电气柜除湿防凝露技术研究及监控平台开发

2022-03-26关志军白爱东王帆申健张兴松

电子元器件与信息技术 2022年1期

关志军，白爱东，王帆，申健，张兴松

（国网甘肃省电力公司嘉峪关供电公司，甘肃嘉峪关 735100）

0 引言

我国幅员辽阔，电气柜在实际中的应用环境差异性较大，包括高温高湿、高温低湿、低温高湿以及低温低湿等多种不同的气候类型。当电气柜运行在高湿的气候条件下时，需要采取相应的除湿技术措施。同时由于湿度和温度相互作用时，会形成冷凝水，容易导致电气柜设设备失效问题，故还需要在电气柜内采取防凝露措施[1]。本文主要介绍了基于复叠式循环机理的电气柜除湿防凝露技术，同时通过采用基于复叠式循环机理的电气柜除湿防凝露集中监控平台，可以实现对电气柜除湿防凝露装置的在线实时监测，从而强化对电气柜的运维管控，以下进行详细的分析和介绍。

1 电气柜除湿防凝露技术的应用必要性

在电力系统中，对于开关柜等封闭性较强的电气柜而言，随着使用时间的变长，容易出现受潮的情况，尤其是当电气柜应用在气候较为潮湿的地区时。当电气柜内的湿度较高时，电气柜内的设备金属构件会出现锈蚀的情况，使得电气设备元件的力学强度降低，并且电气系统的绝缘性能也会下降。同时当电气柜的表面出现凝露时，会给电气柜的运行安全带来隐患，甚至还可能会导致电气柜的运行故障问题，如柜内电气回路发生短路、爬电、闪络或者是线路跳闸等一系列事故，此时对空间封闭类的电气柜采用除湿防凝露装置就具有较强的必要性，图1为电气设备主要的失效原因分类。

从图1中可以看出，电气设备的主要失效原因包括了灰尘影响、温度及湿度不符合要求，以及电气设备发生了较大的振动等，这些都是电气设备功能失效的主要原因。为了提高电气设备在实际中的运行稳定性，首先应定期加强对电气设备上灰尘的清理，保证电气设备具有良好的运行环境。同时，对于可能发生电气设备振动的影响因素采取必要的措施加以管控，防止设备发生振动。但温度及湿度是造成电气设备功能失效的主要原因，故为了提高电气柜内电气设备的运行可靠性，需要对电气柜内的温度及湿度采取技术措施进行严格的控制。一般只要破坏了温度及湿度中的一个条件，就能够达到防凝露的目的，利用这一点可以开发出电气柜除湿防凝露装置。

图1 电气设备的失效原因

2 基于复叠式循环机理的电气柜除湿防凝露技术原理

2.1 电气柜除湿防凝露技术的原理

湿度指的是在空气中的水蒸汽含量，一般空气温度越高，其容纳水蒸汽的能力越强，故空气中的湿度也越高，空气中湿度大小的主要评估指标包括相对湿度和绝对湿度[2]。其中绝对湿度是指在单位空气中所包含的水蒸汽，则相对湿度是指绝对湿度和最高湿度之间的比值。当电气柜内壁的温度降低到一定程度之后，在柜内壁就会形成凝露，给电气设备的运行带来较大的安全隐患。

为了达到对电气柜进行除湿的目的，可以利用复叠式循环机理，构建除湿防凝露系统。在高湿环境中，通过复叠式两级通道下的能量传递，可以实现电气柜内湿气的高效结露，凝结出来的水再通过电气柜内的排水系统排出电气柜外，达到降低电气柜内湿度的目的。所谓复叠式循环通道，即是在除湿系统中在上下方向设置两个控制温度及湿度控制器，构成循环通道，实现除湿防凝露功能。这种除湿防凝露技术机理在实际生产中的很多场合中都得到了应用，本文将其应用在电气柜的除湿防凝露装置开发中。

2.2 除湿防凝露装置中的温控系统

温控系统是装置中实现除湿防凝露功能的关键组成，要消除电气柜内的凝露现象，可以采用温度控制法或者是湿度控制法。对于温度控制法，可以利用加热电阻升高电气柜内的温度，如果温度超过了露点温度，则电气柜内就不会发生凝露现象。为了实现电气柜温度控制的目的，需要采用温度控制器，并加强温度控制器的软件运行流程设计，保证温度控制软件系统的运行效率较高，其具体的温度控制流程图如图2所示。

