龐增輝+劉世安+許格

摘 要：變電站室外箱柜的安全運(yùn)行是變電一次設(shè)備正常運(yùn)行和二次保護(hù)正常動(dòng)作的基本條件。室外箱柜的凝露問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致各種一、二次設(shè)備的故障和缺陷，嚴(yán)重影響電力設(shè)備和電網(wǎng)正常運(yùn)行。文章闡述了凝造詞露這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原理，分析了露點(diǎn)與溫度、相對(duì)濕度的關(guān)系。并且通過(guò)對(duì)變電站室外箱柜凝露模型進(jìn)行分析，闡明了影響變電站室外箱柜凝露的直接因素。由影響變電站室外箱柜凝露的直接因素進(jìn)一步引出了間接因素：箱柜材質(zhì)、柜壁厚度，并分析了兩者對(duì)凝露的影響。另外該文還對(duì)目前普遍采用的凝露防治措施的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行探討并提出建議。

關(guān)鍵詞：露點(diǎn) 變電站 相對(duì)濕度 凝露

中圖分類號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）12（a）-0001-03

凝露是自然界中極為普遍的一種物理現(xiàn)象。夏天我們從冰箱中拿出冷藏的飲料時(shí)，總是會(huì)發(fā)現(xiàn)飲料瓶外壁不一會(huì)就有很多的水珠凝結(jié)，這就是一種凝露現(xiàn)象。

在外界溫濕度變化劇烈的天氣情況下，變電站室外箱柜內(nèi)部也會(huì)發(fā)生凝露現(xiàn)象，并導(dǎo)致以下可能的危害。

（1）箱內(nèi)操作機(jī)構(gòu)、二次設(shè)備等銹蝕、霉變，降低設(shè)備使用壽命。

（2）機(jī)構(gòu)箱內(nèi)機(jī)構(gòu)銹蝕卡澀，導(dǎo)致操作不到位。

（3）直流接地，引起保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。

（4）端子排的螺絲、連接片因生銹導(dǎo)致接觸不良，使得二次回路開(kāi)路，保護(hù)裝置拒動(dòng)或誤動(dòng)等。

以上問(wèn)題均嚴(yán)重威脅到設(shè)備和電網(wǎng)的安全，故積極采取措施防止變電站室外箱柜發(fā)生凝露具有十分重要的意義。

該文研究了變電站室外箱柜凝露產(chǎn)生的原理，并據(jù)此提出防治措施。

1 凝露產(chǎn)生的原理

1.1 露點(diǎn)

當(dāng)與空氣接觸的物體表面溫度低于空氣的露點(diǎn)時(shí)，則其表面必發(fā)生凝露現(xiàn)象。露點(diǎn)或露點(diǎn)溫度是指在固定氣壓之下，空氣中所含的氣態(tài)水達(dá)到飽和而凝結(jié)成液態(tài)水所需要降至的溫度。

1.2 相對(duì)濕度

相對(duì)濕度（RH）表示的是單位體積空氣內(nèi)實(shí)際所含的水氣密度（d1）和相同溫度下飽和水氣密度（d2）的百分比，即RH（%）=d1/d2×100%；相對(duì)濕度還可以用實(shí)際的空氣水氣壓強(qiáng)（Pn）和同溫度下飽和水氣壓強(qiáng)（Ps）的百分比來(lái)表示，即RH（%）= Pn/Ps×100%。

溫度越高的空氣，能夠容納的水汽就越多；溫度越低的空氣，其內(nèi)部水汽越容易達(dá)到飽和。所以，飽和濕空氣的水蒸氣分壓力Ps與空氣溫度t成正比。因此對(duì)于空氣來(lái)說(shuō)其相對(duì)濕度RH隨溫度t的升高而降低。

1.3 露點(diǎn)與溫度、相對(duì)濕度關(guān)系

露點(diǎn)Td與空氣溫度T、相對(duì)濕度RH三者沒(méi)有確切的函數(shù)關(guān)系，只有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表1為部分經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

