戶外環(huán)網(wǎng)柜混合動(dòng)力除濕裝置研究與應(yīng)用

張琰美，陳詩(shī)嫻，李建杭，陳 剛

（國(guó)網(wǎng)福建省龍巖市新羅區(qū)供電公司，福建 龍巖 364099）

1 課題背景

近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步、設(shè)備材料的革新、施工工藝的日趨成熟，各類(lèi)開(kāi)關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、端子箱、控制柜、電動(dòng)刀閘箱、配線柜等都向緊湊型方向發(fā)展。由于柜內(nèi)空間狹窄、相間距離小，且柜體密封，空氣濕度過(guò)大設(shè)備表面凝聚水分，引起霉菌滋生加快，金屬腐蝕加快導(dǎo)致接觸面氧化，接觸電阻增大，柜內(nèi)元器件及接線端子容易受潮發(fā)生短路或接地故障，導(dǎo)致設(shè)備的絕緣性能降低，給開(kāi)關(guān)設(shè)備的安全帶來(lái)威脅，容易造成事故的發(fā)生[1]，如圖1所示。

圖1 環(huán)網(wǎng)柜凝露故障

傳統(tǒng)防凝露技術(shù)方法主要分為2 類(lèi)：提升輔助設(shè)施和改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。提升輔助設(shè)施主要是指在配電室采取強(qiáng)制通風(fēng)或設(shè)置除濕裝置等控制溫濕度。國(guó)內(nèi)在除濕和防治、消除凝露方面主要采用凝露加熱法、濕度加熱法、通風(fēng)法和半導(dǎo)體冷凝除濕法等技術(shù)手段；改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是因?yàn)槌凉裱b置在安裝應(yīng)用、運(yùn)行維護(hù)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程控制等方面存在功能缺陷，信息化、自動(dòng)化、智能化水平不足。因此，項(xiàng)目針對(duì)開(kāi)關(guān)柜開(kāi)展凝露機(jī)理、冷凝技術(shù)、微熱空氣循環(huán)技術(shù)、集中監(jiān)測(cè)預(yù)警等技術(shù)研究，提高開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行異常技術(shù)防護(hù)水平和管理水平[2]。

2 問(wèn)題分析

由于環(huán)網(wǎng)柜安裝于室外裸露環(huán)境，其安全可靠性極易受到自然環(huán)境的影響，尤其是受空氣中濕度的影響最大。由于環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)溫度較低，當(dāng)空氣中的水蒸氣遇到溫度較低的環(huán)網(wǎng)柜金屬表面后，會(huì)在表面上凝結(jié)形成凝露，凝露會(huì)加快開(kāi)關(guān)的銹蝕速度、降低設(shè)備絕緣性能、引起開(kāi)關(guān)跳閘、造成設(shè)備短路甚至爆炸，嚴(yán)重威脅人員和設(shè)備安全[3]。

如圖2 所示，通過(guò)查閱環(huán)網(wǎng)柜基礎(chǔ)施工工藝圖，潮氣（濕氣）主要從環(huán)網(wǎng)柜基礎(chǔ)內(nèi)電纜室匯集，然后滲入到環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)，遇冷凝結(jié)成凝露（水珠），進(jìn)而危害電氣電子設(shè)備。

圖2 環(huán)網(wǎng)柜基礎(chǔ)施工工藝圖

因此，通過(guò)相關(guān)手段控制環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)溫濕度，限制凝露情況的發(fā)生是當(dāng)前的重要工作。

3 戶外環(huán)網(wǎng)柜混合動(dòng)力除濕裝置的結(jié)構(gòu)

針對(duì)以上問(wèn)題，技術(shù)人員設(shè)計(jì)了一種戶外環(huán)網(wǎng)柜混合動(dòng)力除濕裝置，旨在提供更高效和可靠的除濕功能。

