高压开关柜防凝露系统的组成与实践
2015-10-15罗军皮志勇罗皓文严文洁
罗军,皮志勇,罗皓文,严文洁
(湖北省荆门供电公司,湖北荆门448000)
工程技术
高压开关柜防凝露系统的组成与实践
罗军,皮志勇,罗皓文,严文洁
(湖北省荆门供电公司,湖北荆门448000)
分析了温湿度对高压开关柜绝缘的影响,介绍了常规消除凝露的方法,描述了高压开关防凝露系统的组成,提成了与SCADA接口的方法,为变电站环境监测与控制提供了有力的保障。
高压开关柜;温湿度;凝露
引言
高压开关柜作为电能分配设备在电网运行中起着非常重要的作用,而开关柜的绝缘能力是开关柜能否安全稳定运行的重要因素。高压开关柜的绝缘能力除了本身的设计、材料和质量因素外,室内运行环境的温度、湿度和凝露等恶劣环境因素引起的开关柜绝缘事故屡有发生,因此分析温度、湿度等环境因素对开关柜绝缘性能的影响,在实际生产中具有一定的意义。
1 温湿度对开关柜绝缘性能的影响
1.1温度对气体间隙的击穿电压的影响
当气压或温度改变时,气体间隙的击穿电压都反映为气体相对密度的变化,在大气条件下,气体间隙的击穿电压随空气的相对密度δ增加而升高,当δ在0.95~1.05范围内时,气体间隙的击穿电压与空气相对密度成正比。
空气相对密度:
式中:P为实验条件下的空气压强,kPa;t为实验条件下的空气温度,℃。
由上述公式可以看出,在一定的大气压力条件下,空气相对密度与实验条件下的空气温度成反比,进而可以得出气体间隙的击穿电压与环境空气温度定性的关系:在一定的大气压力条件下,相对密度在0.95~1.05范围内时,气体间隙的击穿电压与环境空气温度成反比。
上述结论,如果仅通过加热空气达到降低相对湿度的目的,某种程度上会降低开关柜内的气体击穿电压。
1.2相对湿度对闪络电压的影响
在空气相对湿度低于50%时,闪络电压受湿度的影响较小,但是当相对湿度超过60%时,闪络电压会急剧降低。由此可见,闪络电压的降低和介质表面吸附水分形成水膜有关,水膜中的离子受电场作用延介质表面移动,点击附近逐渐积累起电荷,使介质表面电压分布不均匀,从而使得闪络电压低于纯空气间隙的击穿电压。
1.3相对湿度对金属腐蚀的影响
相对湿度对金属腐蚀的影响主要看湿度是否达到了在金属表面结露的条件,通常由于金属表面的导热性高,其表面结露的相对湿度比空气中出现结露的相对湿度低。金属在大气中腐蚀和相对湿度的关上曲线上存在一个拐点,当相对湿度低于此值时,金属腐蚀速度很慢;超过这个相对湿度,腐蚀才明显发生,这个湿度称为临界相对湿度。
开关柜内的相对湿度大于60%时,对闪络电压和金属腐蚀都有显著的影响,尤其是当温度和相对湿度都很高时(温度大于40℃,相对湿度大于60%),开关柜处于比较恶劣的运行环境下,增大了发生运行事故的几率。
综合上述温湿度对开关柜的绝缘性能的分析,结合实际现场运行的经验,高压室运行环境控制系统的控制目标应该是:高压开关柜内的温度不高于35℃,相对湿度不高于60%。
2 常规消除凝露的方法
2.1开关柜使用加热板
传统加热除湿方式主要是通过加热提高电柜内的温度,提高空气溶解水分的能力,降低相对湿度,使得凝露不容易发生。同时,较高的温度可以促使凝露蒸发成湿气,来防止凝露对设备产生危害。但由于水分仍然保留在柜内,当外部环境大幅降温,开关柜的金属外壁(热的良导体)或靠近外壁的端子,温度随着外部环境迅速降低,达到露点温度时,湿气仍然将转化为凝露,凝结在电气设备表面,达不到除湿的目的和效果。
2.2开关柜内使用半导体除湿
半导体除湿器是针对普通加热型除湿器除湿效果差的缺点,利用温差凝露的原理,通过内置半导体元件降低凝露面金属板的温度,使得水汽凝露在金属板上,水滴自流至排水管,通过排水管排开关柜外,从而降开关柜内部水汽含量。但是,半导体除湿的方法在运用到开关柜内时,仍然有很大的局限性。一是半导体除湿的功率很小,一般只有二十几瓦,除湿效率很低,适合应用在空间小密闭性好的环境下使用。二是由于开关柜不能完全封闭,外界大环境湿度的变化对开关柜内的影响很大,半导体除湿效率不高的情况下,完全不足以抵消开关柜外部湿度增加给开关柜内部带来的湿度变化。三是半导体除湿后的排水往往直接排到电缆沟内,这些水分又会蒸发到高压室,增加了高压室内环境的相对湿度。
2.3使用空调和除湿机
使用空调和除湿机的优点是除湿功率大,除湿效率,但是如果空调、除湿机没有被自动控制起来,仍然会存在一些问题。经过除湿和降温的干冷空气密度大,往往沉在高压室的中下部,不能促使整个空间的空气流动,只是在局部满足了温湿度的要求。而整个高压室的高度一般在4~5 m,面积达到几百个平方米,距离空调除湿机远的位置,温湿度的情况不能满足要求,从而导致开关柜内的温湿度不能得到有效控制。
3 防凝露系统
防凝露系统由空调、除湿机、区域环境控制、空气循环系统、安全保护、排水系统、排水系统、系统自检测等组成。
3.1空调、除湿机