由表1可得到溫度T、露點(diǎn)Td與相對(duì)濕度RH的關(guān)系曲線圖1。

由圖1可知，在空氣溫度保持不變的情況下，相對(duì)濕度越高，其露點(diǎn)溫度也越高且越接近空氣溫度。也就是說(shuō)相對(duì)濕度越高的空氣越容易因氣溫突變而發(fā)生凝露。室外箱柜凝露一般發(fā)生在箱柜壁內(nèi)表面，當(dāng)柜壁內(nèi)表面溫度降低到柜內(nèi)空氣的露點(diǎn)以下時(shí)，就會(huì)在內(nèi)壁產(chǎn)生凝露。因此防治變電站室外箱柜凝露問(wèn)題的重點(diǎn)在于提高箱柜壁內(nèi)表面溫度和降低箱柜內(nèi)部空氣的相對(duì)濕度。

2 變電站室外箱柜凝露模型分析

在理想的情況下，箱柜密封良好，內(nèi)外空氣只通過(guò)柜壁產(chǎn)生熱交換，可將其視為單層無(wú)限大平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系統(tǒng)。

在單層無(wú)限大平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系統(tǒng)中，從傅里葉定律可知，熱流密度與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系式可簡(jiǎn)化為：

式中q為熱流密度，表示單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)物體單位橫截面積上的熱量；

λ為導(dǎo)熱系數(shù)，表示1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K，℃）時(shí)，在1 s內(nèi)，通過(guò)1 m2面積傳遞的熱量；

Δt為平壁內(nèi)外表面溫度差；

δ為平壁厚度。

從牛頓冷卻公式可知：

式中q為熱流密度；

h為對(duì)流換熱系數(shù)，當(dāng)流體與固體表面之間的溫度差為1 K時(shí)，1 m2壁面面積在每秒所能傳遞的熱量；

Δt為流體和平壁表面的的溫度差；

在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系統(tǒng)中，同一時(shí)間通過(guò)平壁內(nèi)表面和外表面的熱量是相等的的，根據(jù)上述兩個(gè)公式可得到方程組：

對(duì)此求解得到柜壁內(nèi)表面溫度：

而只要滿足ti>Td，就可以保證箱柜內(nèi)部不產(chǎn)生凝露。因此，在柜內(nèi)空氣溫濕度不變（即對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度Td也不變）的情況下柜壁內(nèi)表面溫度ti越大越好。

為了大致的表明柜壁內(nèi)表面溫度與其他參數(shù)的關(guān)系，假定現(xiàn)實(shí)中正常運(yùn)行工況下的一組已知數(shù)據(jù)：柜壁厚度δ=0.005 m，內(nèi)部空氣溫度t1=10 ℃，外界空氣溫度t2=0 ℃，空氣自然對(duì)流換熱系數(shù)h=10 W/（℃），則可得到ti與箱體材料導(dǎo)熱系數(shù)λ的關(guān)系曲線，如圖3所示。

從圖3可以看出，在柜壁材料導(dǎo)熱系數(shù)不大的情況下，柜壁內(nèi)表面溫度對(duì)柜壁材料導(dǎo)熱系數(shù)的變化是很敏感的。

再假定現(xiàn)實(shí)中正常運(yùn)行工況下的一組已知數(shù)據(jù)：箱體材料導(dǎo)熱系數(shù)（以鐵為例）λ=50 W/（m·℃），內(nèi)部空氣溫度t1=10℃，外界空氣溫度t2=0 ℃，空氣自然對(duì)流換熱系數(shù)h=10 W/（m2·℃），則可得到ti與柜壁厚度δ的關(guān)系曲線，如圖4所示。

從圖4中可以看出，在柜壁厚度不大的情況下，柜壁內(nèi)表面溫度對(duì)柜壁厚度的變化不敏感。

3 凝露的防治措施

從凝露產(chǎn)生的原理可以知道，要想解決變電站室外箱柜凝露的問(wèn)題，則必須提高箱柜壁內(nèi)表面溫度、減小箱柜內(nèi)部空氣相對(duì)濕度。根據(jù)本文的變電站室外箱柜凝露模型分析，提出以下凝露防治措施：即箱體或易凝露部位使用低導(dǎo)熱系數(shù)的材料，或噴涂保溫涂料。

目前變電站室外箱柜普遍采用冷軋鋼板和不銹鋼，這兩類材料導(dǎo)熱系數(shù)極高。從圖3中可以看出，高導(dǎo)熱系數(shù)的材料對(duì)提高柜壁內(nèi)表面溫度非常不利。而降低箱體材料的導(dǎo)熱系數(shù)，在一定范圍內(nèi)能迅速提高柜內(nèi)壁溫度，使其遠(yuǎn)離露點(diǎn)，從而避免凝露。因此采用低導(dǎo)熱系數(shù)材料或噴涂保溫涂料的方式，能極大的增強(qiáng)這兩類箱柜的凝露防治效果。

