不停电应急凝露除湿装置的研制与应用

2018-03-08张池川刘铜锤

浙江电力 2018年1期

姜龙，张池川，刘铜锤

（国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，浙江宁波 315000）

0 引言

开关柜作为变电站内重要的电气设备被广泛应用，开关柜的安全稳定工作关系到变电站的安全可靠运行。目前开关柜整体结构日趋小型化，内部结构紧凑，带电体相间及对地距离缩小，对运行环境要求较为苛刻，柜体内、外运行环境成为高压开关柜安全稳定工作的重要因素。由于南方天气高温高湿，空气介质的绝缘性能偏低，高压电极在高湿环境中极易发生局部放电，导致绝缘部分老化加速；高温高湿环境易造成柜体内绝缘部件、带电体表面产生凝露，降低电气强度，加快金属部件腐蚀。因此开关柜在高温高湿环境中存在较大的安全隐患，改善开关柜的运行环境是确保开关柜安全运行的重要手段。

目前开关柜凝露除湿方法主要是依据加热原理和增强空气循环对凝露进行处理，在开关柜电缆仓和开关仓分别布置加热器是最为普遍的凝露驱潮措施[1-8]，从目前的运行经验来看，柜体内安装加热器未能有效彻底除湿。顶置式凝露除湿装置是目前较先进的凝露除湿装置[9-11]，需安装在柜顶，可自动进行检测、除湿。由于需要柜顶大面积开孔，对柜体的防爆效果产生较大影响，同时单个装置费用较高，经济性较差。

当开关柜内凝露量陡增，对柜内带电体带来威胁时，目前的凝露除湿方法不能快速高效地处理凝露，经济效益较差。因此，提出一种不停电应急凝露除湿装置的研制方法，每个变电站仅配置1台即可完成所有开关柜的除湿工作，并在开关柜带电运行的情况下，对柜体内的凝露进行快速除湿作业，满足带电运行、高效除湿、经济性好的要求。

1 开关柜凝露产生

开关柜凝露现象是指开关柜体表面温度降低至露点温度以下时在柜体表面产生液滴凝结的现象，可发生在柜体内或柜体外。开关柜是否产生凝露现象取决于环境相对湿度、柜体表面温度及露点温度[7]。南方天气高温高湿，梅雨季节空气湿度大，开关柜电缆孔洞等封堵不严，断路器动作产生振动使封堵材料松动，外部湿气通过孔洞进入开关柜柜体内部，可能引起柜体内相对湿度增大。开关柜内各个仓室相对独立密封，空气对流循环差，湿气无法及时排出柜外，在柜体内外温差较大时，温度较低的柜内壁上会出现凝露，严重时凝露聚集形成水滴，形成放电通道最终引发闪爆故障。

虽然开关柜配置了加热器，但部分加热器布置不合理，柜内受热不均匀，当高温高湿空气遇到温度较低的柜体内壁时会迅速凝结形成凝露。开关柜内自动温度控制器容易失灵，造成仓室内加热器不能可靠投退，凝露不能及时处理。

2 应急不停电凝露除湿装置的设计

开关柜满足日常各仓室封闭独立的特点，在凝露除湿时需要增强仓室内外空气循环，将潮湿气体排出柜外，吸收干燥的气体，并在短时间内完成除湿作业，满足应急工作要求。为满足开关柜除湿时不停电的需求，应在不影响开关柜正常运行的情况下，完成除湿作业。

新研制的凝露除湿装置应用于短时凝露量陡增情况下，实现开关柜不停电快速除湿功能，因此开关柜内外需要加强空气对流。在开关柜柜体上需开孔，在满足柜体内外空气循环的前提下，孔径应尽量小，并采用风机提升空气循环的强度，装置与开关柜内通过风管连接，装置内设置吸气装置和吹气装置，并在吸气装置前设干燥装置，吹气装置出口设加热装置，以保证进入柜体内的空气干燥且温度适当，提高除湿效果[12-15]，满足应急除湿需要。装置在柜体外，可不受开关柜是否处于带电状况的影响。装置结构如图1所示。