温湿度控制系统改变温湿度本身还是靠空调以及除湿机的工作来调节,只有空调和除湿机改变设备间温湿度的速度,超过现场环境影响设备间温湿度变化的速度,才有可能将设备间的温湿度控制在设定的范围内。配置的高低只是会影响改变现实环境的速度(也就是说在多长时间内达到合理温湿度范围,多长时间达到停止工作的温湿度限值,如果配置刚好满足湿热平衡,空调将长期满负荷工作,影响使用寿命);若果配置过低,温湿度将有可能得不到有效控制,同样会出现高温高湿现象。所以在配置空调和温湿度时也会考虑适当冗余。由于控制系统在设定的限值达到时,会自动开启空调和除湿机,所以可以不考虑出现当温度过高或者湿度过大时才开始降温除湿的情况,如果配置能满足现场需要,一直会在一个合理的范围内。
3.2区域环境控制
通过室外、高压室内多点温湿度传感器布置,包括上部空间、中部空间、电缆沟、远离空调除湿机的位置,采样充分多点的温湿度信息,通过空调除湿机的系统控制,保证整体环境温湿度一致,确保电缆沟等封闭区域内温湿度达到控制目标要求。
3.3空气循环系统
由于高压室一般比较高,空间也比较大,如果空气循环系统不好,会造成局部温湿度已降到合理的范围,某些位置高湿超温的情况;其次电缆沟的温湿度也需要有效控制,而一般情况下电缆层也比较密闭,很难有空气流通循环,也容易高温高湿得不到解决。空气循环系统,将电缆沟的高湿高热空气直接送到高压室内,将经过除湿降温的低湿空气循环到电缆沟内,带动整个空间的空气循环系统,使整个所辖空间的温湿度达预设的目标。
3.4安全保护
系统支持与烟感(消防系统)联动功能,当烟雾传感器动作时,发出告警信号并闭锁所有设备,关闭空气循环系统,避免事故扩大化。所有的空调、除湿机、排风扇、电动窗、排水泵、循环风机等都有独立的电源控制,紧急情况下,工作人员可以直接手动退出或投入这些设备的运行。
3.5排水系统
空调、除湿机的排水排到高压室之外,系统可以联动排水泵自动排水。
3.6系统自检测
系统通过采样控制对象的动作信息,判断控制指令发出后,控制对象实际动作情况,可以及时判断、质检和电动窗、风机、排风扇、空调、除湿机、排水泵的运行状况,判断故障设备,及时闭锁和发出故障报告。例如:通过采样排风机、循环风机、空调、除湿机、排水泵的电流大小,可以判断出控制指令发出后,这些设备是否正常动作,否则采用闭锁措施并发出故障报告,避免事故扩大化。
系统具备数据存储、信息远传和远方遥控等功能,可以接入调度SCADA系统,也可以接入变电站的综合自动化系统。系统完全根据预先设定的控制目标参数自动运行,发生断电后,一旦供电恢复,除湿系统自启动并能按照原有控制逻辑继续运行。系统运行数据通过接入当地综合自动化系统(许继),通过数据网接入到调度SCADA系统,可以通过WEB方式实施浏览数据。
4 结语
本文提出的防凝露控制系统满足多种室内环境的控制要求,包括高压室、主控室、电池室、通讯室等,各种环境可以设置不同的控制方式和目标范围区间。防凝露控制系统可解决的改善变电压封闭设备和设施凝露问题,为无人值班变电站的环境控制提供了有力的保障,为下步实现变电站非电量云计算提供了技术支撑。
(编辑:王璐)
The Composition of High voltage Switchgear Prevent Condensation System and Practices
Luo Jun,Pi Zhiyong,Luo Haowen,Yan Wenjie
(Jingmen Power Supply Company,Jingmen Hubei 448000)
This paper analyzes the influence of temperature and humidity on the high voltage switch gear insulation,introduces the methods of conventional eliminate condensation,describes the composition of high voltage switch prevent condensation system,commission and SCADA interface method,for the substation environment monitoring and control provides a strong guarantee.
high voltage switch gear;temperature and humidity;condensation
TM591
A
2095-0748(2015)21-0020-03
10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.21.09
2015-10-10
罗军(1965—),男,湖北荆门人,大专,毕业于荆门大学,工程师,高级技师,主要从事变电检修管理工作;皮志勇(1975—),男,湖北荆门人,本科,毕业于三峡大学,高级工程师,高级技师,主要从事变电管理工作。