3.1 有動(dòng)力通風(fēng)單元

有動(dòng)力通風(fēng)單元是裝置的第1 個(gè)部分，強(qiáng)化了通風(fēng)效果。它由電源、控制模塊和電動(dòng)風(fēng)機(jī)組成[4]。電源提供能量，控制模塊負(fù)責(zé)控制電動(dòng)風(fēng)機(jī)的工作。電動(dòng)風(fēng)機(jī)則使用電力驅(qū)動(dòng)，能有效地增強(qiáng)通風(fēng)效果[5]。此外為了更精確的控制溫濕度，還配備了高精度的溫濕度傳感器和液晶顯示設(shè)備，巡視人員可以隨時(shí)讀取溫濕度數(shù)值，如圖3 所示。

圖3 有動(dòng)力通風(fēng)單元

3.2 無(wú)動(dòng)力通風(fēng)單元

無(wú)動(dòng)力通風(fēng)單元是裝置的第2 個(gè)部分，主要負(fù)責(zé)排出潮濕空氣。電纜隧道無(wú)動(dòng)力通風(fēng)與智能監(jiān)測(cè)裝置，只需在電纜豎井口安裝一套無(wú)動(dòng)力風(fēng)機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜隧道的持續(xù)通風(fēng)換氣，如圖4 所示。

圖4 無(wú)動(dòng)力通風(fēng)單元

無(wú)動(dòng)力通風(fēng)是利用環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)外的空氣對(duì)流來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)渦輪旋轉(zhuǎn)。優(yōu)良的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)使通風(fēng)器在微弱的氣流下也能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)無(wú)動(dòng)力除濕裝置的渦輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生離心力，通風(fēng)器下方的空氣從葉片間隙排出，增強(qiáng)了環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的空氣流動(dòng)性，以此來(lái)達(dá)到除濕的效果。當(dāng)一部分氣體排出環(huán)網(wǎng)柜外時(shí)，環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)通風(fēng)器下方形成低壓區(qū)。周?chē)母邏簹饬鞑粩嗔飨虻蛪簠^(qū)，便形成自然通風(fēng)。環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱能，使環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)溫度升高，熱空氣通過(guò)室外環(huán)網(wǎng)柜無(wú)動(dòng)力除濕裝置的通風(fēng)口涌出，在通風(fēng)器下方形成高壓熱空氣區(qū)，催動(dòng)風(fēng)機(jī)渦輪旋轉(zhuǎn)。室外環(huán)網(wǎng)柜無(wú)動(dòng)力除濕裝置只需在環(huán)網(wǎng)柜上方開(kāi)口并安裝無(wú)動(dòng)力風(fēng)機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜的持續(xù)通風(fēng)除濕。

3.3 進(jìn)風(fēng)單元

進(jìn)風(fēng)單元是裝置的第3 個(gè)部分，通過(guò)引入新鮮空氣來(lái)降低濕度。它由進(jìn)風(fēng)口和固定裝置組成。進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)為窄長(zhǎng)形，以便盡可能多地引入新鮮空氣。固定裝置確保了進(jìn)風(fēng)口的穩(wěn)定安裝，如圖5 所示。

圖5 進(jìn)風(fēng)單元

戶外環(huán)網(wǎng)柜混合動(dòng)力除濕裝置通過(guò)結(jié)合無(wú)動(dòng)力通風(fēng)單元、有動(dòng)力通風(fēng)單元和進(jìn)風(fēng)單元，形成了一個(gè)完整而高效的除濕系統(tǒng)，能有效地降低環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的濕度，延長(zhǎng)設(shè)備壽命并保障設(shè)備的正常運(yùn)行，總體布置圖如圖6 所示，裝置的各部分的最佳方案分層圖如圖7 所示。

圖6 總體布置圖

圖7 選擇后除濕裝置最佳方案圖

4 應(yīng)用效果

4.1 有效性驗(yàn)證

技術(shù)人員篩選了20 個(gè)嚴(yán)重的環(huán)網(wǎng)柜，加裝混合動(dòng)力除濕裝置，觀察環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)濕度溫度后的數(shù)值，并記錄下來(lái)，如圖8、表1 所示。