除此之外目前變電站室外箱柜使用的防治凝露措施有以下幾種。

（1）箱內(nèi)安裝加熱器。在箱柜內(nèi)部安裝加熱器作為變電站內(nèi)普遍使用的一種凝露防治方式，能在一定程度上提高柜壁內(nèi)表面溫度，從而減小凝露的出現(xiàn)。但由于其啟動(dòng)定值無(wú)法量化，只能根據(jù)廠家或技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定，往往出現(xiàn)啟動(dòng)不及時(shí)或不啟動(dòng)的情況。而有些變電站為解決這個(gè)問(wèn)題則會(huì)在凝露易發(fā)的秋冬季將其設(shè)為手動(dòng)投入模式。雖然此方法能有效改善凝露問(wèn)題，但同時(shí)也造成了箱柜長(zhǎng)期處于高溫運(yùn)行，影響柜內(nèi)設(shè)備壽命。

（2）增加通風(fēng)口。增加通風(fēng)口能起到排出箱內(nèi)多余水汽，降低箱內(nèi)濕度的作用，從而減小凝露風(fēng)險(xiǎn)。但在高濕度或多雨季節(jié)也非常容易造成濕氣侵入，一但溫差變化較大就很容易導(dǎo)致箱柜凝露，所以一般作為輔助措施。

（3）采用空調(diào)除濕。部分變電站對(duì)箱體較大，較重要的箱柜采用空調(diào)除濕的方法降低柜內(nèi)空氣相對(duì)濕度。此方法在防止凝露的效果上非常明顯，但同樣有啟動(dòng)定值設(shè)定困難的問(wèn)題，往往在不需要空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，浪費(fèi)大量電力。同時(shí)使用維護(hù)成本也比較高。

4 結(jié)語(yǔ)

該文通過(guò)對(duì)變電站室外箱柜凝露的模型理論分析，闡明了箱柜材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)和柜壁厚度對(duì)于凝露過(guò)程的影響。提出對(duì)室外箱體或箱體的易凝露部位使用低導(dǎo)熱系數(shù)的材料，或噴涂保溫涂料來(lái)達(dá)到防治凝露的方法，并對(duì)目前變電站內(nèi)普遍使用的幾種防治凝露措施的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行探討分析。對(duì)變電站室外箱柜凝露問(wèn)題的防治和箱柜設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 許國(guó)良，王曉墨，鄔田華，等.工程傳熱學(xué) [M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2] 周軍，周文越.開(kāi)關(guān)柜防凝露控制技術(shù)淺談[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（1）：57.

[3] 馬儀成，郭勝軍，朱云霄.變電站戶外產(chǎn)品防止凝露措施[J].河南科技，2011（2）：69-70.

[4] 杜崇杰，范慶池.500kVHGIS匯控柜凝露原因分析及改進(jìn)措施[J].河北電力技術(shù)，2009，28（6）：6-19.

[5] 姜毅，周成華，郭俊峰，等.智能端子箱防凝露控制器的研制與試驗(yàn)研究[J].高壓電器，2010，45（8）：59-62.

摘 要：變電站室外箱柜的安全運(yùn)行是變電一次設(shè)備正常運(yùn)行和二次保護(hù)正常動(dòng)作的基本條件。室外箱柜的凝露問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致各種一、二次設(shè)備的故障和缺陷，嚴(yán)重影響電力設(shè)備和電網(wǎng)正常運(yùn)行。文章闡述了凝造詞露這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原理，分析了露點(diǎn)與溫度、相對(duì)濕度的關(guān)系。并且通過(guò)對(duì)變電站室外箱柜凝露模型進(jìn)行分析，闡明了影響變電站室外箱柜凝露的直接因素。由影響變電站室外箱柜凝露的直接因素進(jìn)一步引出了間接因素：箱柜材質(zhì)、柜壁厚度，并分析了兩者對(duì)凝露的影響。另外該文還對(duì)目前普遍采用的凝露防治措施的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行探討并提出建議。

關(guān)鍵詞：露點(diǎn) 變電站 相對(duì)濕度 凝露

中圖分類號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）12（a）-0001-03

凝露是自然界中極為普遍的一種物理現(xiàn)象。夏天我們從冰箱中拿出冷藏的飲料時(shí)，總是會(huì)發(fā)現(xiàn)飲料瓶外壁不一會(huì)就有很多的水珠凝結(jié)，這就是一種凝露現(xiàn)象。

