戶外-10kV電纜分接箱除濕裝置研制

2019-6-30 19:09:31      點擊:

摘要:文章分析了廣東沿海地區10kV電纜分接箱的受潮現狀,針對癥結,應用水蒸氣冷凝原理和珀爾帖效應制冷原理,選擇合適的模塊元件,提出研制10kV電纜分接箱的方案,并通過現場試點安裝,驗證了裝置的除濕效果。

關鍵詞:供電企業;水蒸氣冷凝原理;珀爾帖效應;電纜分接箱除濕;

廣東沿海地區空氣濕度大,潮濕空氣嚴重影響電氣設備性能,并成為各類柜(箱)式電氣設備發生事故的主要影響因素之一。對于配網設備,電纜分接箱長期工作于空曠的環境,柜內空間相對密閉,潮濕空氣進入后不能及時排出,加之柜內塵埃等影響,更容易造成電氣設備短路、線體和柜體腐蝕等現象,更嚴重可導致開關拒動、短路等事故。柜內除濕已成為近幾年來各專業用戶的關注熱點,也是各設備制造廠家不斷攻關的課題。研制可行的10kV電纜分接箱除濕裝置,可以解決潮濕特別是梅雨天氣下箱內濕度超標的問題,確保設備的安全穩定運行,極大地降低因潮濕帶來的故障率,提高了供電可靠性。

1 10kV電纜分接箱受潮現狀分析

1.1 濕度對電氣設備絕緣性能的影響

(1)相對濕度在85%~95%之間,絕緣子最大泄漏電流與表面電導率隨著濕度呈線性增加;(2)相對濕度在95%~99%之間,絕緣子最大泄漏電流與表面電導率變化不大;(3)相對濕度99%變化到100%,絕緣子最大泄漏電流與表面電導率均迅速增加。

1.2 溫度和濕度高可加速電極和箱體的腐蝕

(1)影響金屬腐蝕的空氣濕度是相對濕度值,而不是絕對濕度值;(2)相對濕度低時銹蝕較慢,相對濕度增加到一定限度時,腐蝕的速度突然上升,這個相對濕度的數值稱為臨界相對濕度;(3)當相對濕度在臨界濕度以上,金屬開始腐蝕,溫度每升高10℃,化學反應提高2~3倍。

在2016年3月梅雨時節,每天分別對20個電纜分接箱進行柜內濕度測量,將每日的所有電纜分接箱取平均值,繪制濕度隨時間的曲線如圖1所示:

根據《南方電網公司中低壓配電運行管理標準》規定,電氣設備箱體內濕度不大于80%,在梅雨季節,由測量結果分析可知,柜內相對濕度均大于90%,并且長時間無法排出濕氣。長時間的潮濕空氣對金屬性的柜體有較強的腐蝕作用,惡劣情況會引發電纜短路故障。

2 10kV電纜分接箱除濕裝置原理分析

針對電纜分接箱的受潮現狀,本文根據以下原理,提出研制10kV電纜分接箱除濕裝置的方案。

第一,室外柜內壁底部最容易凝露:因為底部地面熱容量大,受外部陽光、氣溫風速影響遲緩,能維持較長時間與柜內空氣間的溫度差。特別是當:(1)濕熱空氣降臨;(2)陰天或雨后轉晴;(3)黑夜轉白天。溫度上升的過程,就是內壁底部大量凝露的最佳時機,但凝露卻也使柜中的空氣相當濕度下降,因為凝露在箱壁底部,對柜箱的安全沒有太大影響,但卻最容易被直觀地察覺到。

基于水蒸氣冷凝的原理去除箱內潮濕空氣(水蒸氣)。空氣中含有水分,再加上溫度的變化造成物體表面形成水珠(凝露),空氣中的相對濕度越高,凝露溫(點)接近環境空氣溫度,越容易形成凝露,也就是說,只要有很少的溫度差就可達到形成凝露的條件;相對濕度低時,則需要有較大的溫差方可達到形成凝露的條件。

