因此，控制開關柜內外溫濕度變化、記錄不同溫差及不同濕度下產生凝露需要的具體時間，能夠分析出凝露與溫濕度間的關系。開關柜凝露因素試驗分析系統主要包含人工環境室、空氣處理機組、開關柜、溫濕度傳感器&控制器、加熱器、加濕器、水分檢測試紙、監控、計算機。開關柜內部由溫濕度控制器進行自動調節，溫濕度控制器負責檢測開關柜內的溫濕度與設置目標之間的比較，通過加熱器和加濕器控制開關柜溫濕度。開關柜柜外溫濕度主要通過人工環境室進行控制。

1.3 開關柜易發凝露部位

伴隨試驗進行，開關柜內壁水滴逐漸增多，邊緣相對于中間水滴更多，開關柜內壁邊緣更容易產生凝露，主要原因在于開關柜的邊緣存在縫隙，開關柜柜體內壁邊緣溫度更低，當開關柜內高溫高濕氣體從邊緣向外部流動，低溫的內壁邊緣部分接觸到高溫高濕氣體就形成凝露。在試驗過程中，開關柜柜內溫濕度分布均勻，凝露大部分在開關柜柜內壁產生，開關柜柜內設備幾乎未產生凝露，為了找出科學控制凝露的辦法，分析開關柜濕度條件變化需要通過UT-A200W13微環境監測終端系統獲取開關柜柜內溫濕度數據，這套系統主要包含5281監控主機及配套的5284傳感器，傳感器將會通過無線傳輸方式將數據定式發送回傳，主機進行掃描后實時收集上送，同時監測主機狀態信息，通過干擾較少、信號服務質量好的NB-lot接入云平臺進行數據展示、后臺監控[3]。

2 不同條件下的開關柜凝露試驗研究

2.1 高低壓加熱器投停對凝露現象的影響

溫度持續上升，對開關柜內濕度產生影響，主要選取典型間隔對開關柜內濕度進行研究，觀察開關柜內濕度伴隨高低壓加熱器投停產生的變化曲線（圖1）。在開關柜加熱器開始投入后，濕度在1個小時以內產生明顯下滑，下滑程度相比初始達20%左右，在2個小時以內能夠快速降低開關柜內濕度，直至與柜外溫度接近；在開關柜加熱器退出投入后，開關柜內濕度在2個小時以內快速上升，上升程度達30%左右；高低壓加熱器一旦投入再退出，開關柜內的濕度會產生先下滑再上升的情況，最后開關柜內濕度和高低壓加熱器投入前相差達10%左右。

圖1 開關柜加熱器投入/退出時濕度變化曲線圖

2.2 開關柜前柜門開合對凝露現象的影響

假如開關柜為中置式金屬封閉開關柜，那么開關柜內的水汽將無法通過循環系統排出，在冬季密閉的室內環境將會在開關柜門形成凝露，如果空氣流通和通風條件尚可，那么濕度將會明顯減輕。當開關柜前柜門開合時濕度變化較為明顯（圖2）。

圖2 開關柜前柜門開合柜內濕度變化曲線

在室內環境濕度變化不明顯的前提下，開關柜的前柜門在打開階段柜內的溫度顯著下滑達15%左右；在開關柜的前柜門閉合之前，開關柜的柜內溫度與室內溫度接近；在開關柜柜門閉合之后，開關柜柜內溫度開始上升，恢復到與開關柜前柜門打開前的水平。在柜內外溫差15℃下，相對濕度不變，柜內濕度越高凝露所需時間越短，柜內溫度升高凝露所需時間呈現減小趨勢（表1）。

表1 不同開關柜內外溫差及柜內溫度下凝露時間

2.3 開關柜前下柜柜門對凝露現象的影響

根據試驗監測得到的數據，對開關柜前下柜柜門的開閉對濕度的影響進行分析（圖3）。打開開關柜前下柜柜門的7小時之內，開關柜內濕度并沒有產生十分明顯的減弱，最大的減弱幅度僅達到2%，當開關柜內外溫差達5℃時，柜內相對濕度達90%才能產生凝露，可以就此忽略開關柜前下柜柜門的影響[4]。

圖3 開關柜前下柜柜門開閉時柜內濕度變化曲線

3 電纜溝疏堵解決凝露現象的研究

根據凝露產生的機理，可以得知通過對濕度和溫度等形成條件產生破壞后，可以消除凝露的發生，只要破壞其中任何一個形成條件都不會出現凝露現象。結合這個前提條件對開關柜內外影響濕度的條件進行綜合分析，在開關柜設備底盤進線孔采取密封劑或密封膠進行防潮、防凝露的密封，可以有效防止電纜溝濕氣通過電纜室通道進入開關柜內部，造成開關柜內部濕度過大產生凝露。

為了便于觀察電纜溝疏堵產生的影響，在電纜溝東側、中間及西側分別設置監測裝置，分別對晴、雨兩種天氣的濕度進行分析，電纜溝無論是在晴天還是在雨天均處于濕度數據相對較高的狀態，電纜溝存在極大程度上的疏堵不良的狀態。在進行電纜溝疏堵檢查以后，改進復合電纜蓋板設計，電纜溝四角采用具有通風工效的鏤空篦子型電纜溝蓋板，等間距排列，有效降低電纜溝內集聚的熱量，改善電纜的運行環境，便于電纜溝氣體與室內氣體交互，促使電纜溝濕度下降。

電纜室內表面、底面和隔離墻雙側面做防水處理，電纜室底部平臺增高臺階高度不小于20厘米，電纜穿越后進入設備內部時要做好進出線的疏堵工作。在進行改造后連續十天的陰雨天氣期間，對開關柜濕度監測觀察，開關柜濕度變化幅度明顯變小，開關柜內濕度明顯下降到70%以下，這種情況明顯說明疏堵電纜溝后開關柜的濕度明顯改善，有效避免水汽進入開關柜，改進設計簡單可行，能夠有效避免開關柜凝露現象，有較高的推廣價值[5]。

4 結語

通過文中的分析和研究，利用試驗找出開關柜凝露易發位置，清晰記錄開關柜在不同溫濕度和內外溫差下形成凝露需要的具體時間，通過分析可以了解到，高低壓加熱器的投入和推出、開關柜前柜門開合及電纜溝疏堵對于開關柜濕度產生明顯的影響，對于開關柜降低濕度產生十分重要的作用，一旦溫度過高時，環境溫度的細微變化都會造成凝露的產生，凝露現象幾乎都是產生在開關柜的內壁上，并且開關柜內壁的邊緣相對于中間更容易產生凝露。

在開關柜產生凝露之前必須要采取科學的措施方式抑制凝露的產生，凝露主要是因為開關柜內外溫差及柜內溫濕度共同作用產生的，一旦開關柜柜外的濕度差升高，開關柜柜內溫度和濕度隨之變高，凝露的形成時間就相對短暫，電纜溝蓋板更換成鏤空篦子狀的電纜蓋板、做好開關柜進線封堵、利用人工智能環境控制器控制高低壓加熱器投退、加強開關柜柜內氣體流動均可充分抑制凝露產生，確保電氣設備、電網的安全平穩運行[6]。