变电站箱柜加热驱湿装置控制方式分析
2014-11-27朱道敏
朱道敏
摘 要：总结了变电站箱柜加热驱湿装置不同控制方式的原理和优、缺点，并结合变电检修中心辖下站所各类装置的投运情况展开分析。通过采纳技术管理提供的装置日常运维参考意见，消除了盲点和误区，提高了装置投运的合格率，从而进一步减少了检修工作量和维护费用投入。
关键词：变电站；加热驱湿装置；传感器；温湿度控制器
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0016-02
在电气设备的运行中，当空气中水分的含量达到一定程度时，在较低温度下各类设备可能会出现凝露。所谓“凝露”，是指各种高压设备的机构箱、端子箱、汇控柜和室外低压配电柜等柜体内壁表面温度下降到露点温度以下时，表面发生水珠凝结的现象。凝露水滴会造成比如继电器、控制器等二次设备元件受潮、损坏以及二次电缆、接线端子被腐蚀、绝缘能力下降，导致二次控制回路短路故障，最终造成继电器误动作，引发开关误动或拒动等事故。因此，以上箱柜体中都应引入温湿度控制系统，避免其受到气候因素的影响。应为箱柜内设备元件提供稳定适宜的运行温度，从而保证其使用寿命和电气性能的可靠性。
《十八项反措》中明确指出，开关设备的机构箱、汇控柜内应有完善的驱潮装置，保持其内部干燥，防止凝露造成二次设备损坏。但运行规程对具体的控制投运条件和要求没有行文规约，加之不同设备厂商包括同一厂商不同型号的设计结构、运行原理和产品质量各有差异，常造成装置多模式投运巡视管理的混乱和缺陷率剧增。统计数据显示，自2011-01至今，某供电公司主网10座变电站共发生机构箱、端子箱或汇控柜内温湿度控制系统故障38起，除4起误报外，其余的缺陷类型几乎全部表现为温湿度传感器或控制器损坏。
1 加热驱湿装置系统的控制方式
针对上述问题，检修人员通过站内巡视调查和查阅相应的二次回路设计图纸，总结了不同温湿度控制系统的结构特点、工作原理和投运方式。
1.1 温湿度独立控制方式
该控制系统由主控制器、传感器和负载三部分组成。元件部分包括1台凝露传感器、1台温度传感器和1台温湿度控制器（或称温湿度继电器），通过检测环境温度和凝露变化情况停启负载。二次回路如图1所示。从图2中可看出该系统的工作原理为：温湿度继电器按要求设置相应的定值，根据凝露传感器HS与温度传感器TS的监测值分别启动驱湿、加热负载。常规设置的凝露定值为88%±5%RH（出厂已设置，不可调整），当环境湿度大于88%±5%RH出现凝露时，对应的驱湿负载接点闭合，R1开始工作；当环境湿度小于78%时，驱湿负载停止。温度定值可自行调节，一般设置为5～10 ℃（部分可调、部分
不可调）；当环境温度低于设定值时，温度负载接点闭合，R2开始工作；当环境温度高于设定值4～6 ℃时，温度负载R2停止，以此保证箱柜内温湿度控制在需要范围内。
此类控制方式的优势明显、功能完备、控制准确，多见于早期开关机构箱、汇控柜。对于空间较大的汇控柜，还需辅以风扇通风，以促进对流驱湿。
1.2 温湿度集成控制方式
虽然独立式温湿度控制方式的原理比较科学、合理，但其电子元件过多，可靠性不高。文献统计数据表明，凝露传感器的故障率为同等条件下温度传感器的数十倍，凝露传感器接点粘连易造成温湿度继电器长期通电损坏。加热驱湿装置近半数的缺陷出自该控制方式。为了消除湿度传感器可靠率的影响因素，设备厂商改进了部分设计，取消了湿度传感器。通过采用一种特殊的温湿度集成传感器作用于温湿度控制器（温湿度继电器），采用两路温湿度集成传感器并联作用于控制器，从而解决了因单台传感器不灵敏而造成装置无法投运的问题。具体如图2所示。
图1 温湿度独立控制加热回路原理 图2 温湿度集成控制加热回路原理
变电站室外箱柜内壁是否产生凝露取决于表面温度（环境温度）、相对湿度和凝露温度（空气中的水蒸气凝结成水珠所需的温度）。研究表明，环境温度、凝露温度与相对湿度的曲线如图3所示。从图3中可见，要想防止凝露的产生，就必须使凝露部位的表面温度始终高于凝露温度。为了防止内部产生凝露，需要保持内部特定的空气湿度和判定环境温度。例如，当环境温度为20 ℃、湿度为80%RH时，凝露温度约为16 ℃，此时不会产生凝露，控制器不启动；当环境温度为5 ℃、湿度为90%RH时，凝露温度约为6 ℃，此时存在凝露现象，控制器启动。