第二,基于珀爾帖效應制冷原理,通過半導體制冷技術,在冷凝片兩側形成溫度差,將密閉空間的潮濕空氣以凝結水的形式,用軟管排出柜體,從而解決箱內潮濕及凝露問題(珀爾帖效應:電荷載體在導體中運動形成電流。由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級,當它從高能級向低能級運動時,便釋放出多余的能量;相反,從低能級向高能級運動時,從外界吸收能量。能量在兩個材料的交界面處以熱的形式吸收或放出)。

第三,利用高頻開關來控制除濕裝置的開合,通過濕度傳感器采集箱內濕度數據,若箱內濕度大于即設定濕度,則合上開關啟動除濕裝置,如箱內濕度小于即設濕度,則斷開開關關閉除濕裝置,從而使得箱內濕度與設定濕度數值保持動態平衡。

3 10kV電纜分接箱除濕裝置模塊構成

10kV電纜分接箱除濕裝置由除濕模塊、控制模塊、電源模塊構成。

3.1 除濕模塊

除濕模塊包括半導體制冷片、散熱配件、導氣風扇、凝露面,可以將分接箱內的濕度降低。功能要求:(1)利用半導體制冷的帕爾帖效應,半導體制冷片可以將空氣降溫冷卻,達到空氣的露點溫度,凝露成水;(2)可以適應當地的氣候環境,工作溫度范圍在

-10℃~60℃,空氣濕度100%時仍可正常工作。

3.2 控制模塊

控制模塊包括智能濕度傳感器、濕度控制開關,可以根據分接箱內的濕度情況而動作,啟動或停止除濕模塊的工作。

3.3 電源模塊

電源模塊包括自發電裝置、蓄電池、充發電控制裝置。查廣東沿海氣候條件:光照年均大于3700W/m2,最低光照大于2100W/m2,平均氣溫22℃,最高溫度37.5℃(此時光照大于5300W/m2),查太陽能板標稱功率測試條件為光照1000W/m2,25℃;雖然本地最高溫度高于測試溫度使光電轉換率下降,但同時光照也遠大于測試光照,可見使用條件優于測試條件。

4 總體方案

經過各分方案的分析選擇,確定總體方案如圖2所示:

5 除濕效果驗證

該裝置在2016年8月30進行了首批試點安裝,選取5個潮濕問題較重的電纜分接箱進行實際效果檢測,于2016年9月11日(陰雨天/室外濕度:96%)對安裝試點的濕度進行統計分析如圖3所示:

由實際檢測結果得出以下結論:(1)5個試驗安裝點均能有效快速的達到除濕效果;(2)箱內濕度從高位95%降至75%只需2個小時,并且與設定濕度能保持動態平衡,穩定在75%±5%范圍內。在梅雨季節,除濕裝置可將電纜分接箱內濕度控制在80%內,符合設備運行規程要求。

6 結語

6.1 社會效益

10kV電纜分接箱除濕裝置有效地降低了箱內濕度,保障了在潮濕天氣下電纜分接箱的安全運行,確保了供電可靠性,提高了企業服務質量,提升了用戶對電網企業的滿意度和企業的形象。

6.2 管理效益

10kV電纜分接箱除濕裝置有效地控制了空氣濕度大造成的箱體腐蝕,降低了電纜分接箱處的故障率,提高了設備有效作業率,縮減了電力運行人員因柜體腐蝕的維修時間以及因箱內濕度過大而引起跳閘的維護搶修時間,從而減輕了運維人員的工作量和勞動強度,大大降低了人工維護成本,提高了企業管理效益。

6.3 經濟效益

此除濕裝置減少了企業的運行維護成本,降低因電纜分接箱過濕而造成的短路故障率,縮短用戶停電時間,減小負荷損失,確保生產生活用電的正常使用,為社會經濟發展保駕護航。

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