開關柜除濕技術的研究現狀及展望

2019-6-30 19:05:13      點擊:

摘要:變電站的開關柜由于其結構緊湊,當空氣濕度過大時,容易產生凝露,降低電氣的絕緣強度,造成事故。文章通過分析開關柜潮濕的原因,闡述了開關柜除濕的措施,并結合江蘇省電力分布地理位置、區域氣候等因素,提出了適用于江蘇省電力系統的開關柜除濕措施。

關鍵詞:開關柜;除濕技術;江蘇省;電力系統;電氣絕緣強度 

1 概述

在夏季,尤其在梅雨季節,由于長時間的降雨,導致天氣潮濕、悶熱,開關柜內部電氣元件一直不斷工作而產生熱量,內部大量的水汽最終冷凝形成凝露。另外,出于安全防護的考慮,開關柜密封性較好,其散熱性較差,也會導致凝露的產生,且凝露附著在絕緣表面使絕緣介質加速劣化,引發斷路器跳閘或電氣設備損壞。通過對開關柜掛網幾年的運行狀況研究,設備放電發熱問題十分突出,很大一部分原因就是開關柜除濕降溫效果不佳。凝露的產生大大降低了開關柜電氣設備的絕緣性能,造成設備的損壞甚至人員的傷亡。文中通過對開關柜凝露產生的原因進行分析,提出解決開關柜潮濕的方法,為提高開關柜安全穩定性提供參考。

1.1 相對濕度度量

潮濕空氣通常有絕對濕度和相對濕度兩個指標。《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》(GB/T 11022-2011)中規定開關柜正常使用條件之一是日平均相對濕度小大于95%RH。

1.2 凝露

凝露是指環境溫度低于空氣相對濕度的露點溫度時,空氣中的水蒸氣凝結成水珠。同一環境條件下,當空氣相對濕度越高,露點溫度越接近環境空氣的溫度,凝露就容易形成。大氣條件下空氣相對濕度對應的露點溫度見表1。

1.3 開關柜絕緣性能下降的原因分析

濕度和溫度是決定凝露能否形成的兩個關鍵因素,因此它們對電氣設備絕緣性能的有著重要的影響。對于開關柜中的電氣設備來說,最佳濕度應維持在30%~60%之間,因為濕度如果超過了60%,就容易形成凝露,對電氣設備絕緣性能造成不利影響。因為當水汽進入到高壓開關柜中,就會被開關柜中的強電磁場,特別是被電纜以及銅排連接處的尖端放電過程電解為氫離子和氧離子,而氧離子與空氣中的氧氣分子結合發生化學反應,就會產生臭氧,臭氧、弱酸性腐蝕氣體對絕緣材料的長時間侵蝕會導致高壓開關柜中電氣設備絕緣性能下降。此外,水汽還會在絕緣材料的表面凝結成結晶水,造成線路短路,也降低了開關柜的絕緣性能。

2 開關柜除濕措施分析

針對上述凝露現象發生的原因,可以從控制開關柜內的溫度和濕度兩個方面來避免凝露的產生。在溫度上,要控制開關柜內部的溫度比外面溫度高,所以可以在開關柜內部安裝加熱器來控制溫度;在濕度上,要保持開關柜內部干燥,要及時采取輔助措施,防止凝露的產生。當凝露產生時,需要添加除濕裝置,以保證開關柜內部的清潔與干燥。

2.1 開關柜除濕方法的分析

2.1.1 防止電纜溝積水進入開關柜。電纜溝的積水進入開關柜是導致開關柜內部濕度較大的原因之一,因此要在配電房墻體內外對電纜溝進行有效封堵。對于進入到開關柜之中的電纜溝也應采取嚴格的防水防火封堵,盡可能地減少電纜溝的積水進入開關柜之中,這樣能直接減少配電房以及高壓開關柜內部的相對空氣濕度,進而減少包括臭氧在內的各種腐蝕性氣體的產生,避免電纜溝中的潮氣倒灌進入變電站的開關柜。防火泥是常見的封堵材料,價格低廉,但是除濕效果不是很

明顯。

2.1.2 提高柜體外殼自身斷熱程度。凝露的產生是因為開關柜內外溫差大,水汽冷凝形成的,所以通過提高柜體外殼的隔熱性能,減少溫差,減緩凝露的產生。通過在電纜孔等隔熱性能差的地方增加絕熱材料來提高開關柜外殼的斷熱程度。使用絕緣材料的目的就是降低殼體內表面及內部空氣受外界溫度的影響,這種方法有一定的效果,但不易操作,且成本較高,只能減緩凝露產生的速度,不能徹底解決凝露問題。