在外界溫濕度變化劇烈的天氣情況下，變電站室外箱柜內(nèi)部也會(huì)發(fā)生凝露現(xiàn)象，并導(dǎo)致以下可能的危害。

（1）箱內(nèi)操作機(jī)構(gòu)、二次設(shè)備等銹蝕、霉變，降低設(shè)備使用壽命。

（2）機(jī)構(gòu)箱內(nèi)機(jī)構(gòu)銹蝕卡澀，導(dǎo)致操作不到位。

（3）直流接地，引起保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。

（4）端子排的螺絲、連接片因生銹導(dǎo)致接觸不良，使得二次回路開(kāi)路，保護(hù)裝置拒動(dòng)或誤動(dòng)等。

以上問(wèn)題均嚴(yán)重威脅到設(shè)備和電網(wǎng)的安全，故積極采取措施防止變電站室外箱柜發(fā)生凝露具有十分重要的意義。

該文研究了變電站室外箱柜凝露產(chǎn)生的原理，并據(jù)此提出防治措施。

1 凝露產(chǎn)生的原理

1.1 露點(diǎn)

當(dāng)與空氣接觸的物體表面溫度低于空氣的露點(diǎn)時(shí)，則其表面必發(fā)生凝露現(xiàn)象。露點(diǎn)或露點(diǎn)溫度是指在固定氣壓之下，空氣中所含的氣態(tài)水達(dá)到飽和而凝結(jié)成液態(tài)水所需要降至的溫度。

1.2 相對(duì)濕度

相對(duì)濕度（RH）表示的是單位體積空氣內(nèi)實(shí)際所含的水氣密度（d1）和相同溫度下飽和水氣密度（d2）的百分比，即RH（%）=d1/d2×100%；相對(duì)濕度還可以用實(shí)際的空氣水氣壓強(qiáng)（Pn）和同溫度下飽和水氣壓強(qiáng)（Ps）的百分比來(lái)表示，即RH（%）= Pn/Ps×100%。

溫度越高的空氣，能夠容納的水汽就越多；溫度越低的空氣，其內(nèi)部水汽越容易達(dá)到飽和。所以，飽和濕空氣的水蒸氣分壓力Ps與空氣溫度t成正比。因此對(duì)于空氣來(lái)說(shuō)其相對(duì)濕度RH隨溫度t的升高而降低。

1.3 露點(diǎn)與溫度、相對(duì)濕度關(guān)系

露點(diǎn)Td與空氣溫度T、相對(duì)濕度RH三者沒(méi)有確切的函數(shù)關(guān)系，只有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表1為部分經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

由表1可得到溫度T、露點(diǎn)Td與相對(duì)濕度RH的關(guān)系曲線圖1。

由圖1可知，在空氣溫度保持不變的情況下，相對(duì)濕度越高，其露點(diǎn)溫度也越高且越接近空氣溫度。也就是說(shuō)相對(duì)濕度越高的空氣越容易因氣溫突變而發(fā)生凝露。室外箱柜凝露一般發(fā)生在箱柜壁內(nèi)表面，當(dāng)柜壁內(nèi)表面溫度降低到柜內(nèi)空氣的露點(diǎn)以下時(shí)，就會(huì)在內(nèi)壁產(chǎn)生凝露。因此防治變電站室外箱柜凝露問(wèn)題的重點(diǎn)在于提高箱柜壁內(nèi)表面溫度和降低箱柜內(nèi)部空氣的相對(duì)濕度。

2 變電站室外箱柜凝露模型分析

在理想的情況下，箱柜密封良好，內(nèi)外空氣只通過(guò)柜壁產(chǎn)生熱交換，可將其視為單層無(wú)限大平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系統(tǒng)。

在單層無(wú)限大平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系統(tǒng)中，從傅里葉定律可知，熱流密度與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系式可簡(jiǎn)化為：

式中q為熱流密度，表示單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)物體單位橫截面積上的熱量；

λ為導(dǎo)熱系數(shù)，表示1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K，℃）時(shí)，在1 s內(nèi)，通過(guò)1 m2面積傳遞的熱量；

