馮玉++吳少雷++陸巍++楊孝志++趙成++裴倩

[摘 要]對安徽電網(wǎng)近年來發(fā)生的凝露導(dǎo)致戶外箱式設(shè)備運行故障情況進行了梳理，詳細(xì)分析了凝露產(chǎn)生的原因及其危害，提出了治理凝露的治理方法及關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合安徽實際采取差異化治理措施，取得了良好效果。

[關(guān)鍵詞]戶外箱式設(shè)備；凝露；原因分析；治理方法

中圖分類號：TM76 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0047-02

近年來，國網(wǎng)安徽省電力公司發(fā)生了多起因凝露導(dǎo)致的戶外箱式設(shè)備運行事故。據(jù)統(tǒng)計，2013至2014年度，環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、箱式變壓器等戶外設(shè)備累計發(fā)生各類運行故障250余起，造成多臺設(shè)備退出運行，其中因凝露直接或間接引發(fā)的占80%，嚴(yán)重影響了配網(wǎng)的安全運行和對用戶的正常供電。因此，加強對戶外箱式設(shè)備防凝露技術(shù)的研究與治理，保障配網(wǎng)戶外設(shè)備的安全運行非常迫切。

1 凝露產(chǎn)生的原因分析

一定溫度的空氣都有其相應(yīng)的飽和水蒸氣含量（此時相對濕度為100%），溫度越高，其相應(yīng)的飽和水蒸氣含量就越大，當(dāng)空氣中水蒸氣含量趨近于當(dāng)前溫度下飽和水蒸氣含量時，氣溫一但降低，空氣中水蒸氣含量超過當(dāng)前溫度下飽和水蒸氣含量，水蒸氣就會在溫度較低的設(shè)備內(nèi)壁表面析出，形成凝露。因此，凝露的形成必須有兩個條件：一是空氣有較高的相對濕度；二是發(fā)生凝露的設(shè)備溫度始終低于其環(huán)境溫度。

分析環(huán)網(wǎng)柜等戶外箱式設(shè)備凝露易發(fā)的原因主要有三：一是安徽地處江淮之間，有較長的梅雨季節(jié)，空氣濕度大，春秋季節(jié)晝夜溫差大，部分戶外箱式設(shè)備處在綠化帶、高架橋處，土壤水分含量較高，受遮擋日照時間短，這些客觀條件都非常有利于凝露的形成；二是部分箱式設(shè)備安裝方式不合理，特別設(shè)備電纜進出管口沒有采取有效的封堵措施，電纜井中經(jīng)常有積水存在，電纜井中的水通過蒸發(fā)成水蒸氣向上運動，一部分水蒸氣通過底座的電纜進出管孔隙進入柜體，同時，戶外箱式設(shè)備防護等級要求在IP5X及以上，設(shè)備本體密封性好，缺少空氣流通，水蒸氣無法排出，加速了柜體內(nèi)的水蒸氣的飽和；其三戶外箱式設(shè)備柜體、殼體一般都是采用鋼材質(zhì)，其導(dǎo)熱率為遠大于基座下方的土壤，也即金屬柜體在常溫下散熱較土壤快，當(dāng)?shù)氐椎乃魵膺M入環(huán)網(wǎng)柜等柜體時，白天溫度比較高，水蒸氣比較多，到了晚上溫度下降，箱體內(nèi)壁就會形成內(nèi)部凝露。

2 凝露的危害

一是長期的凝露會造成設(shè)備操作機構(gòu)卡澀乃至失效，進而因機械故障導(dǎo)則整個開關(guān)柜需要退出運行，嚴(yán)重影響供電可靠性、連續(xù)性，違背了配置環(huán)網(wǎng)柜的初衷，也帶來較大的經(jīng)濟損失。

二是長期凝露會使設(shè)備的絕緣水平大幅降低，使戶外設(shè)備的局部放電水平大大升高，長期的間歇性的放電產(chǎn)生的高能量會導(dǎo)致空氣中的氧氣被電離產(chǎn)生臭氧，其溶于水后具有很強的氧化性，會破壞高分子聚合材料（比如開關(guān)柜內(nèi)氣包使用的環(huán)氧樹脂、電纜頭等），加速其老化和腐蝕，使電纜T頭或肘頭硅橡膠表面上出現(xiàn)龜裂。硅橡膠的老化導(dǎo)致絕緣水平下降， 同時大量的凝露在箱體內(nèi)壁集聚后形成水汽浸透到T頭或肘頭內(nèi)部，進一步加速了絕緣的劣化。如此惡性循環(huán)，會導(dǎo)致開關(guān)柜的絕緣性能快速下降，易造成相間短路或者對地短路從而引發(fā)事故。

