關(guān)于開關(guān)柜凝露因素試驗(yàn)分析

關(guān)于開關(guān)柜凝露因素試驗(yàn)分析

國網(wǎng)浙江省電力有限公司紹興供電公司李然錢樹煥勞凱峰供電可靠性是考核供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，是衡量國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)準(zhǔn)。開關(guān)柜在電力系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電、輸電、配電和電能轉(zhuǎn)換過程中起到開合、控制和保護(hù)用電設(shè)備的作用，是輸變電系統(tǒng)的重要組成部分，因?yàn)殚_關(guān)柜結(jié)構(gòu)日趨小型緊湊，所以對環(huán)境因素的要求逐漸變高，假如開關(guān)柜長期在悶熱潮濕的環(huán)境中作業(yè)就會(huì)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中聚集水汽形成凝露，凝露現(xiàn)象容易對開關(guān)柜的電氣絕緣造成影響，促使原本并不導(dǎo)電的區(qū)域轉(zhuǎn)換為導(dǎo)電區(qū)域，出現(xiàn)邏輯脈沖混亂、電源短路、電子元器件失效等故障。開關(guān)柜是輸變電系統(tǒng)的重要組成部分，能夠有效解決電網(wǎng)運(yùn)行中產(chǎn)生的各種問題，開關(guān)柜的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電網(wǎng)的供電質(zhì)量。開關(guān)柜的運(yùn)維是輸變電系統(tǒng)日常運(yùn)維的重要內(nèi)容，但開關(guān)柜凝露的產(chǎn)生往往對開關(guān)柜的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重危害，開關(guān)柜絕緣性能會(huì)因?yàn)槟冬F(xiàn)象的產(chǎn)生造成性能下降、加速設(shè)備老化速度、損壞設(shè)備、降低設(shè)備運(yùn)行壽命。輸變電系統(tǒng)運(yùn)維部門要根據(jù)開關(guān)柜運(yùn)行中產(chǎn)生凝露的現(xiàn)象，分析設(shè)備存在的運(yùn)行問題，了解凝露現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因，同時(shí)可以采取科學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)對開關(guān)柜凝露的治理，提升設(shè)備安全運(yùn)行的水平。文中搭建開關(guān)柜凝露因素試驗(yàn)分析系統(tǒng)，觀察在不同溫濕度條件下凝露的發(fā)生及發(fā)展過程，分析開關(guān)柜柜內(nèi)溫濕度、開關(guān)柜柜內(nèi)外溫差對凝露的影響及對策[1]。1開關(guān)柜凝露因素試驗(yàn)分析系統(tǒng)1.1凝露現(xiàn)象產(chǎn)生原因及危害在自然條件下空氣能夠容納水汽與環(huán)境溫度呈現(xiàn)正比，環(huán)境溫度越高、空氣容納水汽數(shù)量更多，露點(diǎn)溫度主要指的是特定濕度空氣出現(xiàn)凝露現(xiàn)象的最高溫度。一旦開關(guān)柜設(shè)備表面溫度低于開關(guān)柜周圍空氣的露點(diǎn)溫度，無法繼續(xù)容納在空氣中的水汽在開關(guān)柜設(shè)備表面出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，通過液態(tài)水的形式析出。在開關(guān)柜底部電纜溝濕氣將會(huì)由電纜室通道持續(xù)上升，濕氣在遇到設(shè)備內(nèi)部頂板、端子等金屬或塑料元器件時(shí)，在冷熱交換界面產(chǎn)生凝露現(xiàn)象。一旦析出的液態(tài)水和開關(guān)柜內(nèi)部灰塵混合之后，會(huì)迅速產(chǎn)生相應(yīng)的導(dǎo)電通道，對開關(guān)柜電氣絕緣造成嚴(yán)重破壞，促使原本不導(dǎo)電區(qū)域轉(zhuǎn)換為導(dǎo)電區(qū)域?；旌狭嘶覊m的凝露一旦附著在開關(guān)柜端子箱頂端，在凝露集結(jié)一定重量后會(huì)滴落在裸露的工作元件上，造成金屬元件兩極間形成通路，造成元件短路燒壞、失去正常的功能，一旦混合了灰塵的凝露附著在接線端子上，就會(huì)產(chǎn)生本不存在的導(dǎo)電通道，嚴(yán)重可造成火災(zāi)和炸機(jī)等嚴(yán)重事故[2]。1.2試驗(yàn)分析系統(tǒng)溫度和濕度是凝露形成的決定性因素，對開關(guān)柜電氣設(shè)備的絕緣性產(chǎn)生根本性影響，對開關(guān)柜中的電氣設(shè)備來說，濕度一旦超過60%就會(huì)產(chǎn)生凝露，因此，控制開關(guān)柜內(nèi)外溫濕度變化、記錄不同溫差及不同濕度下產(chǎn)生凝露需要的具體時(shí)間，能夠分析出凝露與溫濕度間的關(guān)系。開關(guān)柜凝露因素試驗(yàn)分析系統(tǒng)主要包含人工環(huán)境室、空氣處理機(jī)組、開關(guān)柜、溫濕度傳感器&控制器、加熱器、加濕器、水分檢測試紙、監(jiān)控、計(jì)算機(jī)。開關(guān)柜內(nèi)部由溫濕度控制器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，溫濕度控制器負(fù)責(zé)檢測開關(guān)柜內(nèi)的溫濕度與設(shè)置目標(biāo)之間的比較，通過加熱器和加濕器控制開關(guān)柜溫濕度。