半导体除湿器在高压开关柜内的应用



半导体除湿器在高压开关柜内的应用

沈南飞，陈从福

（宝钢特钢有限公司能源环保部，上海200940）

【摘要】加热型除湿器在实际应用中存在诸多问题，智能排水型半导体除湿器以其独特的优势，开始应用于高压开关柜的母线仓，通过排出柜内冷凝水的方式，改善母线仓工作环境，保证供电系统的安全运行。

【关键词】半导体除湿；高压开关柜；温度；湿度；凝露

1　引言

宝钢特钢有限公司五中央35 kV变电所，地处一级用户云集的公司南区，变电所35 kV系统的15台早期KY61型的开关柜内部存在放电问题。尽管在几年前，已对问题严重的套管和触头盒进行了更换，但随着时间推移，配套的国产绝缘材料材质、加工工艺等问题逐渐暴露出来，遇上高湿度天气，35 kV开关室内臭氧弥漫，高压开关柜内放电给安全供电带来严重威胁。尽管开启了室内除湿机和空调，但这对柜内相对密闭的母线仓来说效果不佳。母线仓相对密闭，内外空气流动被阻断，母线仓内因气温变化发生凝露现象、降低了绝缘性能，采用新型除湿器来解决母线仓除湿问题显得尤为重要。

2　高压开关柜内部绝缘故障原因分析

绝缘放电是高压开关柜发生绝缘故障的主要原因。近年来，随着开关柜体积不断缩小，柜内绝缘性能发生缺陷，故障增多，主要有以下几个方面：

（1）爬电距离和空气间隙不够。设备生产厂为了减小柜体尺寸，在未有效保证绝缘强度的情况下，大幅度减小开关柜内断路器、隔离触头及铜排对地距离。

（2）触头接触不良。当电气元件接触不良时，触头局部温度升高，温升使得设备绝缘性能显著下降，引起设备相间或对地闪络。

（3）开关柜配套附件绝缘性能不良。部分设备厂为降低成本，采用一些廉价配套材料，降低了开关柜的绝缘性能。

（4）运行环境的影响。如果变电站所处位置较为潮湿，特别是梅雨季节，外部环境湿度较大，虽然开关柜内配置加热器，但由于加热器损坏或者功率配置不够，而母线仓一般不配置加热器，气温变化容易在开关柜内发生凝露现象，降低绝缘性能。

3　几种除湿器功能比较

3.1加热型除湿器

目前主流设计配置加热型除湿器，该类型的除湿功能主要通过提高柜内温度来实现，由于较高温度的空气能够包含更多的水分，从而防止水汽直接在箱内电气设备、端子表面凝露，起到预防闪络、短路等事故的发生。但是，由于较高温度的空气所包含的水分一直停留在空气中，特别是相对密闭的高压开关柜的母线仓，当环境温度急剧下降时，空气中将无法继续容纳大量水分，析出的空气水分仍将凝露在电气设备的表面。因此，经常发现安装有加热除湿器的电器柜、端子排的箱壁上仍有严重的凝露现象，危害电力设备的安全运行。表1是不同环境温度下的空气含水情况。

表1　不同环境温度下空气含水量

3.2排水型半导体除湿器

（1）工作原理

半导体除湿装置是应用半导体热电元件，在一定电压下产生冷热效应，通过风扇在密闭空间形成气流，将空气水分子冷凝在冷凝板周围，冷凝板上空气温度降至0℃以下，把空气中的水份凝结后，经集液漏斗汇集并排出柜外，达到降低开关柜内部空间的湿度。

