遠紅外加熱技術在配電站房防凝露除濕治理中的應用

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南通市通州區(qū)供電分公司 朱富云 蘇 劍

綠色電力，已經(jīng)成為了我國電力發(fā)展過程中一個風向標，國家電網(wǎng)公司始終牢固樹立“能源轉型、綠色發(fā)展”理念，加快電網(wǎng)發(fā)展，加大技術創(chuàng)新，推動能源電力從高碳向低碳、從以化石能源為主向以清潔能源為主轉變，加快電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級，爭排頭、做表率，為實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標作出國網(wǎng)貢獻[1]。

1 凝露的形成原因及危害

大部分配電房都屬于無人值守，因此配電房的環(huán)境對于電氣設備極為重要，空氣濕度（空氣含水量）是影響電氣設備的一個重要因素，空氣濕度在30%～70%區(qū)間是最為適宜的。在一些氣候環(huán)境下，配電房空氣濕度超過了75%，再加上在電力負荷在運行過程中一直處于變化之中，因此會導致開關柜內(nèi)部出現(xiàn)較大幅度的溫度變化。在這種環(huán)境中，空氣里的水氣很容易在開關柜內(nèi)部的電氣設備以及控制設備元器件的表面形成一層水膜，嚴重的可導致高壓開關柜內(nèi)部出現(xiàn)凝露甚至淌水。開關柜的凝露見圖1所示。

圖1 高壓開關柜中凝露現(xiàn)象嚴重

電氣設備基本都是金屬制品，而金屬在水膜作用下，材料的腐蝕速度將會大大加快，嚴重影響了設備的使用壽命[2]；而空氣中的水蒸汽在強電磁場的作用下，極易形成臭氧，臭氧聚集過多則會嚴重破壞電氣設備的絕緣性能，絕緣性能的降低極易引發(fā)觸電、電弧、設備起火甚至爆炸等嚴重事故。

另外凝露還會導致開關柜內(nèi)部粉塵的堆積，因為粉塵體積非常小且具有荷電性，很容易在電氣設備的絕緣層表面以及二次控制設備的內(nèi)部凝集沉降，一旦粉塵堆積過多，就會降低電氣設備的安全電氣距離，破壞電氣設備的絕緣強度，在電力負荷過高或者在電氣設備操作過程中極易造成電弧擊穿、設備起火等事故。有的粉塵還堆集在電子板內(nèi)，造成電氣誤動、短路等，對其安全運行造成很大危害[3-4]。

2 常用的防凝露方式

根據(jù)國家電網(wǎng)對于變（配）電站房設計要求以及相關國家標準中都提出，柜體結構必須要采取防凝露措施，包括利用設備局部密封處理、配合無源除濕措施，柜體頂板防凝露設計及處理、做斜坡導水設計，電氣元件采用密封技術制作或者用密封膠封堵等。

柜體內(nèi)部也會加裝加熱器和溫度控制器，在濕度≥75%或者溫度≤5℃的時候啟動設備，在濕度≤65%或者溫度大于等于15℃的時候停止設備，可以有效的控制內(nèi)部凝露的形成。

關于變配電站房以及值班室控制室等站房主體建筑物的防凝露治理，GB50053-2013《20kV及以下變電所設計》中6.3.5條規(guī)定：在采暖地區(qū)，控制室和值班室應設置采暖裝置。配電室內(nèi)溫度低影響電氣設備元件和儀表的正常運行時，也應設置采暖裝置或采取局部采暖措施。GB50613-2010《城市配電網(wǎng)規(guī)劃設計規(guī)范》中11.2.2條規(guī)定：變配電站內(nèi)設置采暖、空調(diào)設備的房間宜采用節(jié)能措施。

目前傳統(tǒng)變配電站房提高環(huán)境溫度和防凝露除濕一般采取如下措施：采用空調(diào)或者電熱油汀制熱，來提高站房內(nèi)的溫度；采用空調(diào)除濕功能，或安裝冷凝式除濕機除濕，來降低空氣濕度；對空氣中的粉塵沒有什么好的辦法。這些傳統(tǒng)技術，不是耗能高，就是效果不明顯，不能滿足未來低碳節(jié)能、綠色發(fā)展的需求。

3 遠紅外加熱除濕技術

太陽光其實就是電磁波，根據(jù)不同的波長把太陽光劃分為了不同的波段，每一種波所攜帶的能量的不同，紅外線就是太陽光其中一個波段內(nèi)的電磁波，類似于無線電波和紫外線等。科學研究表示，而遠紅外線所攜帶的能量占據(jù)了太陽輻射所有能量的百分比高達72%，可見遠紅外線是一種高能量射線，遠紅外線的波長范圍是紅外線范圍波段中最寬的，波長范圍為4μm～1000μm，而其中最富含能量波段的波長范圍為8μm～14μm（如圖2所示）。

圖2 太陽光波長圖

研究證明遠紅外線有很強的滲透力和輻射力，非常容易被物體吸收并轉化為物體的內(nèi)能，當遠紅外線照射到被加熱的物體時，由于真實世界中不存在完美的黑體，因此會有一部分射線被反射回來，而另外一部分遠紅外線則會穿透物體；遠紅外線又具有顯著的溫控效應和共振效應，當遠紅外線穿透物體表面時，就會導致被加熱的物體內(nèi)的分子或原子結構吸收遠紅外線的能量，而產(chǎn)生強烈的振動，這種振動會使物體內(nèi)部和表面的溫度升高，從而達到了加熱物體的目的。

