配网户外箱式设备凝露及其治理方法

冯玉++吴少雷++陆巍++杨孝志++赵成++裴倩

[摘 要]对安徽电网近年来发生的凝露导致户外箱式设备运行故障情况进行了梳理，详细分析了凝露产生的原因及其危害，提出了治理凝露的治理方法及关键技术，并结合安徽实际采取差异化治理措施，取得了良好效果。

[关键词]户外箱式设备；凝露；原因分析；治理方法

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0047-02

近年来，国网安徽省电力公司发生了多起因凝露导致的户外箱式设备运行事故。据统计，2013至2014年度，环网柜、分支箱、箱式变压器等户外设备累计发生各类运行故障250余起，造成多台设备退出运行，其中因凝露直接或间接引发的占80%，严重影响了配网的安全运行和对用户的正常供电。因此，加强对户外箱式设备防凝露技术的研究与治理，保障配网户外设备的安全运行非常迫切。

1 凝露产生的原因分析

一定温度的空气都有其相应的饱和水蒸气含量（此时相对湿度为100%），温度越高，其相应的饱和水蒸气含量就越大，当空气中水蒸气含量趋近于当前温度下饱和水蒸气含量时，气温一但降低，空气中水蒸气含量超过当前温度下饱和水蒸气含量，水蒸气就会在温度较低的设备内壁表面析出，形成凝露。因此，凝露的形成必须有两个条件：一是空气有较高的相对湿度；二是发生凝露的设备温度始终低于其环境温度。

分析环网柜等户外箱式设备凝露易发的原因主要有三：一是安徽地处江淮之间，有较长的梅雨季节，空气湿度大，春秋季节昼夜温差大，部分户外箱式设备处在绿化带、高架桥处，土壤水分含量较高，受遮挡日照时间短，这些客观条件都非常有利于凝露的形成；二是部分箱式设备安装方式不合理，特别设备电缆进出管口没有采取有效的封堵措施，电缆井中经常有积水存在，电缆井中的水通过蒸发成水蒸气向上运动，一部分水蒸气通过底座的电缆进出管孔隙进入柜体，同时，户外箱式设备防护等级要求在IP5X及以上，设备本体密封性好，缺少空气流通，水蒸气无法排出，加速了柜体内的水蒸气的饱和；其三户外箱式设备柜体、壳体一般都是采用钢材质，其导热率为远大于基座下方的土壤，也即金属柜体在常温下散热较土壤快，当地底的水蒸气进入环网柜等柜体时，白天温度比较高，水蒸气比较多，到了晚上温度下降，箱体内壁就会形成内部凝露。

2 凝露的危害

一是长期的凝露会造成设备操作机构卡涩乃至失效，进而因机械故障导则整个开关柜需要退出运行，严重影响供电可靠性、连续性，违背了配置环网柜的初衷，也带来较大的经济损失。

二是长期凝露会使设备的绝缘水平大幅降低，使户外设备的局部放电水平大大升高，长期的间歇性的放电产生的高能量会导致空气中的氧气被电离产生臭氧，其溶于水后具有很强的氧化性，会破坏高分子聚合材料（比如开关柜内气包使用的环氧树脂、电缆头等），加速其老化和腐蚀，使电缆T头或肘头硅橡胶表面上出现龟裂。硅橡胶的老化导致绝缘水平下降， 同时大量的凝露在箱体内壁集聚后形成水汽浸透到T头或肘头内部，进一步加速了绝缘的劣化。如此恶性循环，会导致开关柜的绝缘性能快速下降，易造成相间短路或者对地短路从而引发事故。

三是长期凝露会造成设备外观、门锁、门轴、通风口等锈蚀，造成箱体的安全防护功能失效，极易引发人身安全事故。

3 常用凝露治理办法

视凝露危害的严重程度和现场条件，凝露治理可采用自然通风法、强制通风（抽风）法、电加热法、电除湿法干燥剂除湿等方法，凝露多发、严重的地区也可以采用多种方法进行综合治理。

3.1 自然通风法

自然通风法主要是优化环网柜基础设计，阻断水气进入到电缆室下方，抬高环网开关柜基础对地高度，在基础中央装上百叶窗使内部空气和外部空气形成有效流通，如图1所示，降低环网开关柜下方空间内部湿度，使湿空气不再进入电缆室，从而有效解决凝露问题。我省淮南供电公司对国庆路上多台环网柜进行改造，经对改造后的环网开关柜实际监测，内部湿度由原来的90%降到了50%左右，未再发现凝露问题，运行情况良好。

3.2 强制通风/抽风法

强制通风/抽风法即是在箱式柜体底部安装抽风风扇、顶部侧面安装排气风扇，加速柜体内部空气流通，使得柜体内部空气一直处在非饱和状态，破坏凝露形成条件。缺点是本办法需要配置风扇等设备，运行时会产生噪音，同时部分柜体内部空间有限，安装困难，更多的是部分环网柜和分支箱内部缺乏电源或电源容量不足，因此本方案更多的适用于箱式变压器 的防凝露处理。

3.3 电加热法

方法是在柜体下方的电缆室以及断路器室安装一个铝合金加热器（一般为150W），通过加热提高柜体内部气体温度，降低相对湿度，防止凝露形成。该方案同样需要供电电源，对环网柜、分支箱设备需要配置PT供电。