（2）除湿器的组成

湿度采集控制元件：通过湿度传感器，采集电气设备内部湿度高低，从而控制半导体冷凝器的工作启停。

半导体冷凝器主件：是除湿器的核心部件，工作后产生冷热效应。热端在风扇作用下加速设备内部空气流动，冷端将流动的潮湿空气快速冷凝形成水滴，达到除湿目的。

凝水排水主件：冷凝后的水滴经管道快速排出设备内部，消除电气设备内部空气中的水分子。

电源组件：为湿度采集控制单元、半导体冷凝主件、风扇等提供电源。

（3）除湿器特点

排水型除湿器利用温差大时易凝露的特点，在除湿器中内置凝水面产生非常低的温度（一般在-35℃）使空气中的水分冷凝在凝水面，通过排水孔排出柜外。开关柜内水分不断减少，湿度显著下降。即使环境温度变化，也不会再产生凝露，从而根本上解决常见的湿度困扰问题。

柜内湿度达到设置的阀值，除湿器启动，环境湿度低于阀值10%RH时，除湿器停止工作，在较短的时间内完成除湿。除湿器实时数据、状态，通过485通信口传输至柜外显示器，或计算机监控系统。排水型除湿器具有以下优点：

①无机械移动部件、工作时无震动，无需日常维修；

②无需任何制冷剂，可连续工作；

③半导体除湿器累积工作时间可达1万小时。

4　配置方案

4.1根据35 kV开关柜分布情况以及便于运行管理考虑，三段母排的各5台35 kV高压开关台柜分为一组，在各开关柜的母线仓分别安装排水型除湿器1台，配置独立工作电源。

4.2由于除湿器安装在柜内，其实时数据和状态显示必须在柜外实现。为此每个段排配置柜外显示器1台，独立工作电源，负责对应母排上5台除湿器的数据和状态显示（每台显示器可支持8台除湿器数据）。

4.3除湿器数据经RS485端口，通过RVVP3×1三芯屏蔽电缆接至柜外显示器的RS485端口，实现除湿器的实时数据、工作状态的监测以及控制阀值的远程设置。

4.4除湿系统接线图（一段母排为例），见图1。

5　安装与调试

（1）在母线仓底部侧板确定安装位置，主要以保证安全距离达到300 mm以上，便于工作电源线及出水管敷设作为前提。

（2）在仪表箱柜门上开一136×88的矩形孔，安装除湿器柜外显示器，每个段排的5台除湿器RS485端口，带屏蔽的通信电缆以链式接线方式与除湿器连接。

图1　除湿系统接线图

6　安装后的成效

除湿器投入运行后，开关柜运行条件得到极大改善，在室外湿度达到92%RH，35 kV开关室内湿度73%RH（空调开启）的背景下，35 kV开关柜母线仓实时湿度在控制阀值设置为45%RH的情况下，实际湿度维持在35%~45%RH之间。

表2是每天9:15的现场巡视记录。

从现场抄录数据来看，除湿器工作正常，处于间隙性工作状态，柜内湿度数据在阀值至阀值-10% RH之间变化。阀值越低，除湿器工作时间愈长，具体阀值可根据设备状况而定。

7　结束语

相对密闭的高压开关柜的母线仓，不宜装设加热型除湿器。新型排水型除湿器以其无机械移动部件、工作时无震动，无需日常维修，可长时间连续工作的优点，使得母线仓使用除湿器成为可能。排水型除湿器彻底解决了母线仓的除湿问题，大大提高了高压电气设备的运行安全性。

表2　每天9：15的现场巡视记录　%RH

The Application of Semiconductor Dehumidifier in High Voltage Switch Cabinet

SHEN Nanfei，CHEN Congfu

(The Energy and Environment Protection Dept. of Baosteel Special Steel Co., shanghai 200940, China)

【Abstract】As the heating type dehumidifier has many problems in practical application, the intelligent drainage type semiconductor dehumidifier with unique advantages has begun to be applied in the busbar of high voltage switch cabinets, which improves the work environment of busbar by draining condensate water from the cabinet, to ensure safe operation of high voltage switchgear.

【Keywords】semiconductor dehumidifier; high voltage switch cabinet; temperature; humidity; condensation

作者简介：沈南飞（1962－），男，1992年毕业于上海交通大学电气工程专业，高级工程师，现从事电气技术管理工作。

收稿日期：2015－09－21

【文章编号】1006-6764(2015)12-0007-02

【文献标识码】B

【中图分类号】TM591