图2 除湿防凝露装置中的温控系统运行流程图

从上图2除湿防凝露装置的温控系统运行流程中可以看出，T1为电气柜内的温度下限值，T2为上限值，在T1和T2温度范围内，都可以有效达到除湿防凝露的目的。当温度传感器检测到电气柜内的温度低于下限值T1时，则达到其他加热工作的条件，只要温度没有达到上限值T2，就可以一直加热，直到电气柜内的温度满足要求，就可以停止加热器工作。这样就可以将电气柜内的温度控制在合理的范围内，并且可以达到在线实时控制，确保除湿防凝露装置的应用效果。从上述除湿防凝露装置中的温控系统运行流程图中来看，温度传感器以及控制器发挥着关键作用，如果除湿防凝露装置的应用效果不佳，则可以从温度传感器以及控制器方面去排查是否出现了问题，从而能够快速恢复温度传感器以及控制器的正常运行。

3 电气柜智能除湿防凝露装置及监控平台的开发

根据电气柜智能除湿防凝露的技术原理，可以开发出电气柜智能除湿防凝露装置。该装置能够应用在开关柜等封闭类电气柜中，实现对电气柜内运行环境的智能化监测，以及智能除湿操作，同时还具备防凝露的功能，更好地保障电气柜的安全可靠运行[3]。同时借助电气柜智能除湿防凝露装置集中监控平台，可以实现对电气柜智能除湿防凝露装置运行状态的集中监控，以下详细分析电气柜智能除湿防凝露装置以及监控平台的开发。

3.1 电气柜智能除湿防凝露装置开发

在电气柜内如果形成了凝露，容易和设备上的尘埃相互结合，形成导电通道，进而导致电气设备中的元件失效，因此，有必要采用除湿防凝露装置。在电气柜智能除湿防凝露装置的开发中，在系统的组成上，主要包括温湿度控制模块、电气柜的内部及外部温湿度传感器等。对于温度控制模块，需要采用加热器、通风口、过滤器，其中过滤器可以起到防止灰尘进入电气柜的目的。其中当电气柜内的温度不在合理范围内时，就启动加热器，以控制温度在合理范围。当温度达到规定的范围时，就可以启动通风装置，将外部空气引入电气柜内，使得电气柜内的空气绝对湿度相互一致，这样形成一个循环通道。对于湿度控制模块，可以采用干燥剂，来吸收电气柜内多余的水蒸汽，从而降低电气柜内的绝对湿度。同时，考虑到现场运行条件，在开发的过程中需要根据现场的实际需要，在装置中设置手动操作功能[4]。

3.2 电气柜智能除湿防凝露装置监控平台开发

随着电气柜智能除湿防凝露装置运行时间的变长，该装置可能会出现一定的运行问题，如对电气柜的除湿效果不佳，或者防凝露的功能失效等，这些情况需要及时发现，并及时上报，这样才能够保证电气柜随时都能够处于正常的运行状态。为此可以构建电气柜智能除湿防凝露装置集中监控平台，当电气柜智能除湿防凝露装置监控平台监测到智能除湿防凝露装置出现了异常运行情况时，可以及时将告警信息上传给集中监控平台中[5]。

同时监控平台还可以下发指令给除湿防凝露装置，实现远程控制的功能。但由于监控平台和现场的除湿防凝露装置之间的网络通信采用的是无线通信方式，故在应用的过程中，监控平台系统侧应设置防火墙。同时防火墙的策略应设置最小化，只将需要的网络访问地址以及网络访问端口加入防火墙的策略中。而没有符合防火墙策略的访问行为将会被禁止，这样就可以有效实现对监控系统的网络安全防护。此外在开发电气柜智能除湿防凝露装置监控平台的过程中，由于除湿防凝露装置在地理位置上分布较为分散，为了能够提高数据通信的稳定性，可以借助智能网关技术，起着通信协议转换的作用，从而将各个除湿防凝露装置相互之间在通信上连接起来，达到数据采集和传输的目的[6]。在集中监控系统的画面上，可以设置相应的操作界面，用来调节电气柜智能除湿防凝露装置中的除湿阈值。随着电气柜除湿防凝露装置应用经验的积累，今后除湿防凝露装置在实际中将会具备更好的应用效果，并在实际的电气柜中发挥着更大的作用[7]。