烧结炉电气控制柜内凝露原因分析及预防措施

2020-03-03董传怀涂昌银李启寿

设备管理与维修 2020年4期

董传怀，杨勇，涂昌银，李启寿

（中国工程物理研究院材料研究所，四川绵阳 621700）

0 引言

2000年以来，中国经济的腾飞带来了社会用电量的大幅增加和电网建设的快速发展，对电力系统及其控制设备提出了越来越高的要求。在工业生产中，烧结炉电气控制柜内部凝露现象普遍存在，特别是在夏季阴雨天气和秋季较为明显[1]，凝露附着在电气柜内壁和电器元件表面，易导致各种仪表的电子元件、焊点及触点被腐蚀，接触器、端子排及继电器接点短路，接线端子、导线或短接片生锈，引起接触不良等问题，轻则可能引起仪表精度下降、设备故障频发，重则酿成火灾及人员触电等安全事故。因此，消除控制柜内凝露的需求更为迫切。

目前，防凝露主要采取加装加热装置、温湿度控制器，放置干燥剂，大环境安装空调及除湿机等措施[2]。由于烧结炉控制柜内加装加热装置不利于设备的安全运行，柜内体积小放置干燥剂的数量有限，需要频繁检查和更换。另外，一般烧结炉厂房面积大、空间高及封闭性差，安装空调和除湿机，实施效果欠佳等，需要采取其他防凝露措施[3]。在工业生产中，研究者针对电气设备内的凝露现象，提出了很好的防凝露措施，取得了不错效果。陈杰等人通过箱体的防凝露设计和门体的防凝露设计[4]，有效防止了冰箱凝露，并提出优化制冷系统性能，合理调整蒸发器和冷凝器的温度也可以减少冰箱凝露现象。蔡红娟等人发现空气湿度大、环境温度高，及墙体老化是35 kV 断路器内出现凝露现象的原因，提出整改措施，提高了设备安全运行水平[5]。刘建戈根据中置式开关柜发生绝缘故障的现象[6]，从空气湿度及凝露的产生、中置柜的结构、除湿装置分析入手，研究空气相对湿度及凝露对中置柜运行的影响，从开关室的大环境、中置柜的小环境及运维检修策略提出防凝露的措施，取得较好的防凝露效果。

本研究则针对工业生产烧结炉内发生凝露的特点，提出相应改进措施，极大减少了设备内凝露现象，可为相关电气设备的防凝露提供参考。

1 烧结炉控制柜内凝露现象

烧结炉控制柜内部局部凝露如图1 所示，可以看出控制柜的内壁上布满露珠，特别是已有部分露珠受重力的影响向下流动并留下水印。控制柜内有凝露会降低电气设备的绝缘效果，引起安全事故。凝露时，饱和湿度使空气的绝缘性能降低，控制柜中很多电气元件靠空气间隙绝缘。同时，空气中的水分附着在绝缘材料表面，使电气设备的绝缘电阻降低，特别是使用年限较长的设备。由于内部有积尘吸附水分，潮湿程度将更严重，绝缘电阻更低，导致设备的泄漏电流大大增加，容易造成绝缘击穿安全事故。

此外，有凝露的环境空气有利于霉菌的生长[7]。霉菌中含有大量水分，设备的绝缘性能将极大降低。对一些多孔及表面不光滑的绝缘材料，霉菌根部还能深入到材料内部，造成绝缘击穿。霉菌的代谢过程中所分泌出的酸性物质与绝缘材料相互作用，使设备绝缘性能下降。凝露还会使设备中的导电金属、导磁硅钢片以及金属外壳锈蚀。这都将降低设备的性能和使用寿命，势必造成电气安全隐患。

图1 烧结炉控制柜内部局部凝露

2 烧结炉控制柜内凝露原因分析

凝露就是在空气湿度不变的情况下降低空气温度，当温度降低至一定值，使空气中的水汽达到过饱和的程度，再遇到低温物体达到露点温度及以下时，水汽就会从空气中冷凝析出形成水珠[4]。通过对不同环境温度的相对湿度和露点温度的值进行分析，在空气相对湿度相同的条件下，不同环境温度下的露点温度不同。整理3 个变量数据，简化为温差和相对湿度，两者关系如图2 所示。

从图2 可以看出，凝露的产生取决于空气相对湿度和凝露部位的温差，两个因素同时满足时，其相应部位将析出露珠；同时还可以发现，空气相对湿度越大，越易发生凝露现象。

烧结炉的电气控制柜是钢制铠装，对开结构的柜门边缘镶有密封胶条，柜顶装有散热外排风机。通常，控制柜内存在潮气，且钢制柜壁有较强的导热性，只要柜内的空气温度高于柜外的环境温度，就可能在控制柜内部形成凝露。

图2 空气相对湿度与凝露部位最小温差的关系曲线

本研究分别将柜门打开和关闭，进行设备运行，发现将柜门关闭后运行设备，柜内出现凝露现象；将柜门关闭，且启动柜顶的外排散热风机时运行设备，柜内出现较严重的凝露；将控制柜柜门敞开运行设备，柜内部没有出现凝露现象。

经勘查发现柜底部的电缆、电线通道密封不完全，导致控制柜与电缆沟及地坑连通。地坑内有电机、泵类和加热电极。当烧结炉运行时，地坑和电缆沟内的器件都会产生热量，对周围的空气起到加热作用，受热膨胀的空气相对冷空气密度小而上行，而控制柜在地坑和电缆沟的上方，此时的控制柜就形成了垂直坡度的热空气通道，起到了烟囱作用[8]。控制柜内的接触器、变压器、功率控制器等器件产生的热量对空气进行二次加热，含有水汽的热空气在控制柜内遇到低于露点温度的物体时就会凝露。地坑和电缆沟的空气受热膨胀后上行进入控制柜，形成了烟囱效应，往复循环，最终导致控制柜内形成大量露珠。控制柜顶部的外排风散热风机开启后，更加剧了地坑内的空气进入控制柜凝露的程度。当柜门敞开时，由地坑、电缆沟和控制柜形成的烟囱效应被破坏，柜内的空气能够充分对流，达到良好散热效果，因此柜内几乎没有露珠形成。

3 防凝露改进措施

长期敞开控制柜柜门可以消除凝露，但不符合作业现场的6S 标准，存在安全隐患。结合上文关于电控柜内部凝露原因的分析，主要从阻断潮气来源和减小控制柜内温差及空气相对湿度这两方面提出解决措施。

本研究一方面选用满足密封防潮、气体隔离、保温隔热、粘合固定、隔音防振及阻燃等要求的阻燃型聚氨酯泡沫填缝剂为阻隔材料，同时具有易施工、湿度越大固化越快的特点。通过将其填充在控制柜底部与电缆沟连通处，有效破坏了潮气流动通道，消除了烟囱效应，从而降低控制柜内的空气相对湿度；另一方面在控制柜侧下方开孔安装与柜顶相同型号的风机，向柜内送风，加快控制柜内外的空气对流，进而减小控制柜内外的温度差，最终有效地控制了柜内空气相对湿度和温差，消除了凝露现象。图3 是烧结炉控制柜内部局部图，可以看出，改进前凝露现象明显，改进后无凝露现象。实施了防凝露措施后，再未出现控制柜内凝露现象，改善了烧结炉的运行环境，降低了设备故障率，提高了设备安全可靠性，有力保障了正常工作秩序。