浅谈预装式变电站预制舱凝露危害及预防措施

燕飞飞

（无锡固亚德电力设备有限公司，江苏 无锡 214100）

0 引言

为了实现模块化设计、批量化生产等指标，预装式模块化变电站（图1）主体一般采用钢板制作，以缩短工期[1]。钢板比传统土建变电站的水泥材质导热系数要高很多，并且考虑到运输等因素，预装式模块化变电站舱体内部空间一般比较紧凑，较为狭小，当遇到空气湿度大、昼夜温差较大等恶劣环境因素时，特别容易导致舱体内部产生凝露[2-3]。

图1 预装式模块化变电站

1 预制舱内凝露形成原因分析

空气由绝干空气、水汽、尘埃三部分组成。绝对湿度为单位空气在一定压力及温度下所含的水汽的质量，饱和湿度为单位空气在该条件下所能包含的最大水汽质量。温度越高，空气中所能包含的水汽越多，饱和湿度越大。绝对湿度与饱和湿度的比值为相对湿度[4-6]。

（1）保持空气湿度而降低空气温度，当温度低至一定值后，水蒸气的分压力达到对应于当时空气温度的饱和压力，该条件下空气中的水汽就达到饱和。再进一步降低空气温度，水汽就会从空气中冷凝析出，形成“露滴”，这种现象被称为“凝露”。所以，凝露的产生与环境中的相对湿度息息相关，相对湿度是直接决定能否产生凝露的根本条件。

（2）傍晚以后舱体温度逐步降低，无论预制舱中设备是否正常运行，预制舱墙体及顶板温度都会逐步降低，其速度大于舱体内部空气降温速度，导致舱体表面温度比环境温度更低，当湿热的环境空气遇到温度较低的舱体表面时，水汽就会凝结形成凝露。当舱体内部设备正常工作时，舱体表面温度降低的情况下，舱体内部环境温度受设备运行发热影响还在升高，舱体表面与舱体环境温差更大，导致产生的凝露更多，尤其是受运行发热量较大的电气设备影响时表现更为明显。

预制舱内壁凝露实样如图2所示，开关柜内壁凝露实样如图3所示。

图2 预制舱内壁凝露

图3 开关柜内壁凝露

（3）考虑到夏天高温及设备发热量，为了保障舱体内部设备可靠运行，不受舱体内部高温影响，变电站会根据设备需要设计空调设备辅助制冷。

1）变电站维护人员为了更好地保障设备运行，减少运维工作量，往往将温度直接调至18℃，导致空调吹出来的冷风温度较低，冷风与舱体内部较热的空气相遇，导致产生凝露。

2）空调出风口方向正好对着设备外壁或者舱体墙体，导致被空调出风接触的设备或者舱体表面区域温度急剧降低，当舱体中热空气遇到该部分温度较低区域时就会产生凝露。

2 凝露对变电站电气设备的危害

当凝露产生条件满足后，预制舱内部电气设备任何位置都有形成凝露的可能性，凝露汇集形成液态水滴落在元器件上或与设备内部的灰尘混合后产生相应的导电通道，就会对设备的电气绝缘造成影响，使得本不该导电的区域转换为正常导电的区域，进而导致设备短路。一旦混合了灰尘的凝露附着于端子箱顶部，当露水聚集至一定的重量后，便会向下滴落在端子箱内部裸露的工作元件上（如接线端子），导致金属元件两极之间形成通路，从而使得元件短路烧坏，失去正常功能；又比如混合了灰尘的凝露直接附着于接线端子上，会产生原本不存在的导电通道，导致逻辑脉冲出现混乱，进而产生电源短路、电子元器件失效等故障，大大影响设备使用寿命周期，甚至可能会导致火灾（图4）、炸机等事故，造成严重的经济损失及后果。

图4 因凝露起火燃烧爆炸

（1）设备内二次接线端子排上形成的露水对端子排上的金属导电部位造成腐蚀（图5），腐蚀较严重或混入灰尘等其他杂质后易造成交直流短路接地，直流接地对变电站二次系统的稳定运行危害极大。实际运行经验表明，直流接地多是有水附着在带电部位所造成的，而更严重的是，露水甚至会造成端子排上两根二次线之间短接，如果恰好是开关跳闸回路则会立即引起开关误动作，造成停电事故。

