远红外加热技术在配电站房防凝露除湿治理中的应用

国网江苏省电力有限公司南通市通州区供电分公司 朱富云 苏 剑

为应对气候变化，我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”等庄严的目标承诺。在今年的政府工作报告中，“做好碳达峰、碳中和工作”被列为2021年重点任务之一；“十四五”规划也将加快推动绿色低碳发展列入其中[1]。

国家电网公司牢固树立“能源转型、绿色发展”理念，加快电网发展，加大技术创新，推动能源电力从高碳向低碳、从以化石能源为主向以清洁能源为主转变，加快电网向能源互联网升级，争排头、做表率，为实现“碳达峰、碳中和”目标作出国网贡献。

1 凝露的形成原因及危害

对于配电站房内电气设备而言，站房环境保持30%-70%的相对湿度最为适宜，一旦超过了75%，高压开关柜内部极易出现凝露甚至淌水，而空气中的水蒸汽在强电磁场的作用下，极易形成臭氧，臭氧会严重破坏电气设备的绝缘性能，并进而引发触电、电弧、设备起火甚至爆炸等严重事故。并且当温度低于“露点”时，就会发生凝露。

电气设备所处环境的温度有较大波动也会引起凝露，特别是在电力负荷的不断变化的条件下，高压开关柜内部将会有较大幅度的温差变化，如果开关柜所处环境的相对湿度过大，就很容易在开关柜内部的电气设备表面形成水膜，而金属在水膜作用下的腐蚀速度将会大大加快。

另外凝露还会导致设备内部粉尘堆积，粉尘的尘粒荷电性（飘浮在空气中的尘粒有90%-95%荷正电或荷负电），吸水性（吸水量多少与环境温度、湿度有关），很容易使粉尘在电气设备的周围凝集沉降，从而减少了电气距离，破坏了电气设备的绝缘强度、在线路过电压或电气操作过程中极易造成电气击穿短路事故。有的粉尘还堆集在电子板内，造成电气误动、短路等，对其安全运行造成很大危害[2]。

2 常用的防凝露方式

根据国家电网对于变（配）电站房设计要求以及相关国家标准中都提出，柜体结构必须要采取防凝露措施，包括利用设备局部密封处理、配合无源除湿措施，柜体顶板防凝露设计及处理、做斜坡导水设计，电气元件采用密封技术制作或者用密封胶封堵等。

柜体内部也会加装加热器和温度控制器，在湿度≥75%或者温度≤5℃的时候启动设备，在湿度≤65%或者温度大于等于15℃的时候停止设备，可以有效的控制内部凝露的形成。

关于变配电站房以及值班室控制室等站房主体建筑物的防凝露治理，GB50053-2013《20kV 及以下变电所设计》中6.3.5条规定：在采暖地区，控制室和值班室应设置采暖装置。配电室内温度低影响电气设备元件和仪表的正常运行时，也应设置采暖装置或采取局部采暖措施。GB50613-2010《城市配电网规划设计规范》中11.2.2条规定：变配电站内设置采暖、空调设备的房间宜采用节能措施。

目前传统变配电站房提高环境温度和防凝露除湿一般采取如下措施：采用空调或者电热油汀制热，来提高站房内的温度；采用空调除湿功能，或安装冷凝式除湿机除湿，来降低空气湿度；对空气中的粉尘没有什么好的办法。这些传统技术，不是耗能高，就是效果不明显，不能满足未来低碳节能、绿色发展的需求。

3 远红外加热除湿技术

远红外线是一种电磁波，类似于微波和X 射线，但不同的是每一种波所携带的能量的不同，其中远红外线占据太阳辐射能量的72%。远红外线的波长范围为4μm-1000μm，远红外线是红外线范围波段最宽的（如图1所示）。

图1 太阳光波长图

热传递主要有三种方式：对流，传导，辐射，远红外线的传热形式是辐射传热，由电磁波传递能量。在远红外线照射到被加热的物体时，一部分射线被反射回来，一部分被穿透过去。当发射的远红外线波长和被加热物体的吸收波长一致时，被加热的物体内分子或原子吸收远红外线能量产生强烈的振动，这时物体内部分子和原子发生“共振”，而振动和旋转使物体温度升高，达到了加热的目的[3]。