当达到凝露温度时，控制器会自动启控，并接通负载电源加热；当环境温度高于设定的高温值时，控制器自动复位并断开负载电源。
图3 环境温度、凝露温度与相对湿度曲线
上述2种方式常用于端子箱、汇控柜和国产品牌开关机构箱，前者灵敏度高，后者可靠性强。这2种方式可根据实际情况科学、合理地自动调节，不需要人工干预，比长期加热除湿驱潮方式有更加明显的节能效果。但无论采用哪种方式，都无法回避一个问题，即温湿度传感器和控制器始终处于温度、湿度过高的工作环境下，元件故障率较高。
1.3 温度辅助控制方式
近年来，投运的ABB品牌开关机构和采用ABB操作机构的厂商简化回路和元件时已不选择消凝露传感器、集成温度控制器和传感器，多数选择了湿度辅助控制加热系统。该系统的工作原理如图4所示。
该电路采用2个加热板负载，E1负载长期投入，E2负载根据整定温度（可设定为5 ℃或10 ℃）投入。当温度高于设定值时，BT不动作，加热板负载，E2不工作；当温度低于设定值时，BT动作，E2工作，直至温度升高到设定温度后退出。该控制方案使1块加热板负载长投，可基本保持箱内温度。只有在环境温度过低时，E1的加热功率无法满足要求，才启动温控负载E2辅助加热，同时，F2接入报警信号回路，从而使系统的可靠性大幅提高。该设计思路简单、功能完善，运行性能稳定。
1.4 无温湿度控制方式
2014年投运的西门子品牌开关机构箱的加热驱湿控制方式进一步简化，取消了温湿度控制，采用加热负载R1～R6全部长期投运的方式，即不考虑环境温、湿度的情况，一直投入加热负载，使柜内的温度最终稳定为凝露温度。该方式具有安装简便、维护简单和故障率极低的特点。该系统的工作原理如图5所示。
图4 湿度辅助控制加热回路原理 图5 无温湿度控制加热回路原理
以上2种方式的工作原理相差无几，均是化被动防凝露为主动防凝露的方式，效果明显，系统的工作寿命较长、可靠性较高。但也存在两方面的不足：①加热器长时间运行的能耗过大；②高温季节机构箱内温度过高，在一定程度上会破坏被保护二次元件的绝缘。
2 运行维护中存在的问题和改进措施
长期以来，虽然变电站箱柜内加热驱湿装置起到了明显的作用，但因其控制回路的结构简单，运维人员未能予以足够的重视，进而产生了额外的检修量。特别是像梦泽变、彭湾变的开关型号众多，加之技术交底不到位，当值班人员在检查设备时，没有完全掌握各种类型加热驱湿装置的结构、原理和投运方式，易发生装置巡检误报或漏报，进而给设备可靠运行埋下隐患。此外，采用温湿度控制方式的箱柜在主网设备中所占的比例极大（80%以上），该装置的温湿、度传感器和控制器（继电器）从出厂至今从未进行启动定值试验校核，也没有相应的规程对此作说明，仅靠运行人员的巡视判断。这无疑增加了运维的工作量和设备安全运行的风险。
为了降低加热驱湿装置的缺陷率，提高其投运合格率，保证设备可靠运行，我们应从技术管理和技术改造两方面采取措施：①技术管理。应按变电站和站内箱柜使用的加热驱湿装置的投运方式分类（可能不止4种）编制不同类型的技术文档，并制成表格，从而方便备件的储备、查阅和现场巡视。②技术改造。应侧重分析温湿度控制器损坏的原因，比如可在主回路串入温度传感器常开触点，避免在加热器未投运的情况下控制器带电的状况，从而延长使用寿命。此外，还应寻求技术指导，探索温、湿度控制器的简单校核方式，并作出检验和评估。
3 结束语
4种控制方案的投运方式不同，各有优、缺点，均不存在设计不合理的问题。简而言之，前2种的灵敏度高、节能效果好，适用于有人值守的变电站和气候偏干燥的地区，并可通过加强巡视检查提高其运行可靠性；后2种的可靠性高、维护简便，适用于无人值守的变电站和气候偏湿润的地区，从而减少巡视人力和成本投入。总之，只有从设计原理、安装结构和运维等方面综合分析、探讨解决问题的办法，才能有效提高加热驱湿装置的投入合格率，排除可能因此而造成的事故隐患。
参考文献
[1]周丰群，张义民，何超.电气设备用温度凝露控制器的制[J].电力自动化设备，2002，22（03）：61-62.
[2]刘广清.对SM6系列开关柜凝露问题的分析[J].自动化博览2006，24（06）：74-75.