Δt為平壁內(nèi)外表面溫度差；

δ為平壁厚度。

從牛頓冷卻公式可知：

式中q為熱流密度；

h為對(duì)流換熱系數(shù)，當(dāng)流體與固體表面之間的溫度差為1 K時(shí)，1 m2壁面面積在每秒所能傳遞的熱量；

Δt為流體和平壁表面的的溫度差；

在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系統(tǒng)中，同一時(shí)間通過(guò)平壁內(nèi)表面和外表面的熱量是相等的的，根據(jù)上述兩個(gè)公式可得到方程組：

對(duì)此求解得到柜壁內(nèi)表面溫度：

而只要滿足ti>Td，就可以保證箱柜內(nèi)部不產(chǎn)生凝露。因此，在柜內(nèi)空氣溫濕度不變（即對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度Td也不變）的情況下柜壁內(nèi)表面溫度ti越大越好。

為了大致的表明柜壁內(nèi)表面溫度與其他參數(shù)的關(guān)系，假定現(xiàn)實(shí)中正常運(yùn)行工況下的一組已知數(shù)據(jù)：柜壁厚度δ=0.005 m，內(nèi)部空氣溫度t1=10 ℃，外界空氣溫度t2=0 ℃，空氣自然對(duì)流換熱系數(shù)h=10 W/（℃），則可得到ti與箱體材料導(dǎo)熱系數(shù)λ的關(guān)系曲線，如圖3所示。

從圖3可以看出，在柜壁材料導(dǎo)熱系數(shù)不大的情況下，柜壁內(nèi)表面溫度對(duì)柜壁材料導(dǎo)熱系數(shù)的變化是很敏感的。

再假定現(xiàn)實(shí)中正常運(yùn)行工況下的一組已知數(shù)據(jù)：箱體材料導(dǎo)熱系數(shù)（以鐵為例）λ=50 W/（m·℃），內(nèi)部空氣溫度t1=10℃，外界空氣溫度t2=0 ℃，空氣自然對(duì)流換熱系數(shù)h=10 W/（m2·℃），則可得到ti與柜壁厚度δ的關(guān)系曲線，如圖4所示。

從圖4中可以看出，在柜壁厚度不大的情況下，柜壁內(nèi)表面溫度對(duì)柜壁厚度的變化不敏感。

3 凝露的防治措施

從凝露產(chǎn)生的原理可以知道，要想解決變電站室外箱柜凝露的問(wèn)題，則必須提高箱柜壁內(nèi)表面溫度、減小箱柜內(nèi)部空氣相對(duì)濕度。根據(jù)本文的變電站室外箱柜凝露模型分析，提出以下凝露防治措施：即箱體或易凝露部位使用低導(dǎo)熱系數(shù)的材料，或噴涂保溫涂料。

目前變電站室外箱柜普遍采用冷軋鋼板和不銹鋼，這兩類材料導(dǎo)熱系數(shù)極高。從圖3中可以看出，高導(dǎo)熱系數(shù)的材料對(duì)提高柜壁內(nèi)表面溫度非常不利。而降低箱體材料的導(dǎo)熱系數(shù)，在一定范圍內(nèi)能迅速提高柜內(nèi)壁溫度，使其遠(yuǎn)離露點(diǎn)，從而避免凝露。因此采用低導(dǎo)熱系數(shù)材料或噴涂保溫涂料的方式，能極大的增強(qiáng)這兩類箱柜的凝露防治效果。

除此之外目前變電站室外箱柜使用的防治凝露措施有以下幾種。

（1）箱內(nèi)安裝加熱器。在箱柜內(nèi)部安裝加熱器作為變電站內(nèi)普遍使用的一種凝露防治方式，能在一定程度上提高柜壁內(nèi)表面溫度，從而減小凝露的出現(xiàn)。但由于其啟動(dòng)定值無(wú)法量化，只能根據(jù)廠家或技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定，往往出現(xiàn)啟動(dòng)不及時(shí)或不啟動(dòng)的情況。而有些變電站為解決這個(gè)問(wèn)題則會(huì)在凝露易發(fā)的秋冬季將其設(shè)為手動(dòng)投入模式。雖然此方法能有效改善凝露問(wèn)題，但同時(shí)也造成了箱柜長(zhǎng)期處于高溫運(yùn)行，影響柜內(nèi)設(shè)備壽命。