2.1.3 在開關柜內放置硅膠干燥劑。在開關柜內放置硅膠干燥劑來吸附水汽也是一種常見的開關柜內除濕的方法,硅膠干燥劑是一種高活性吸附材料,不僅具有較強的吸濕性能、熱穩定性,而且價格便宜,便于采購。硅膠干燥劑通過吸收開關柜內空氣中的水汽,從而降低設備的濕度,有效從源頭控制凝露的產生,在一定時間內確保開關柜處于一種干燥安全的狀態,保證設備的正常運轉操作。這種方法的不足之處在于干燥劑需要經常替換,給維修人員帶來不便。

2.1.4 將新建配電房的地面基礎抬高。傳統的配電房,由于地基比較低,地下的潮氣對開關柜內部凝露的產生有著很大的影響。對于新建配電房,將其地面基礎抬(墊)高約40cm以上,可有效地改善地下水所形成的潮氣對電纜溝造成的影響,降低開關柜內部的濕度。此外,當配電房基礎抬高40cm后,由于配電房的地面和電纜溝因為潮氣的減少而比較干燥,空氣濕度大大降低,減少臭氧的產生,提高了開關柜的絕緣性能。這種方法適用于在設計配電房時,將地基抬高,可以有效地改善日后開關柜的運行環境。

2.2 開關柜除濕設備的分析

2.2.1 傳統的柜內加熱除濕裝置。高壓開關柜內采用電加熱器進行除濕,電加熱器對周圍局部的潮濕空氣只能起到潮濕空氣分解作用,水分依舊殘留在高壓開關柜內部,反而使高壓開關柜內的電氣設備更容易受潮,不利于設備的安全運行,更不能從根本上有效降低開關柜內部濕度。

2.2.2 新型半導體除濕機。賴義漢、王宇松、傅智河等針對電力柜內部電力設備工作的安全性和穩定性受環境影響的問題,分析半導體制冷器的工作原理,并結合我國南部地區濕度較大這一實際情況,設計基于單片機和半導體制冷技術的智能除濕系統。該系統根據箱內溫濕度條件自動啟停除濕器,將電力柜內的濕空氣快速凝結成水排出箱外,達到自動降溫除濕的目的,除濕效果顯著。

2.2.3 排風型除濕裝置。魏吉超介紹35kV封閉式開關柜現有加熱驅潮裝置現狀,設計一種新型通風裝置。該裝置能彌補化學除濕以及加熱烘干除濕的缺點,降低開關柜內部的濕度,改善開關柜內部電氣設備的運行環境,具有除濕效果明顯、操作安全方便、維護量低等優點,提高了開關柜的絕緣性能,使開關柜安全運行的時間大大提高,對35kV封閉式開關柜柜內除濕具有指導意義。

2.2.4 開關柜加氮氣正壓去濕系統。研究表明,將開關柜內部的水蒸氣大量排出是解決開關柜凝露問題最根本最有效的方法,只有這樣,才能保證開關柜長期工作在干燥的環境中。陳黎軍、許潔、殳俊提出一種能徹底杜絕開關柜內部潮濕凝露現象發生的方法——開關柜加氮氣正壓去濕系統,該系統能通過有效手段將柜內空氣中的水蒸氣徹底排出至柜外,時刻保持柜內干燥低露點,對開關柜形成有效保護。目前由于該方法成本較高,沒有得到普遍的應用。

3 總結與展望

江蘇省每年最高用電負荷出現在夏季,而且江蘇電網大部分地區位于長江中下游高濕多雨地帶,特別是梅雨季節,外部環境濕度較大,夏季網內高壓開關柜長期受此影響,導致柜內環境惡化受潮侵蝕嚴重,極易出現絕緣水平降低放電現象頻發,更有甚者發生爆炸事故嚴重威脅人身設備安全。盡管一般的開關柜內部都安裝了簡易的加熱器,但由于加熱器經常使用而損壞,導致開關柜內濕氣較大。而母線倉有效空間較小,一般不配置加熱器,氣溫變化更容易在母線倉發生凝露現象,降低電氣設備的絕緣性能。目前,常用的防潮除濕設備一般有空調和工業除濕機等,但這些設備結構較復雜、耗電量大、成本高、安裝麻煩。采用化學干燥劑除濕,存在化學干燥劑需要及時更換、操作不便等問題。在箱體內加裝電加熱器進行除濕,電加熱器僅對周圍局部的潮濕空氣進行分解作用,當水分子受熱后上升,又會在電力柜四周或電力設備上冷卻,產生凝露,水分依舊殘留在電力柜內部,總之效果不甚理想。而半導體制冷技術具有結構簡單、體積小、無噪聲、無磨損、壽命長、可靠性高、對環境無污染等優點,將凝水排出可以徹底解決開關柜潮濕問題,所以半導體除濕技術將是徹底解決開關柜凝露問題的關鍵。

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