[3]岳新峰.12 kV中置柜加热除湿方式探讨[J].高压电器，2003，8（03）：57-58.
[4]胡春海，张越，齐广学.高压电器设备在线温度监测技的研究[J].自动化与仪表，2006，16（01）：48-50.
[5]王化祥.传感器原理及应用[M].天津：天津大学出版社，1999.
[6]何超，闫永军，李曙光.高压电器用KWN-B1型温度凝控制器[J].传感器世界，2000，6（08）：27-31.
〔编辑：张思楠〕
Substation Cabinet Heating Device Control Flooding Wet Analysis
Zhu Daomin
Abstract： Summary cabinet heating substation control flooding wet means different principles and advantages and disadvantages， combined substation maintenance centers station put into operation by means of various types of cases to analyze. Victoria advice of daily operation through the adoption of means to provide technical management， eliminating blind spots and errors， improve the passing rate of the apparatus into operation， thereby further reducing the maintenance workload and maintenance cost of inputs.
Key words： substation； wet heating drive means； sensors； temperature and humidity controller
1.4 无温湿度控制方式
2014年投运的西门子品牌开关机构箱的加热驱湿控制方式进一步简化，取消了温湿度控制，采用加热负载R1～R6全部长期投运的方式，即不考虑环境温、湿度的情况，一直投入加热负载，使柜内的温度最终稳定为凝露温度。该方式具有安装简便、维护简单和故障率极低的特点。该系统的工作原理如图5所示。
图4 湿度辅助控制加热回路原理 图5 无温湿度控制加热回路原理
以上2种方式的工作原理相差无几，均是化被动防凝露为主动防凝露的方式，效果明显，系统的工作寿命较长、可靠性较高。但也存在两方面的不足：①加热器长时间运行的能耗过大；②高温季节机构箱内温度过高，在一定程度上会破坏被保护二次元件的绝缘。
2 运行维护中存在的问题和改进措施
长期以来，虽然变电站箱柜内加热驱湿装置起到了明显的作用，但因其控制回路的结构简单，运维人员未能予以足够的重视，进而产生了额外的检修量。特别是像梦泽变、彭湾变的开关型号众多，加之技术交底不到位，当值班人员在检查设备时，没有完全掌握各种类型加热驱湿装置的结构、原理和投运方式，易发生装置巡检误报或漏报，进而给设备可靠运行埋下隐患。此外，采用温湿度控制方式的箱柜在主网设备中所占的比例极大（80%以上），该装置的温湿、度传感器和控制器（继电器）从出厂至今从未进行启动定值试验校核，也没有相应的规程对此作说明，仅靠运行人员的巡视判断。这无疑增加了运维的工作量和设备安全运行的风险。
为了降低加热驱湿装置的缺陷率，提高其投运合格率，保证设备可靠运行，我们应从技术管理和技术改造两方面采取措施：①技术管理。应按变电站和站内箱柜使用的加热驱湿装置的投运方式分类（可能不止4种）编制不同类型的技术文档，并制成表格，从而方便备件的储备、查阅和现场巡视。②技术改造。应侧重分析温湿度控制器损坏的原因，比如可在主回路串入温度传感器常开触点，避免在加热器未投运的情况下控制器带电的状况，从而延长使用寿命。此外，还应寻求技术指导，探索温、湿度控制器的简单校核方式，并作出检验和评估。
3 结束语
4种控制方案的投运方式不同，各有优、缺点，均不存在设计不合理的问题。简而言之，前2种的灵敏度高、节能效果好，适用于有人值守的变电站和气候偏干燥的地区，并可通过加强巡视检查提高其运行可靠性；后2种的可靠性高、维护简便，适用于无人值守的变电站和气候偏湿润的地区，从而减少巡视人力和成本投入。总之，只有从设计原理、安装结构和运维等方面综合分析、探讨解决问题的办法，才能有效提高加热驱湿装置的投入合格率，排除可能因此而造成的事故隐患。
参考文献
[1]周丰群，张义民，何超.电气设备用温度凝露控制器的制[J].电力自动化设备，2002，22（03）：61-62.
[2]刘广清.对SM6系列开关柜凝露问题的分析[J].自动化博览2006，24（06）：74-75.
[3]岳新峰.12 kV中置柜加热除湿方式探讨[J].高压电器，2003，8（03）：57-58.
[4]胡春海，张越，齐广学.高压电器设备在线温度监测技的研究[J].自动化与仪表，2006，16（01）：48-50.
[5]王化祥.传感器原理及应用[M].天津：天津大学出版社，1999.
[6]何超，闫永军，李曙光.高压电器用KWN-B1型温度凝控制器[J].传感器世界，2000，6（08）：27-31.
