10kV環網箱集成動力自適應除濕裝置研究與應用

李一雯，張曉，張葉，虞越，董意

（國網浙江省電力有限公司臺州市椒江區供電公司，浙江臺州, 318000）

0 引言

近年來，隨著架空線落地措施不斷落實和用戶用電量不斷增加，10kV配電網規模和設備數量也在不斷擴大。10kV配電網環網箱運行環境大多數為陰暗潮濕地帶，極易造成設備凝露積水，且環網箱電纜大部分暴露在空氣中，當空氣嚴重潮濕或凝露積水時，極易造成接頭和柜體之間的絕緣下降，甚至可能會導致空氣擊穿放電或者是短路等事故發生，嚴重影響供電可靠性和電網運行穩定[1-3]。

目前臺州市椒江區城區10 kV電纜線路有124條，主要分布在餐飲、超市、商場較為集中的地段，線路上的設備主要有環網箱和電纜分支箱。截至2019年年底，城區環網箱和電纜分支箱數量分別達到344臺和523臺。近年來，通過巡視發現，城區環網箱、電纜分支箱運行環境較差，常年積水的有31處，雨季積水而平時不積水的有11處。因積水造成設備凝露潮濕，進而引發電網設備的異常情況時有發生。

通過上述現狀分析可知，必須采取有效的措施對環網箱進行除濕干燥處理。下文針對環網箱凝露原因進行分析，并詳細介紹本文研制的10kV環網箱集成動力自適應除濕裝置結構和原理，通過現場試驗驗證了本裝置實際應用效果良好。

1 環網箱凝露原因

1.1 環網箱無加熱設備

目前10kV配電網中運行的環網箱電壓互感器（TV）二次容量較小，無法滿足加熱設備用電需求，因此目前投運的環網箱均無加熱設備。當發生陰雨天氣時，環網箱基礎井內易發生受潮積水情況，潮氣在陰冷環境下將長時間積累存續，從而導致潮氣上涌造成環網箱設備出現凝露。

1.2 環網箱無有效通風裝置

目前10kV配電網中運行的環網箱僅僅通過環網箱基礎井的通風口進行通風，通風效果差，內外氣體不能形成有效對流，潮氣無法跟隨氣體流動而排出，從而長期積累引起設備凝露。

1.3 環網箱內外溫差大

環網箱內電纜、開關等設備運行時會散發大量熱量，導致箱體內溫度相對較高。出現陰雨潮濕天氣時，箱體內外溫差大，加上沒有有效的氣體對流，設備內部極易造成凝露，形成冷凝水[4]。

圖1 環網箱凝露故障

1.4 目前采取的治理措施及效果

（1）環網柜加裝換氣扇。2020年配合城區線路改造工程，陸續完成了對10kV 東郊街線、西關線、興華西線部分環網柜的防凝露改造，環網柜外側加裝換氣扇，內部拆除二次電源室上部蓋板。通過改造，環網柜外部凝露潮濕現象明顯減少，二次電源室凝露基本消除，但開關柜內部凝露依然存在。

（2）對環網柜、電纜分支箱底部進行密封處理。使用防火材料對底部進行密封，隔離電纜井內潮氣或相對溫度較高的氣體進入箱體，以造成箱內冷凝潮濕。為便于施工和封堵，建議優先使用單芯帶鎧裝電纜。由檢修部門負責，在保證安全的前提下，改進分支箱母排排列方式，以便于安裝和封堵。

2 自適應除濕裝置結構與原理

2.1 研究柜下井內空氣對流技術

本裝置由10kV環網箱或箱變提供220V電源（獲得光伏板和電池逆變），通過軸流風機和無動力通風帽配合涵道效應進行除濕，有風時利用無動力通風帽，濕度控制器會根據濕度的情況決定是否啟動軸流風機。有動力通風單元，包括電源和軸流風機。其中，電源要為有動力通風單元提供持續可靠的電源，交直流均可以，功率盡可能大；軸流風機利用PT提供的有限電源，高效地把電纜室的潮氣吸出來，要求能效比最高。進風口的作用是保證電纜室內的氣壓平衡，排出潮氣時需要干燥的空氣進行置換，要求不能異物或雨水不能進入電纜室；固定裝置將有動力通風單元、無動力通風單元固定到水泥地面上（電纜室的上方）。