远红外加热除湿装置就是利用远红外加热技术通过科学方法研制的，是将非金属半导体电材料经过纳米技术和特殊工艺制作成特殊浆料，再利用网印技术、高温烧结等工艺，复合在微晶玻璃表面，与微晶玻璃板永久形成一个整体，制成一层无机非金属远红外导体电阻层。在通电后，远红外加热除湿装置在电场的作用下，会辐射大量的波长8-15μ的远红外线，受体接收到远红外线后，能量被吸收转换为热能，使受体的温度升高，其原理如同“阳光普照万物”的道理一样，在这种供暖环境下，远红外线到达墙面和其他物体后，迅速加热电气设备表面，加热速度快于空气传热，使环境温度更均衡。

远红外加热除湿的优势如下：

电热转换率高：远红外线的传热形式是辐射传热，由电磁波传递能量，因为没有介质，中间不需要损耗能量。电热转换率高达98%以上，红外辐射率可达85%以上。

热效率高：发热层原料中半导体胶能产生大量的远红外线，使之热效率提高了120-180%。

空间利用率高：远红外加热除湿装置采用悬挂吊顶方式安装，主要安装于需加热的设备之上，非常适用于空间有限的小型化站房（预制舱）。

升温速率快：远红外加热除湿装置在通电后，3分钟左右表面温度可以达到180°以上，快速形成较强的远红外热辐射，因为是辐射制热，所以会快速的使受体表面温度上升。

工作能耗低：远红外加热除湿装置可根据实际情况设计成不同功率的产品，额定功率在1300W-1800W 之间，低于空调制热和电热油汀制热的功率，因电能全部转化成热能，本身无损耗，比其他供暖产品节能60%以上。

环境影响小：远红外除湿装置在工作过程中，完全静音，相比于空调外机工作中会发出噪音和电热油汀会产生浮尘等设备，不会产生浮尘和噪音，对于周围居民以及配电站房内部的电气设备无任何影响。

使用寿命长：远红外加热除湿装置的结构简单，元器件少，不需要维护，使用寿命长，一般使用寿命在20年以上。而传统的空调的寿命差不多在6-10年，电热油汀的寿命差不多的5-8年左右。

4 应用方式及治理效果

变（配）电站房防凝露治理是一个多系统多设备相结合的工作，如何将多重设备根据科学有效的配置方式，实现精细化的管理，使其工作在合理的方式上，既达到了有效的防凝露除湿的效果，又极大的提高了设备的工作效率，降低设备的能耗，达到节能环保的效果。

一个智能化的环境监控系统加上节能型的设备，无人看守，远程查看，采用多个高精度环境传感器，实时精确的采集配电房中各个位置的环境参数，可以根据实时环境的变化来使轴流风机、水泵、远红外加热除湿器及设备联动等各子系统之间进行联动，完成自动的闭环控制和告警，如自动启动/关闭风机、自动启动/关闭水泵、自动启动/关闭远红外加热除湿器等。

一旦湿度超过了75%，则同时打开风机和远红外加热装置，提高电气设备表面温度，增大周围空气的含水量，同时通过风机将高湿的气体排出，减少了空气中的水汽量绝对值；当湿度低于45%时，则同时停止设备，降低了能耗。环境温度低于5℃时，打开远红外加热装置，提高电气表面温度，使其不容易在低温下产生凝露，同时也减少了设备因为低温造成的影响；当温度达到15℃的时候，则停止设备。

一般配电站房内部，会按照一排高压柜、两排低压柜的形式进行设备布局，为了使得红外辐射的效果最大化，分别在每一排高、低压柜上方安装2套至3套1300-1500W 左右的大的远红外加热除湿装置。也可以按照每30平米的面积，配置1套远红外加热除湿装置来匹配。

治理之前配电房的湿度基本维持在70%-75%，通过节能型的环境监控系统治理之后，基本湿度维持在50%以下。

5 结语

远红外加热除湿装置有明显的性价比优势，相比于原先配电站房（预制舱、办公楼等）使用传统的空调或电油汀来提升室内温度，采用远红外加热的方式具有低功耗、升温快、无噪音、电热转换率高、无扬尘以及使用寿命长等优点。完全符合国家电网“能源转型、绿色发展”的理念，在实现国家“碳达峰、碳中和”的目标过程中，具有非常重要的作用。