三是長期凝露會造成設(shè)備外觀、門鎖、門軸、通風(fēng)口等銹蝕，造成箱體的安全防護功能失效，極易引發(fā)人身安全事故。

3 常用凝露治理辦法

視凝露危害的嚴(yán)重程度和現(xiàn)場條件，凝露治理可采用自然通風(fēng)法、強制通風(fēng)（抽風(fēng)）法、電加熱法、電除濕法干燥劑除濕等方法，凝露多發(fā)、嚴(yán)重的地區(qū)也可以采用多種方法進行綜合治理。

3.1 自然通風(fēng)法

自然通風(fēng)法主要是優(yōu)化環(huán)網(wǎng)柜基礎(chǔ)設(shè)計，阻斷水氣進入到電纜室下方，抬高環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜基礎(chǔ)對地高度，在基礎(chǔ)中央裝上百葉窗使內(nèi)部空氣和外部空氣形成有效流通，如圖1所示，降低環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜下方空間內(nèi)部濕度，使?jié)窨諝獠辉龠M入電纜室，從而有效解決凝露問題。我省淮南供電公司對國慶路上多臺環(huán)網(wǎng)柜進行改造，經(jīng)對改造后的環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜實際監(jiān)測，內(nèi)部濕度由原來的90%降到了50%左右，未再發(fā)現(xiàn)凝露問題，運行情況良好。

3.2 強制通風(fēng)/抽風(fēng)法

強制通風(fēng)/抽風(fēng)法即是在箱式柜體底部安裝抽風(fēng)風(fēng)扇、頂部側(cè)面安裝排氣風(fēng)扇，加速柜體內(nèi)部空氣流通，使得柜體內(nèi)部空氣一直處在非飽和狀態(tài)，破壞凝露形成條件。缺點是本辦法需要配置風(fēng)扇等設(shè)備，運行時會產(chǎn)生噪音，同時部分柜體內(nèi)部空間有限，安裝困難，更多的是部分環(huán)網(wǎng)柜和分支箱內(nèi)部缺乏電源或電源容量不足，因此本方案更多的適用于箱式變壓器 的防凝露處理。

3.3 電加熱法

方法是在柜體下方的電纜室以及斷路器室安裝一個鋁合金加熱器（一般為150W），通過加熱提高柜體內(nèi)部氣體溫度，降低相對濕度，防止凝露形成。該方案同樣需要供電電源，對環(huán)網(wǎng)柜、分支箱設(shè)備需要配置PT供電。

3.4 電除濕法

電除濕法的基本原理是通過半導(dǎo)體制冷技術(shù)產(chǎn)生一個低溫點，將空氣中的水汽凝露到該點上，水滴順著冷凝槽和管道排出柜體，從而起到對開關(guān)柜的除濕效果。半導(dǎo)體式線除濕裝置優(yōu)點是體積小，便于安裝，功耗低（在15W左右），戶外可考慮使用太陽能電池供電，工作時不產(chǎn)生振動、噪聲，同時有良好的節(jié)電效果；缺點是價格昂貴，柜內(nèi)濕度較大時除濕效果有限。

3.5 干燥劑法

即采用干燥劑吸除柜體內(nèi)的濕氣，避免凝露的形成，這種方面簡單易用，但是干燥劑容易飽和，需要及時更換，維護的人力成本較高，主要適用于臨時處理、季節(jié)性濕氣過高、無法取得電源的場合。

常用凝露治理方法比較見表1。

4 凝露治理的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 封堵

從凝露產(chǎn)生的機理分析，高濕度的水蒸氣進入柜體是凝露產(chǎn)生的要因，因此無論采取上述何種技術(shù)手機治理凝露，阻斷水蒸氣進入柜體是凝露治理的第一要務(wù)，封堵效果的好壞直接決定了凝露的治理效果。一般采用防火材料、防火隔板等對設(shè)備電纜進出管口及周邊孔洞進行有效的封堵，讓整個柜體對外形成隔斷層，隔離電纜井內(nèi)潮氣或相對濕度較高的氣體進入箱體，見圖2。

4.2 凝露的檢測與預(yù)警

對于需要采用電加熱、強抽排風(fēng)、電除濕等輔助手段治理凝露的戶外設(shè)備，考慮到戶外設(shè)備只要依賴PT、太陽能等設(shè)備供電，從節(jié)能降耗、設(shè)備使用壽命等方面考慮，凝露治理設(shè)備應(yīng)根據(jù)凝露的狀態(tài)進行自動投切，這就涉及到凝露的檢測與預(yù)警問題。

目前市場上凝露的檢測一般都是采用半導(dǎo)體凝露傳感器，這種凝露傳感器存在兩個缺陷：一是其是被動型動作器件，只在凝露發(fā)生后才能啟動加熱器等防凝露設(shè)備，作為一個開關(guān)柜設(shè)備反事故重要措施缺少一個預(yù)防過程。其二，這種凝露傳感器對安裝位置非常敏感，并容易受到灰塵或氣體的侵蝕而改變特性，經(jīng)常發(fā)生柜壁已有結(jié)露現(xiàn)象，但凝露控制器仍不能及時啟動加熱器投入現(xiàn)象。有些運行單位為了提高防凝露可靠性，往往讓防凝露設(shè)備一直運行的辦法，這種方法，雖然加強了防凝露的措施，但也帶來了電力損耗和浪費。