（2）增加通風(fēng)口。增加通風(fēng)口能起到排出箱內(nèi)多余水汽，降低箱內(nèi)濕度的作用，從而減小凝露風(fēng)險(xiǎn)。但在高濕度或多雨季節(jié)也非常容易造成濕氣侵入，一但溫差變化較大就很容易導(dǎo)致箱柜凝露，所以一般作為輔助措施。

（3）采用空調(diào)除濕。部分變電站對(duì)箱體較大，較重要的箱柜采用空調(diào)除濕的方法降低柜內(nèi)空氣相對(duì)濕度。此方法在防止凝露的效果上非常明顯，但同樣有啟動(dòng)定值設(shè)定困難的問(wèn)題，往往在不需要空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，浪費(fèi)大量電力。同時(shí)使用維護(hù)成本也比較高。

4 結(jié)語(yǔ)

該文通過(guò)對(duì)變電站室外箱柜凝露的模型理論分析，闡明了箱柜材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)和柜壁厚度對(duì)于凝露過(guò)程的影響。提出對(duì)室外箱體或箱體的易凝露部位使用低導(dǎo)熱系數(shù)的材料，或噴涂保溫涂料來(lái)達(dá)到防治凝露的方法，并對(duì)目前變電站內(nèi)普遍使用的幾種防治凝露措施的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行探討分析。對(duì)變電站室外箱柜凝露問(wèn)題的防治和箱柜設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 許國(guó)良，王曉墨，鄔田華，等.工程傳熱學(xué) [M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2] 周軍，周文越.開(kāi)關(guān)柜防凝露控制技術(shù)淺談[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（1）：57.

[3] 馬儀成，郭勝軍，朱云霄.變電站戶外產(chǎn)品防止凝露措施[J].河南科技，2011（2）：69-70.

[4] 杜崇杰，范慶池.500kVHGIS匯控柜凝露原因分析及改進(jìn)措施[J].河北電力技術(shù)，2009，28（6）：6-19.

[5] 姜毅，周成華，郭俊峰，等.智能端子箱防凝露控制器的研制與試驗(yàn)研究[J].高壓電器，2010，45（8）：59-62.

摘 要：變電站室外箱柜的安全運(yùn)行是變電一次設(shè)備正常運(yùn)行和二次保護(hù)正常動(dòng)作的基本條件。室外箱柜的凝露問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致各種一、二次設(shè)備的故障和缺陷，嚴(yán)重影響電力設(shè)備和電網(wǎng)正常運(yùn)行。文章闡述了凝造詞露這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原理，分析了露點(diǎn)與溫度、相對(duì)濕度的關(guān)系。并且通過(guò)對(duì)變電站室外箱柜凝露模型進(jìn)行分析，闡明了影響變電站室外箱柜凝露的直接因素。由影響變電站室外箱柜凝露的直接因素進(jìn)一步引出了間接因素：箱柜材質(zhì)、柜壁厚度，并分析了兩者對(duì)凝露的影響。另外該文還對(duì)目前普遍采用的凝露防治措施的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行探討并提出建議。

關(guān)鍵詞：露點(diǎn) 變電站 相對(duì)濕度 凝露

中圖分類號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）12（a）-0001-03

凝露是自然界中極為普遍的一種物理現(xiàn)象。夏天我們從冰箱中拿出冷藏的飲料時(shí)，總是會(huì)發(fā)現(xiàn)飲料瓶外壁不一會(huì)就有很多的水珠凝結(jié)，這就是一種凝露現(xiàn)象。

在外界溫濕度變化劇烈的天氣情況下，變電站室外箱柜內(nèi)部也會(huì)發(fā)生凝露現(xiàn)象，并導(dǎo)致以下可能的危害。

（1）箱內(nèi)操作機(jī)構(gòu)、二次設(shè)備等銹蝕、霉變，降低設(shè)備使用壽命。

（2）機(jī)構(gòu)箱內(nèi)機(jī)構(gòu)銹蝕卡澀，導(dǎo)致操作不到位。

（3）直流接地，引起保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。

（4）端子排的螺絲、連接片因生銹導(dǎo)致接觸不良，使得二次回路開(kāi)路，保護(hù)裝置拒動(dòng)或誤動(dòng)等。

以上問(wèn)題均嚴(yán)重威脅到設(shè)備和電網(wǎng)的安全，故積極采取措施防止變電站室外箱柜發(fā)生凝露具有十分重要的意義。

該文研究了變電站室外箱柜凝露產(chǎn)生的原理，并據(jù)此提出防治措施。

1 凝露產(chǎn)生的原理

1.1 露點(diǎn)