遠紅外加熱除濕裝置就是利用遠紅外溫控效應和共振效應的技術通過科學方法研制的，選用接近于完美黑體的半導體材料，同時將非金屬半導體電材料經(jīng)過納米技術和特殊工藝制作成特殊漿料，再利用網(wǎng)印技術、高溫燒結等工藝，將半導體漿料完美的貼合在高透防爆的微晶玻璃表面，制成一層無機非金屬遠紅外導體電阻層，不同的半導體材料的用量會形成不同功耗的裝置。

遠紅外加熱除濕裝置上的無機非金屬遠紅外導體電阻層在電場的作用下，會輻射大量的波長為8μm～14μm的俗稱“生命光線”的遠紅外線，配電房內(nèi)的電氣設備以及地面墻體等均處于其輻射范圍之內(nèi)，在電氣設備接收到遠紅外線輻射之后，遠紅外線的能量被吸收轉換為設備的熱能，使電氣設備內(nèi)部和表面的溫度升高，這樣輻射的加熱速度快于空氣傳熱，周圍物體處于一起升溫的狀態(tài)，因此會使配電房內(nèi)部的環(huán)境溫度更均衡。

遠紅外加熱除濕的優(yōu)勢如下：

電熱轉換率高：遠紅外線的傳熱形式是輻射傳熱，由電磁波傳遞能量，因為沒有傳輸介質(zhì)，中間不會損耗能量。電熱轉換率高達98%以上，紅外輻射率可達85%以上。

熱效率高：發(fā)熱層原料中半導體膠能產(chǎn)生大量的遠紅外線，使之熱效率提高了120～180%。

空間利用率高：遠紅外加熱除濕裝置采用懸掛吊頂方式安裝，主要安裝于需加熱的設備之上，非常適用于空間有限的小型化站房（預制艙）。

升溫速率快：遠紅外加熱除濕裝置在通電后，3分鐘左右表面溫度可以達到180度以上，快速形成較強的遠紅外熱輻射，因為是輻射制熱，所以會快速的使受體表面溫度上升。

工作能耗低：遠紅外加熱除濕裝置可根據(jù)實際情況設計成不同功率的產(chǎn)品，額定功率在1300W～1800W之間，低于空調(diào)制熱和電熱油汀制熱的功率，因電能全部轉化成熱能，本身無損耗，比其他供暖產(chǎn)品節(jié)能60%以上。

環(huán)境影響小：遠紅外除濕裝置在工作過程中，完全靜音，相比于空調(diào)外機工作中會發(fā)出噪音和電熱油汀會產(chǎn)生浮塵等設備，不會產(chǎn)生浮塵和噪音，對于周圍居民以及配電站房內(nèi)部的電氣設備無任何影響。

使用壽命長：遠紅外加熱除濕裝置的結構簡單，元器件少，不需要維護，使用壽命長，一般使用壽命在20年以上。而傳統(tǒng)的空調(diào)的壽命差不多在6～10年，電熱油汀的壽命差不多的5～8年左右。

4 應用方式及治理效果

變（配）電站房防凝露治理是一個多系統(tǒng)多設備相結合的工作，如何將多重設備根據(jù)科學有效的配置方式，實現(xiàn)精細化的管理，使其工作在合理的方式上，既達到了有效的防凝露除濕的效果，又極大的提高了設備的工作效率，降低設備的能耗，達到節(jié)能環(huán)保的效果。

一個智能化的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)加上節(jié)能型的設備，無人看守，遠程查看，采用多個高精度環(huán)境傳感器，實時精確的采集配電房中各個位置的環(huán)境參數(shù)，可以根據(jù)實時環(huán)境的變化來聯(lián)動軸流風機、水泵、遠紅外加熱除濕裝置等輔助設施，完成自動的閉環(huán)控制和告警。

圖4 治理前和治理后對比

一旦濕度超過了75%，則同時打開風機和遠紅外加熱裝置，提高電氣設備表面溫度，增大周圍空氣的含水量，同時通過風機將高濕的氣體排出，減少了空氣中的水汽量絕對值；當濕度低于45%時，則同時停止設備，降低了能耗。環(huán)境溫度低于5℃時，打開遠紅外加熱裝置，提高電氣表面溫度，使其不容易在低溫下產(chǎn)生凝露，同時也減少了設備因為低溫造成的影響；當溫度達到15℃的時候，則停止設備。

一般配電站房內(nèi)部，會按照一排高壓柜、兩排低壓柜的形式進行設備布局，為了使得紅外輻射的效果最大化，分別在每一排高、低壓柜上方安裝2套至3套1300～1500w左右的大的遠紅外加熱除濕裝置。也可以按照每30平米的面積，配置1套遠紅外加熱除濕裝置來匹配。如圖3所示。

圖3 高壓柜和低壓柜安裝方式

治理之前配電房的濕度基本維持在70%-75%，通過節(jié)能型的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)治理之后，基本濕度維持在50%以下。

5 結語

遠紅外加熱除濕裝置有明顯的性價比優(yōu)勢，相比于原先配電站房（預制艙、辦公樓等）使用傳統(tǒng)的空調(diào)或電油汀來提升室內(nèi)溫度，采用遠紅外加熱的方式具有低功耗、升溫快、無噪音、電熱轉換率高、無揚塵以及使用壽命長等優(yōu)點。完全符合國家電網(wǎng)“能源轉型、綠色發(fā)展”的理念，在實現(xiàn)國家“碳達峰、碳中和”的目標過程中，具有非常重要的作用。