表1 20 個(gè)凝露嚴(yán)重環(huán)網(wǎng)柜除濕情況

圖8 環(huán)網(wǎng)柜除濕裝置除濕效果圖

除濕裝置的除濕性能的穩(wěn)定性非常高，可以保證環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)除濕后濕度 ≤60%RH 。

4.2 推廣價(jià)值驗(yàn)證

環(huán)網(wǎng)柜作為城區(qū)電網(wǎng)中的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題將造成城區(qū)很多重要客戶停電，經(jīng)濟(jì)損失巨大。通過(guò)在環(huán)網(wǎng)柜上安裝室外環(huán)網(wǎng)柜無(wú)動(dòng)力除濕裝置，提高了環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行可靠性，平均每年可減少每臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜停電時(shí)間2 h。平均每臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜所帶的線路的負(fù)荷電流為170 A，則線路的容量為5 100 kW，平均電價(jià)為按0.568 元/(kW·h)計(jì)算，則在安裝室外環(huán)網(wǎng)柜無(wú)動(dòng)力除濕裝置后每臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜每年所帶來(lái)的電費(fèi)收益為5 793.6 元，整個(gè)中心城區(qū)由環(huán)網(wǎng)柜故障減少所帶來(lái)的電費(fèi)收益為3 035 846.4 元。

室外環(huán)網(wǎng)柜無(wú)動(dòng)力除濕裝置應(yīng)用后，可大大提高供電可靠性，大幅度減少了維護(hù)搶修帶來(lái)的車(chē)輛和人工成本。未采用室外環(huán)網(wǎng)柜無(wú)動(dòng)力除濕裝置的環(huán)網(wǎng)柜，每年每臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜的維護(hù)費(fèi)用約為1 000 元，采用室外環(huán)網(wǎng)柜無(wú)動(dòng)力除濕裝置后，可將維護(hù)費(fèi)用降低到200 元，則524 臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜可減少維護(hù)費(fèi)用419 200 元。核心城區(qū)平均每年由于環(huán)網(wǎng)柜發(fā)生故障的停電次數(shù)有24 次，安裝該裝置后發(fā)生環(huán)網(wǎng)柜故障導(dǎo)致的停電次數(shù)可降低到10 次，每次故障需車(chē)輛費(fèi)2000 元和人工費(fèi)用約3 000 元，則每年可節(jié)省70 000 元。

室外環(huán)網(wǎng)柜無(wú)動(dòng)力除濕裝置自應(yīng)用以來(lái)，除濕效果十分明顯，有效地降低了環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部的凝露情況。此成果有巨大的推廣應(yīng)用空間，逐步在供電公司管轄的環(huán)網(wǎng)柜上安裝此無(wú)動(dòng)力除濕裝置。最終實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜無(wú)動(dòng)力除濕裝置實(shí)現(xiàn)全覆蓋，并逐步擴(kuò)大到全省。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文所研究的裝置能夠全天24 h，多環(huán)境下連續(xù)工作，采用高技術(shù)水準(zhǔn)的滾珠軸承，自我潤(rùn)滑，當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)外溫度差超過(guò)0.5 ℃時(shí)，能夠自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)空氣進(jìn)行強(qiáng)制流通，從而解決環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)濕度過(guò)大的問(wèn)題。該裝置具有自適應(yīng)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)除濕的需求，能夠加強(qiáng)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)空氣的流通，并保持環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)濕度在正常的范圍內(nèi)。其圓弧形葉片設(shè)計(jì)，能夠有效排水，防止雨水進(jìn)入渦輪，同時(shí)使空氣由葉片間隙流出，不影響環(huán)網(wǎng)柜的正常運(yùn)行及巡視檢修。此外，該裝置具有無(wú)需能源供應(yīng)、綠色環(huán)保、高效節(jié)能等特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，安裝簡(jiǎn)便，且具有較長(zhǎng)的使用壽命和較好的免維護(hù)性。本文的研究為解決環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)濕度過(guò)大問(wèn)題提供了一種有效的方法，具有較強(qiáng)的實(shí)踐指導(dǎo)意義和理論研究?jī)r(jià)值。