装置的工作原理是：在开关柜柜顶和柜底开孔，通过风管与凝露除湿装置连接，吸气装置抽取柜体内潮湿空气并经过干燥，送往热风吹气装置，经过加热后的气体被鼓入开关柜内，通过加快柜内外空气循环，将潮湿的空气排出并鼓入干燥的气体，从而达到凝露除湿的目的。

2.1 开关柜柜体开孔设计

图1 应急不停电凝露除湿装置结构

在开关柜上开孔要满足相应的防护等级和防爆要求，因此柜面开孔不宜过大，为降低开关柜爆炸时气浪流向对人体的损伤，开关柜开孔位置不应在柜前。由于开关室内开关柜并列布置，所有开关柜由母线连接，因此开关柜两侧无法进行开孔。开关柜内各个仓室独立且密闭，在进行凝露除湿时，为满足空气对流，鼓风进入柜内的空气得到充分循环，鼓风处应在柜后底部开孔（如图2所示1号开孔处），满足电缆仓除湿需要。开关柜内各个仓室密封独立，为促进母线仓内空气循环，在母线封板和柜后对应位置进行开孔（如图2所示2号开孔处），要求2块隔板的开孔需对应。柜顶开孔如图2所示3号开孔处。

图2 开关柜开孔位置示意

2.2 凝露除湿装置设计

凝露除湿装置主要分为3个部分：吸风装置、热风吹气装置和机箱，如图3所示。吸风装置和热风吹气装置为该凝露除湿装置的主要部分，承担除湿的主要任务。通过吸风装置抽取开关柜内潮气，可及时排出柜体内潮气，降低凝露形成的可能性。热风吹气装置通过对开关柜内鼓入干燥热风，促使柜体内潮气含量降低，从而实现减少凝露并除湿的目的。吸风装置和热风吹气装置同时工作可加快开关柜内空气循环的速度，达到置换柜体内潮湿空气和凝露除湿的目的。该装置采取紧凑化设计，将吸风装置和热风吹气装置集成在一个箱体中，减小装置的体积，便于携带。

图3 应急不停电凝露除湿装置

2.3 不停电凝露除湿装置使用流程

将按照设计制作的不停电应急凝露除湿装置进行现场安装，利用风管与开关柜连接进行凝露除湿工作，如图4所示。

装置的使用流程可参见图5。

图4 装置安装实物

图5 使用流程

3 应急不停电凝露除湿装置的应用效果

为验证不停电凝露除湿装置是否满足设计要求，以某110 kV变电站10 kV开关柜为例，梅雨季节在保证开关柜正常运行情况下进行凝露处理。柜体内相对湿度为90%，分别采用应急不停电凝露除湿装置和常规凝露除湿方法进行凝露除湿，将柜体内相对湿度降到50%，并从除湿效果和经济效益进行评价。

（1）除湿效果。

常规除湿方式是在开关柜电缆仓和开关仓各设置2组加热器，采用1组小功率加热器（50 W）常投，1组大功率加热器（100 W）手动投切。通过常规方式和使用本装置进行比较，发现采用不停电凝露除湿装置的开关柜，除湿时间大幅缩短，降到4.3 h，如图6所示。

图6 除湿时间对比

（2）以单位时间内相对湿度下降比来表征除湿速率。对比采用加热器和本装置的除湿速率，发现除湿速率由10%提升到35%，如图7所示。

（3）经济效益。

图7 除湿速率对比

独立式顶置除湿单元装置是目前解决电气设备各种柜体内潮湿凝露现象较为先进的自动除湿装置。与本装置相比，二者的除湿速率和除湿耗时相差不大，但是独立式装置要求每个开关柜均需配置，总体费用较高，单日损失电量达到25万kWh。因此在同等除湿效果下，不停电凝露除湿装置可大幅减少费用，节约成本。比较结果如表1所示（变电站开关柜按30个计算）。