图5 凝露造成腐蚀

（2）凝露会腐蚀机构内的金属部件，影响机构的使用寿命，甚至因锈蚀而造成机构卡涩，导致开关或刀闸在分合时机构不能运行到位，如果因此使得开关动静触头慢分慢合，则会酿成极大的电力事故。

（3）设备上仪器、仪表、显示器等高精密的设备内部产生凝露，容易导致电路板短路等情况，进而造成设备损坏。

3 预防凝露的舱体设计关键技术

预制舱内形成凝露的条件是复杂多样的，其中相对湿度和舱体及其内部环境温度变化率是导致凝露产生的重要因素，因此，预装式变电站防凝露的举措主要是尽可能降低相对湿度和温度变化率，并对电气设备增加辅助除湿方式，多管齐下，彻底根除凝露的产生。

（1）为保障预制舱承载及电缆敷设需求，需要制作变电站预制舱基础。传统工艺一般采用混凝土建设封闭式基础（图6），封闭式混凝土基础与电缆沟贯穿，当项目现场处于坑洼地带、遇到强降雨天气或者现场湿气比较大时，预制舱基础内部就会出现湿气较大甚至存水未能及时排出的现象，导致湿气在基础内部聚集，湿气通过舱体底部进入舱体内部环境，进而增加了舱体内部环境相对湿度，大大提高了凝露的风险。为此，需要采取基础防进水、应急排水及强制通风等多项措施，确保舱体基础内部始终保持干燥。

图6 封闭式混凝土基础变电站

架空式钢结构基础使所有的预制舱都能架空安装（图7），可有效避免基础底部湿气存水或长时间潮湿等问题，从湿气源头根除凝露产生的必要条件，进而避免舱体内部产生凝露。从工程实例来看，架空式钢结构基础确实对预制舱防凝露起到了非常关键的作用，并且建设成本、施工效率、产品强度及可靠性等性能指标全面优于封闭式混凝土基础，因此非常值得推广应用。

图7 架空式钢结构基础变电站

（2）当项目处在湿热环境中时，推荐预制舱底部喷涂聚氨酯密封材料（图8），所有电缆进出口使用密闭封堵材料（图9），可有效阻断湿气从预制舱底部侵入，进而消除凝露产生的必要条件。

图8 预制舱底部密封实样

图9 预制舱底部电缆进出口封堵实样

（3）预制舱温度变化率主要体现在预制舱隔热保温效果，隔热保温效果越好，预制舱温度变化率越低，反之预制舱温度变化率越高。预制舱温度变化率越高，产生凝露的风险就越高，所以预制舱设计时应充分考虑舱体隔热保温性能。

1）研究得知预制舱外观颜色会影响到热量吸收，颜色越深，吸收热量越多，所以建议舱体外观颜色选择要以浅色为主，可缓解舱体热量吸收，降低预制舱温度变化率。

2）预制舱应设计保温层，湿热环境下保温层厚度建议做到100 mm以上，并建议舱体内部采用非金属装修层，通过改变材质、降低导热效率，进而降低预制舱温度变化率。

3）预制舱应设计空气隔热层，特别是预制舱顶部，空气隔热层可进一步提高预制舱隔热保温性能，并且做到智能呼吸，可以根据温度变化减少空气受热胀冷缩的影响，保持空气隔热层气压平衡，进一步提高舱体隔热保温性能，进而降低预制舱温度变化率。

（4）预制舱内部设计采用微正压空调系统，并实现制冷分散化，避免冷风集中在一点出风，导致局部温度降低进而产生凝露。另外，空调选择可以自带自动除湿功能，当检测到预制舱内相对湿度到了一定的值，就自动开启除湿功能，降低空气湿度，进而降低凝露风险。

（5）单独配工业除湿机，进一步增强除湿功效，降低预制舱内部空气湿度，进而降低凝露风险。

4 结语

预装式模块化变电站建站方式正以不可逆转的趋势替代传统的土建变电站建站方式，但凝露对变电站设备生命周期及运行可靠性有着严重的危害，因此，预装式模块化变电站推广应用过程中，应根据变电站使用环境全面分析凝露产生的原因，从预制舱的结构设计、基础设计、电气辅助设计等方面出发，多措并举，加强凝露产生的预防措施，保障变电站全生命周期的安全可靠运行，为预装式变电站的可持续发展贡献一份力量。