當(dāng)與空氣接觸的物體表面溫度低于空氣的露點(diǎn)時(shí)，則其表面必發(fā)生凝露現(xiàn)象。露點(diǎn)或露點(diǎn)溫度是指在固定氣壓之下，空氣中所含的氣態(tài)水達(dá)到飽和而凝結(jié)成液態(tài)水所需要降至的溫度。

1.2 相對(duì)濕度

相對(duì)濕度（RH）表示的是單位體積空氣內(nèi)實(shí)際所含的水氣密度（d1）和相同溫度下飽和水氣密度（d2）的百分比，即RH（%）=d1/d2×100%；相對(duì)濕度還可以用實(shí)際的空氣水氣壓強(qiáng)（Pn）和同溫度下飽和水氣壓強(qiáng)（Ps）的百分比來(lái)表示，即RH（%）= Pn/Ps×100%。

溫度越高的空氣，能夠容納的水汽就越多；溫度越低的空氣，其內(nèi)部水汽越容易達(dá)到飽和。所以，飽和濕空氣的水蒸氣分壓力Ps與空氣溫度t成正比。因此對(duì)于空氣來(lái)說(shuō)其相對(duì)濕度RH隨溫度t的升高而降低。

1.3 露點(diǎn)與溫度、相對(duì)濕度關(guān)系

露點(diǎn)Td與空氣溫度T、相對(duì)濕度RH三者沒(méi)有確切的函數(shù)關(guān)系，只有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表1為部分經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

由表1可得到溫度T、露點(diǎn)Td與相對(duì)濕度RH的關(guān)系曲線圖1。

由圖1可知，在空氣溫度保持不變的情況下，相對(duì)濕度越高，其露點(diǎn)溫度也越高且越接近空氣溫度。也就是說(shuō)相對(duì)濕度越高的空氣越容易因氣溫突變而發(fā)生凝露。室外箱柜凝露一般發(fā)生在箱柜壁內(nèi)表面，當(dāng)柜壁內(nèi)表面溫度降低到柜內(nèi)空氣的露點(diǎn)以下時(shí)，就會(huì)在內(nèi)壁產(chǎn)生凝露。因此防治變電站室外箱柜凝露問(wèn)題的重點(diǎn)在于提高箱柜壁內(nèi)表面溫度和降低箱柜內(nèi)部空氣的相對(duì)濕度。

2 變電站室外箱柜凝露模型分析

在理想的情況下，箱柜密封良好，內(nèi)外空氣只通過(guò)柜壁產(chǎn)生熱交換，可將其視為單層無(wú)限大平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系統(tǒng)。

在單層無(wú)限大平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系統(tǒng)中，從傅里葉定律可知，熱流密度與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系式可簡(jiǎn)化為：

式中q為熱流密度，表示單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)物體單位橫截面積上的熱量；

λ為導(dǎo)熱系數(shù)，表示1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K，℃）時(shí)，在1 s內(nèi)，通過(guò)1 m2面積傳遞的熱量；

Δt為平壁內(nèi)外表面溫度差；

δ為平壁厚度。

從牛頓冷卻公式可知：

式中q為熱流密度；

h為對(duì)流換熱系數(shù)，當(dāng)流體與固體表面之間的溫度差為1 K時(shí)，1 m2壁面面積在每秒所能傳遞的熱量；

Δt為流體和平壁表面的的溫度差；

在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系統(tǒng)中，同一時(shí)間通過(guò)平壁內(nèi)表面和外表面的熱量是相等的的，根據(jù)上述兩個(gè)公式可得到方程組：

對(duì)此求解得到柜壁內(nèi)表面溫度：

而只要滿足ti>Td，就可以保證箱柜內(nèi)部不產(chǎn)生凝露。因此，在柜內(nèi)空氣溫濕度不變（即對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度Td也不變）的情況下柜壁內(nèi)表面溫度ti越大越好。

為了大致的表明柜壁內(nèi)表面溫度與其他參數(shù)的關(guān)系，假定現(xiàn)實(shí)中正常運(yùn)行工況下的一組已知數(shù)據(jù)：柜壁厚度δ=0.005 m，內(nèi)部空氣溫度t1=10 ℃，外界空氣溫度t2=0 ℃，空氣自然對(duì)流換熱系數(shù)h=10 W/（℃），則可得到ti與箱體材料導(dǎo)熱系數(shù)λ的關(guān)系曲線，如圖3所示。