2.2 研究無動力除濕技術

利用煙筒效應，作為潮氣排出的通道。把除濕裝置和儲能模塊放置在里面，可完全密閉。當風帽與排氣管內徑不一致時，需要風帽與排氣管之間的過渡連接管。無動力通風單元，包括排風管、排風器和過渡連接裝置。其中：排風管利用煙筒效應，作為潮氣排出的通道；排風器把除濕裝置和儲能模塊放置在里面，可完全密閉；當風帽與排氣管內徑不一致時，需要風帽與排氣管之間的過渡連接管。

2.3 研究軸流風機除濕控制技術

控制模塊，包括顯示器和傳感器。其中，顯示器配合按鍵可以設定風機工作模式，是常開還是根據濕度情況開閉；傳感器實時測量電纜室的濕度，并傳輸至控制器，要求測濕度誤差小于1RH%。

10kV環網箱集成動力自適應除濕裝置可根據箱體內部濕度情況實現自適應除濕，由有動力通風單元、無動力通風單元和進風單元三個單元組成，總體結構示意圖如圖2所示。

圖2 自適應除濕裝置總體結構示意圖

自適應除濕裝置的有動力通風單元由電源模塊、控制模塊和軸流風機組成，電源模塊為環網箱上裝配的光伏板和電池逆變，為裝置提供220V電源；控制模塊利用濕度控制器實時監測箱體內部氣體濕度，并實現對軸流風機的自動控制；軸流風機在箱體內濕度超出設定標準時自動啟動實現除濕。

自適應除濕裝置的無動力通風單元由排風管、通風帽和過渡連接裝置組成，排風管利用煙筒效應，作為潮氣排出的通道；通風帽實現有風時加速箱體內部氣體對流，減少潮氣積累；過渡連接裝置實現通風帽與排氣管的過渡連接。

自適應除濕裝置的進風單元由進風口和固定裝置，進風口可實現電纜室內氣壓平衡和空氣置換；固定裝置將有動力通風單元、無動力通風單元進行固定。10kV環網箱集成動力自適應除濕裝置的有動力通風單元和無動力通風單元器件實物圖如圖3所示，整體裝置加裝后的三維效果圖如圖4所示。

圖3 自適應除濕裝置部分器件實物圖

圖4 自適應除濕裝置三維效果圖

3 試驗驗證

3.1 除濕效果分析

篩選120個受潮較嚴重的環網箱（相對濕度大約60%），加裝10kV環網箱集成動力自適應除濕裝置，觀察環網箱內濕度溫度后的數值，并記錄下來如表1所示。

表1 120個凝露嚴重環網箱除濕情況

3.2 經濟效益分析

在秋檢過程中，對120臺環網箱的凝露進行治理，之前制定方案為噴灑聚脲進行封堵，預算為30萬，改為加裝10kV環網箱集成動力自適應除濕裝置后，裝置量產成本為600元/套，120套共計7.2萬元，為公司節約大修資金22.8萬元，實現實際經濟效益22.8萬元。

3.3 社會效益分析

統計加裝前后10kV環網箱集成動力自適應除濕裝置前配電線路跳閘原因，并據此繪制配電線路跳閘原因排列圖如圖5、圖6所示。

圖5 2019年加裝前配電線路跳閘原因排列圖

圖6 2020年加裝后配電線路跳閘原因排列圖

通過加裝本裝置前后配電線路的跳閘原因變化可知，加裝10kV環網箱集成動力自適應除濕裝置后，因凝露導致配電線路跳閘的占比由43%降至6%，減少了10kV配電線路跳閘次數，也進一步驗證了本裝置除濕效果良好。

4 結語

本裝置由10kV環網箱提供電源（或者光伏板和電池搭配），通過軸流風機和無動力通風帽配合涵道效應進行除濕，有風時利用無動力通風帽，濕度控制器會根據濕度的情況決定是否啟動軸流風機。

本文統計分析得到臺州市椒江區10kV配電網環網箱、電纜分支箱運行環境大多數為陰暗潮濕地帶，極易造成設備凝露積水，容易引起開關二次端子短路、設備本體銹蝕、電纜絕緣水平下降等危害，影響電網影響供電可靠性和電網運行穩定。

本文針對10kV環網箱箱體內凝露形成的主要原因，研制了一種10kV環網箱集成動力自適應除濕裝置，當箱體內受潮程度未達到設定標準時，利用無動力通風單元和風力實現平時的自動除潮效果，當箱體內受潮程度超出設定標準時，利用有動力單元和太陽能實現強力除潮效果，最后通過現場試驗驗證了該自適應除濕裝置的除濕效果、經濟效益和社會效益，具備良好的應用前景和推廣價值。