〔编辑：张思楠〕
Substation Cabinet Heating Device Control Flooding Wet Analysis
Zhu Daomin
Abstract： Summary cabinet heating substation control flooding wet means different principles and advantages and disadvantages， combined substation maintenance centers station put into operation by means of various types of cases to analyze. Victoria advice of daily operation through the adoption of means to provide technical management， eliminating blind spots and errors， improve the passing rate of the apparatus into operation， thereby further reducing the maintenance workload and maintenance cost of inputs.
Key words： substation； wet heating drive means； sensors； temperature and humidity controller
1.4 无温湿度控制方式
2014年投运的西门子品牌开关机构箱的加热驱湿控制方式进一步简化，取消了温湿度控制，采用加热负载R1～R6全部长期投运的方式，即不考虑环境温、湿度的情况，一直投入加热负载，使柜内的温度最终稳定为凝露温度。该方式具有安装简便、维护简单和故障率极低的特点。该系统的工作原理如图5所示。
图4 湿度辅助控制加热回路原理 图5 无温湿度控制加热回路原理
以上2种方式的工作原理相差无几，均是化被动防凝露为主动防凝露的方式，效果明显，系统的工作寿命较长、可靠性较高。但也存在两方面的不足：①加热器长时间运行的能耗过大；②高温季节机构箱内温度过高，在一定程度上会破坏被保护二次元件的绝缘。
2 运行维护中存在的问题和改进措施
长期以来，虽然变电站箱柜内加热驱湿装置起到了明显的作用，但因其控制回路的结构简单，运维人员未能予以足够的重视，进而产生了额外的检修量。特别是像梦泽变、彭湾变的开关型号众多，加之技术交底不到位，当值班人员在检查设备时，没有完全掌握各种类型加热驱湿装置的结构、原理和投运方式，易发生装置巡检误报或漏报，进而给设备可靠运行埋下隐患。此外，采用温湿度控制方式的箱柜在主网设备中所占的比例极大（80%以上），该装置的温湿、度传感器和控制器（继电器）从出厂至今从未进行启动定值试验校核，也没有相应的规程对此作说明，仅靠运行人员的巡视判断。这无疑增加了运维的工作量和设备安全运行的风险。
为了降低加热驱湿装置的缺陷率，提高其投运合格率，保证设备可靠运行，我们应从技术管理和技术改造两方面采取措施：①技术管理。应按变电站和站内箱柜使用的加热驱湿装置的投运方式分类（可能不止4种）编制不同类型的技术文档，并制成表格，从而方便备件的储备、查阅和现场巡视。②技术改造。应侧重分析温湿度控制器损坏的原因，比如可在主回路串入温度传感器常开触点，避免在加热器未投运的情况下控制器带电的状况，从而延长使用寿命。此外，还应寻求技术指导，探索温、湿度控制器的简单校核方式，并作出检验和评估。
3 结束语
4种控制方案的投运方式不同，各有优、缺点，均不存在设计不合理的问题。简而言之，前2种的灵敏度高、节能效果好，适用于有人值守的变电站和气候偏干燥的地区，并可通过加强巡视检查提高其运行可靠性；后2种的可靠性高、维护简便，适用于无人值守的变电站和气候偏湿润的地区，从而减少巡视人力和成本投入。总之，只有从设计原理、安装结构和运维等方面综合分析、探讨解决问题的办法，才能有效提高加热驱湿装置的投入合格率，排除可能因此而造成的事故隐患。
参考文献
[1]周丰群，张义民，何超.电气设备用温度凝露控制器的制[J].电力自动化设备，2002，22（03）：61-62.
[2]刘广清.对SM6系列开关柜凝露问题的分析[J].自动化博览2006，24（06）：74-75.
[3]岳新峰.12 kV中置柜加热除湿方式探讨[J].高压电器，2003，8（03）：57-58.
[4]胡春海，张越，齐广学.高压电器设备在线温度监测技的研究[J].自动化与仪表，2006，16（01）：48-50.
[5]王化祥.传感器原理及应用[M].天津：天津大学出版社，1999.
[6]何超，闫永军，李曙光.高压电器用KWN-B1型温度凝控制器[J].传感器世界，2000，6（08）：27-31.
〔编辑：张思楠〕
Substation Cabinet Heating Device Control Flooding Wet Analysis
Zhu Daomin
Abstract： Summary cabinet heating substation control flooding wet means different principles and advantages and disadvantages， combined substation maintenance centers station put into operation by means of various types of cases to analyze. Victoria advice of daily operation through the adoption of means to provide technical management， eliminating blind spots and errors， improve the passing rate of the apparatus into operation， thereby further reducing the maintenance workload and maintenance cost of inputs.
Key words： substation； wet heating drive means； sensors； temperature and humidity controller