從圖3可以看出，在柜壁材料導(dǎo)熱系數(shù)不大的情況下，柜壁內(nèi)表面溫度對(duì)柜壁材料導(dǎo)熱系數(shù)的變化是很敏感的。

再假定現(xiàn)實(shí)中正常運(yùn)行工況下的一組已知數(shù)據(jù)：箱體材料導(dǎo)熱系數(shù)（以鐵為例）λ=50 W/（m·℃），內(nèi)部空氣溫度t1=10℃，外界空氣溫度t2=0 ℃，空氣自然對(duì)流換熱系數(shù)h=10 W/（m2·℃），則可得到ti與柜壁厚度δ的關(guān)系曲線，如圖4所示。

從圖4中可以看出，在柜壁厚度不大的情況下，柜壁內(nèi)表面溫度對(duì)柜壁厚度的變化不敏感。

3 凝露的防治措施

從凝露產(chǎn)生的原理可以知道，要想解決變電站室外箱柜凝露的問(wèn)題，則必須提高箱柜壁內(nèi)表面溫度、減小箱柜內(nèi)部空氣相對(duì)濕度。根據(jù)本文的變電站室外箱柜凝露模型分析，提出以下凝露防治措施：即箱體或易凝露部位使用低導(dǎo)熱系數(shù)的材料，或噴涂保溫涂料。

目前變電站室外箱柜普遍采用冷軋鋼板和不銹鋼，這兩類材料導(dǎo)熱系數(shù)極高。從圖3中可以看出，高導(dǎo)熱系數(shù)的材料對(duì)提高柜壁內(nèi)表面溫度非常不利。而降低箱體材料的導(dǎo)熱系數(shù)，在一定范圍內(nèi)能迅速提高柜內(nèi)壁溫度，使其遠(yuǎn)離露點(diǎn)，從而避免凝露。因此采用低導(dǎo)熱系數(shù)材料或噴涂保溫涂料的方式，能極大的增強(qiáng)這兩類箱柜的凝露防治效果。

除此之外目前變電站室外箱柜使用的防治凝露措施有以下幾種。

（1）箱內(nèi)安裝加熱器。在箱柜內(nèi)部安裝加熱器作為變電站內(nèi)普遍使用的一種凝露防治方式，能在一定程度上提高柜壁內(nèi)表面溫度，從而減小凝露的出現(xiàn)。但由于其啟動(dòng)定值無(wú)法量化，只能根據(jù)廠家或技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定，往往出現(xiàn)啟動(dòng)不及時(shí)或不啟動(dòng)的情況。而有些變電站為解決這個(gè)問(wèn)題則會(huì)在凝露易發(fā)的秋冬季將其設(shè)為手動(dòng)投入模式。雖然此方法能有效改善凝露問(wèn)題，但同時(shí)也造成了箱柜長(zhǎng)期處于高溫運(yùn)行，影響柜內(nèi)設(shè)備壽命。

（2）增加通風(fēng)口。增加通風(fēng)口能起到排出箱內(nèi)多余水汽，降低箱內(nèi)濕度的作用，從而減小凝露風(fēng)險(xiǎn)。但在高濕度或多雨季節(jié)也非常容易造成濕氣侵入，一但溫差變化較大就很容易導(dǎo)致箱柜凝露，所以一般作為輔助措施。

（3）采用空調(diào)除濕。部分變電站對(duì)箱體較大，較重要的箱柜采用空調(diào)除濕的方法降低柜內(nèi)空氣相對(duì)濕度。此方法在防止凝露的效果上非常明顯，但同樣有啟動(dòng)定值設(shè)定困難的問(wèn)題，往往在不需要空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，浪費(fèi)大量電力。同時(shí)使用維護(hù)成本也比較高。

4 結(jié)語(yǔ)

該文通過(guò)對(duì)變電站室外箱柜凝露的模型理論分析，闡明了箱柜材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)和柜壁厚度對(duì)于凝露過(guò)程的影響。提出對(duì)室外箱體或箱體的易凝露部位使用低導(dǎo)熱系數(shù)的材料，或噴涂保溫涂料來(lái)達(dá)到防治凝露的方法，并對(duì)目前變電站內(nèi)普遍使用的幾種防治凝露措施的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行探討分析。對(duì)變電站室外箱柜凝露問(wèn)題的防治和箱柜設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

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