智能除湿器在变电站户外机构箱中的应用

刘晋+安静+边红涛+彭晨光

摘 要：变电站户外机构箱由于运行环境较差，容易凝露，严重影响了设备的安全稳定运行。本文研究了机构箱凝露的原因，總结了常规防凝露的措施，在此基础上提出了采用加装智能除湿器的方法。智能除湿器由电子器件实现自动控制，利用半导体制冷的原理，将机构箱内的潮气凝结成水，排出箱外。本方法相比传统加装加热器的方式，更能为电气设备提供适宜的工作环境。

关键词：机构箱 智能除湿 半导体制冷

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（b）-0119-03

变电站电气设备一般置于户外，其机构箱内部环境受环境气候、箱内结构、密封情况等因素影响。当内外温差较大、空气湿度较大时，箱内容易形成凝露，使电气设备的绝缘水平下降，导致电气设备放电、短路。本文对凝露的原因进行了分析，对防凝露的方法进行了研究和总结，提出了加装智能除湿器的方法。通过降低箱内潮气，达到防凝露的目的，提高了变电站的安全稳定运行。

1 机构箱凝露的原因

凝露现象是指柜体内壁表面或母排表面温度下降到露点温度以下时，内壁或母排、绝缘器件等表面发生的水珠凝结现象[1，2]。结合现场发生的设备缺陷以及柜内的凝露现象[3]，总结出以下几种原因。

1.1 长期处于备用或未安装加热器的机构箱

由于柜内温度经常低于柜外温度，在空气湿度大的环境中，柜外湿气侵入柜内，容易形成凝露。对于备用间隔的柜门，可采取加装加热器的方法，提高柜内环境温度，使空气能容纳更多水分，并通过排气孔带走柜内水汽。

1.2 进线电缆密封不严的机构箱

电缆层有积水的情况下，如果柜门底部进线电缆密封不严，湿气容易进入柜内，使柜内的湿度加大，导致柜内凝露。针对进线电缆较多的柜门，应仔细排查柜内的防封堵情况，做到不留死角，密封严实。

1.3 通气孔堵塞的机构箱

户外设备置于敞开的环境中，蚊虫、蚂蚁、蜜蜂等进入通气孔做窝或冬眠，导致通气孔堵塞。当柜内湿气较大时，不能及时将湿气排除。

2 智能除湿器核心原理

智能除湿器采用半导体制冷[4]的原理，利用通风机加速空气流动，将湿空气反复掠过冷端，加以冷却，待温度降至露点温度以下时，水汽在冷端凝结析出后排出柜外。半导体制冷的原理图如图1所示。

当电流方向是N→P时，P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子，在满带中留下一个空穴，即产生电子-空穴对，产生电子-空穴对时所吸收的热量大大超过它们通过接头时所释放的能量，总的结果是使接头处的温度下降而成为冷端，产生制冷效果；当电流方向是P→N时，P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子相向向接头处运动，接头处温度升高成为热端，并向外界放热。

3 智能除湿器工作流程

如图2所示，智能除湿器除了最核心的凝水系统（主要由半导体制冷片、风扇、加热器组成）外，还有温湿度传感器、排水模块、电源模块、显示及按键等人机交互模块、数据通信控制模块。

智能除湿器上电后从内存中读取并使用之前保存的参数，也可通过面板设置工作参数并保存。主要是温度和湿度两个参数。当温湿度传感器测到的环境湿度大于系统阈值时，控制系统打开凝水系统。在加热机构箱内空气温度的同时强制形成空气循环，让环境中的潮湿空气流过凝水器，并在凝水器上形成露珠。当露珠达到一定量时形成水滴，通过排水管排到机构箱外部。随着水分的凝结并被排出箱外，机构箱内环境中的湿度逐渐下降。当湿度降到阈值以下后，控制系统关闭凝水系统。智能除湿器还可以远程监控，可以通过串行通信接口对机构箱内环境的温湿度及除湿器的工作状态进行监控，并可将多台智能除湿器组建成通信网络，实现智能远程监控[5]。

根据半导体制冷的原理，以及智能除湿器的工作流程，研制出智能除湿器[6]，目前应用于某变电站现场。现场实际安装图如图3所示。

4 除湿效果数据分析

为了便于对比安装除湿器前后的效果，在机构箱内安装了温湿度采集模块，并把此模块采集到的数据传回数据中心。智能除湿器安装前后，机构箱湿度变化情况如图4、图5所示。

图4为没有安装除湿器的机构箱中的环境温湿度变化曲线。图5为同一段时间段安装了除湿器的机构箱中，两天的温湿度变化曲线以及除湿器工作状态曲线；图5中的开关曲线，表示除湿器启停情况，当湿度达到65%时，除湿器启动运行中；而为60%时，除湿器停止工作。从图5中可以看出，除湿器根据湿度的变化有规律地启停，满足了设计的要求。图4、图5中的湿度、温度曲线，分别表示机构箱内的湿度和温度曲线。从曲线图中可以看出安装了智能除湿器的机构箱，其湿度总在70%以下变动，而没有安装除湿器的机构箱的湿度变化较大，最大时大于80%。

通过以上数据分析，可以得出以下结论：（1）除湿器对于机构箱内运行环境，可以起到降低湿度的功能；（2）在每天最容易结露的时间段，即午夜至凌晨，可以将湿度有效降低约10%；（3）除湿器可连续工作，工作稳定可靠。

5 结语

变电站机构箱内布置有一次设备的控制回路和信号回路，其运行环境的好坏直接关系设备能否正常运行及使用寿命。受潮是设备恶化的最常见因素，常规加装加热器、增强通风等各种除湿措施，效果不显著；本文研究的智能除湿器是将机构箱内的潮气通过冷凝成水排出箱外的原理，可以从根本上降低箱内湿度。

变电站机构箱加装智能除湿器，通过实验验证和现场测试，本方法能够有效降低机构箱内的空气湿度，为设备提供一个干燥的环境，提高了设备运行的可靠性和安全性，确保了变电站的安全稳定运行。

参考文献

[1] 曾文清.高压开关柜防凝露技术研究与实践[J].冶金动力，2016（10）：49-50.

[2] 白永磊.浅论控制变电站室内温度的重要性[J].天津电力技术，2006（4）：4-7.

[3] 何整杰，陆晓红，杨科.35kV开关柜除湿装置的开发与应用[J].农村电工，2015（7）：40.

[4] 刘春蕾.电力设备温湿度控制系统[J].中国高新技术企业，2009（18）：36-37.

[5] 张昀.变配电站温湿度监控系统的设计[J].科技资讯， 2010（24）：4-5.

[6] 赖义汉，王宇松，傅智河.电力柜智能除湿系统研究与设计[J].徐州工程学院学报：自然科技版，2016，31（1）：87-92.endprint