3.4 电除湿法

电除湿法的基本原理是通过半导体制冷技术产生一个低温点，将空气中的水汽凝露到该点上，水滴顺着冷凝槽和管道排出柜体，从而起到对开关柜的除湿效果。半导体式线除湿装置优点是体积小，便于安装，功耗低（在15W左右），户外可考虑使用太阳能电池供电，工作时不产生振动、噪声，同时有良好的节电效果；缺点是价格昂贵，柜内湿度较大时除湿效果有限。

3.5 干燥剂法

即采用干燥剂吸除柜体内的湿气，避免凝露的形成，这种方面简单易用，但是干燥剂容易饱和，需要及时更换，维护的人力成本较高，主要适用于临时处理、季节性湿气过高、无法取得电源的场合。

常用凝露治理方法比较见表1。

4 凝露治理的关键技术

4.1 封堵

从凝露产生的机理分析，高湿度的水蒸气进入柜体是凝露产生的要因，因此无论采取上述何种技术手机治理凝露，阻断水蒸气进入柜体是凝露治理的第一要务，封堵效果的好坏直接决定了凝露的治理效果。一般采用防火材料、防火隔板等对设备电缆进出管口及周边孔洞进行有效的封堵，让整个柜体对外形成隔断层，隔离电缆井内潮气或相对湿度较高的气体进入箱体，见图2。

4.2 凝露的检测与预警

对于需要采用电加热、强抽排风、电除湿等辅助手段治理凝露的户外设备，考虑到户外设备只要依赖PT、太阳能等设备供电，从节能降耗、设备使用寿命等方面考虑，凝露治理设备应根据凝露的状态进行自动投切，这就涉及到凝露的检测与预警问题。

目前市场上凝露的检测一般都是采用半导体凝露传感器，这种凝露传感器存在两个缺陷：一是其是被动型动作器件，只在凝露发生后才能启动加热器等防凝露设备，作为一个开关柜设备反事故重要措施缺少一个预防过程。其二，这种凝露传感器对安装位置非常敏感，并容易受到灰尘或气体的侵蚀而改变特性，经常发生柜壁已有结露现象，但凝露控制器仍不能及时启动加热器投入现象。有些运行单位为了提高防凝露可靠性，往往让防凝露设备一直运行的办法，这种方法，虽然加强了防凝露的措施，但也带来了电力损耗和浪费。

针对开关柜常用防凝露方法存在问题，为提高开关柜防凝露可靠性及减少电力消耗，本文提出了一种改进型开关柜防凝露控制方案。

根据凝露发生的机理分析，只要我们使开关柜内部的温度始终保持高于柜外部的环境温度，且尽量降低柜体内部的相对湿度，就完全可以预防柜内产生凝露。改进的控制方案利用多个温度传感器，一个测柜体外温度，一个安装在柜壁，测量柜壁温度，其余的测柜体内部各隔室的温度，通过控制加热器的投切来调节柜内温度，使开关柜内部要防凝露的部位的温度始终比柜外环境温度至少高2℃～3℃，使之不具备凝露发生的条件，起到预防凝露的作用。当柜体内外有2℃～3℃ 温差时就停止加热，反之则启动加热器。为了进一步提高防潮、防凝露的可靠性，还可以增加相对湿度度传感器及排风扇，在监测温差的同时，还可以测量显示柜内的相对湿度。根据多种参数来判别、控制电柜内部的相对湿度（超过65%RH时启动排风扇或加热），进一步提高驱潮和防凝露能力。

采用该方案后很大程度上避免了凝露传感器其特性的局限性和使用环境的影响，有效地解决原自动加热除湿控制方案存在的灵敏度、精度、使用寿命、电能消耗和可靠性等问题，把被动防止凝露方式变为主动防止凝露，增加了开关柜防凝露的可靠性；另外，从传感器寿命来说，温度传感器的使用寿命是凝露传感器寿命的数十倍，防凝露控制系统的工作寿命和可靠性将大大增加。

4.3 凝露的治理原则

视凝露危害的严重程度，对环网柜、分支箱、箱变等户外设备应采取差异化的处理方法：对皖北等凝露危害不甚严重的片区，在做好电缆井防水、电缆进出线封堵的基础上，采用自然通风法一般就可以克服凝露对设备的侵蚀；对长江沿岸以及部分选址不当的区域的户外设备在做好上述工作的基础上还应结合设备本身条件综合采取其他防凝露措施。如对断路器柜，考虑本身都配置有PT，可以采用经济适用的电加热驱潮法；对取电困难、电源容量有限的设备可以采用电除湿法；对箱式变压器可以采用强排/抽风法，并可起到对配变的通风散热作用；临时性场合可以采用干燥剂轮换法，但应加强设备的巡视密度；在控制器的选择上应以温差、相对湿度作为综合判据控制防凝露设备的投切，提高防凝露控制系统的工作寿命和可靠性。

5 结束语

随着城市化建设进程的加快，10kV配电线路逐步电缆入地已是大势所趋，因户外环境对设备的侵蚀造成的损失每年近亿元，加强设备的运行环境的整治已经刻不容缓，一方面我们要按凝露治理原则对户外存量箱式设备进行治理改造，同时，对新投运的设备要严格按照相关规范要求进行设计、施工、验收，并结合区域特点采取相应的防凝露技术措施保证设备在其预期的寿命周期内安全、可靠运行。

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研制[J].电力自动化设备，2002，22 （3）.

[2] 孙亚芬.高压电路设备防凝露控制的研究[J].自动化技术与应用，2009，28 （4）.

作者简介

冯玉（1986），男，硕士，研究方向为配网设备运行与管理。