針對開關(guān)柜常用防凝露方法存在問題，為提高開關(guān)柜防凝露可靠性及減少電力消耗，本文提出了一種改進型開關(guān)柜防凝露控制方案。

根據(jù)凝露發(fā)生的機理分析，只要我們使開關(guān)柜內(nèi)部的溫度始終保持高于柜外部的環(huán)境溫度，且盡量降低柜體內(nèi)部的相對濕度，就完全可以預(yù)防柜內(nèi)產(chǎn)生凝露。改進的控制方案利用多個溫度傳感器，一個測柜體外溫度，一個安裝在柜壁，測量柜壁溫度，其余的測柜體內(nèi)部各隔室的溫度，通過控制加熱器的投切來調(diào)節(jié)柜內(nèi)溫度，使開關(guān)柜內(nèi)部要防凝露的部位的溫度始終比柜外環(huán)境溫度至少高2℃～3℃，使之不具備凝露發(fā)生的條件，起到預(yù)防凝露的作用。當(dāng)柜體內(nèi)外有2℃～3℃ 溫差時就停止加熱，反之則啟動加熱器。為了進一步提高防潮、防凝露的可靠性，還可以增加相對濕度度傳感器及排風(fēng)扇，在監(jiān)測溫差的同時，還可以測量顯示柜內(nèi)的相對濕度。根據(jù)多種參數(shù)來判別、控制電柜內(nèi)部的相對濕度（超過65%RH時啟動排風(fēng)扇或加熱），進一步提高驅(qū)潮和防凝露能力。

采用該方案后很大程度上避免了凝露傳感器其特性的局限性和使用環(huán)境的影響，有效地解決原自動加熱除濕控制方案存在的靈敏度、精度、使用壽命、電能消耗和可靠性等問題，把被動防止凝露方式變?yōu)橹鲃臃乐鼓?，增加了開關(guān)柜防凝露的可靠性；另外，從傳感器壽命來說，溫度傳感器的使用壽命是凝露傳感器壽命的數(shù)十倍，防凝露控制系統(tǒng)的工作壽命和可靠性將大大增加。

4.3 凝露的治理原則

視凝露危害的嚴(yán)重程度，對環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、箱變等戶外設(shè)備應(yīng)采取差異化的處理方法：對皖北等凝露危害不甚嚴(yán)重的片區(qū)，在做好電纜井防水、電纜進出線封堵的基礎(chǔ)上，采用自然通風(fēng)法一般就可以克服凝露對設(shè)備的侵蝕；對長江沿岸以及部分選址不當(dāng)?shù)膮^(qū)域的戶外設(shè)備在做好上述工作的基礎(chǔ)上還應(yīng)結(jié)合設(shè)備本身條件綜合采取其他防凝露措施。如對斷路器柜，考慮本身都配置有PT，可以采用經(jīng)濟適用的電加熱驅(qū)潮法；對取電困難、電源容量有限的設(shè)備可以采用電除濕法；對箱式變壓器可以采用強排/抽風(fēng)法，并可起到對配變的通風(fēng)散熱作用；臨時性場合可以采用干燥劑輪換法，但應(yīng)加強設(shè)備的巡視密度；在控制器的選擇上應(yīng)以溫差、相對濕度作為綜合判據(jù)控制防凝露設(shè)備的投切，提高防凝露控制系統(tǒng)的工作壽命和可靠性。

5 結(jié)束語

隨著城市化建設(shè)進程的加快，10kV配電線路逐步電纜入地已是大勢所趨，因戶外環(huán)境對設(shè)備的侵蝕造成的損失每年近億元，加強設(shè)備的運行環(huán)境的整治已經(jīng)刻不容緩，一方面我們要按凝露治理原則對戶外存量箱式設(shè)備進行治理改造，同時，對新投運的設(shè)備要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求進行設(shè)計、施工、驗收，并結(jié)合區(qū)域特點采取相應(yīng)的防凝露技術(shù)措施保證設(shè)備在其預(yù)期的壽命周期內(nèi)安全、可靠運行。

參考文獻

[1] 周豐群，張義民，何 超.電氣設(shè)備用溫度凝露控制器的研制[J].電力自動化設(shè)備，2002，22 （3）.

[2] 孫亞芬.高壓電路設(shè)備防凝露控制的研究[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2009，28 （4）.

作者簡介

馮玉（1986），男，碩士，研究方向為配網(wǎng)設(shè)備運行與管理。