開關(guān)柜柜外溫濕度主要通過人工環(huán)境室進(jìn)行控制。1.3開關(guān)柜易發(fā)凝露部位伴隨試驗(yàn)進(jìn)行，開關(guān)柜內(nèi)壁水滴逐漸增多，邊緣相對于中間水滴更多，開關(guān)柜內(nèi)壁邊緣更容易產(chǎn)生凝露，主要原因在于開關(guān)柜的邊緣存在縫隙，開關(guān)柜柜體內(nèi)壁邊緣溫度更低，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)高溫高濕氣體從邊緣向外部流動(dòng)，低溫的內(nèi)壁邊緣部分接觸到高溫高濕氣體就形成凝露。在試驗(yàn)過程中，開關(guān)柜柜內(nèi)溫濕度分布均勻，凝露大部分在開關(guān)柜柜內(nèi)壁產(chǎn)生，開關(guān)柜柜內(nèi)設(shè)備幾乎未產(chǎn)生凝露，為了找出科學(xué)控制凝露的辦法，分析開關(guān)柜濕度條件變化需要通過UT-A200W13微環(huán)境監(jiān)測終端系統(tǒng)獲取開關(guān)柜柜內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)，這套系統(tǒng)主要包含5281監(jiān)控主機(jī)及配套的5284傳感器，傳感器將會(huì)通過無線傳輸方式將數(shù)據(jù)定式發(fā)送回傳，主機(jī)進(jìn)行掃描后實(shí)時(shí)收集上送，同時(shí)監(jiān)測主機(jī)狀態(tài)信息，通過干擾較少、信號(hào)服務(wù)質(zhì)量好的NB-lot接入云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)展示、后臺(tái)監(jiān)控[3]。2不同條件下的開關(guān)柜凝露試驗(yàn)研究2.1高低壓加熱器投停對凝露現(xiàn)象的影響溫度持續(xù)上升，對開關(guān)柜內(nèi)濕度產(chǎn)生影響，主要選取典型間隔對開關(guān)柜內(nèi)濕度進(jìn)行研究，觀察開關(guān)柜內(nèi)濕度伴隨高低壓加熱器投停產(chǎn)生的變化曲線（圖1）。在開關(guān)柜加熱器開始投入后，濕度在1個(gè)小時(shí)以內(nèi)產(chǎn)生明顯下滑，下滑程度相比初始達(dá)20%左右，在2個(gè)小時(shí)以內(nèi)能夠快速降低開關(guān)柜內(nèi)濕度，直至與柜外溫度接近；在開關(guān)柜加熱器退出投入后，開關(guān)柜內(nèi)濕度在2個(gè)小時(shí)以內(nèi)快速上升，上升程度達(dá)30%左右；高低壓加熱器一旦投入再退出，開關(guān)柜內(nèi)的濕度會(huì)產(chǎn)生先下滑再上升的情況，最后開關(guān)柜內(nèi)濕度和高低壓加熱器投入前相差達(dá)10%左右。圖1開關(guān)柜加熱器投入/退出時(shí)濕度變化曲線圖2.2開關(guān)柜前柜門開合對凝露現(xiàn)象的影響假如開關(guān)柜為中置式金屬封閉開關(guān)柜，那么開關(guān)柜內(nèi)的水汽將無法通過循環(huán)系統(tǒng)排出，在冬季密閉的室內(nèi)環(huán)境將會(huì)在開關(guān)柜門形成凝露，如果空氣流通和通風(fēng)條件尚可，那么濕度將會(huì)明顯減輕。當(dāng)開關(guān)柜前柜門開合時(shí)濕度變化較為明顯（圖2）。圖2開關(guān)柜前柜門開合柜內(nèi)濕度變化曲線在室內(nèi)環(huán)境濕度變化不明顯的前提下，開關(guān)柜的前柜門在打開階段柜內(nèi)的溫度顯著下滑達(dá)15%左右；在開關(guān)柜的前柜門閉合之前，開關(guān)柜的柜內(nèi)溫度與室內(nèi)溫度接近；在開關(guān)柜柜門閉合之后，開關(guān)柜柜內(nèi)溫度開始上升，恢復(fù)到與開關(guān)柜前柜門打開前的水平。在柜內(nèi)外溫差15℃下，相對濕度不變，柜內(nèi)濕度越高凝露所需時(shí)間越短，柜內(nèi)溫度升高凝露所需時(shí)間呈現(xiàn)減小趨勢（表1）。表1不同開關(guān)柜內(nèi)外溫差及柜內(nèi)溫度下凝露時(shí)間2.3開關(guān)柜前下柜柜門對凝露現(xiàn)象的影響根據(jù)試驗(yàn)監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，對開關(guān)柜前下柜柜門的開閉對濕度的影響進(jìn)行分析（圖3）。打開開關(guān)柜前下柜柜門的7小時(shí)之內(nèi)，開關(guān)柜內(nèi)濕度并沒有產(chǎn)生十分明顯的減弱，最大的減弱幅度僅達(dá)到2%，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)外溫差達(dá)5℃時(shí)，柜內(nèi)相對濕度達(dá)90%才能產(chǎn)生凝露，可以就此忽略開關(guān)柜前下柜柜門的影響[4]。圖3開關(guān)柜前下柜柜門開閉時(shí)柜內(nèi)濕度變化曲線3電纜溝疏堵解決凝露現(xiàn)象的研究根據(jù)凝露產(chǎn)生的機(jī)理，可以得知通過對濕度和溫度等形成條件產(chǎn)生破壞后，可以消除凝露的發(fā)生，只要破壞其中任何一個(gè)形成條件都不會(huì)出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。結(jié)合這個(gè)前提條件對開關(guān)柜內(nèi)外影響濕度的條件進(jìn)行綜合分析，在開關(guān)柜設(shè)備底盤進(jìn)線孔采取密封劑或密封膠進(jìn)行防潮、防凝露的密封，可以有效防止電纜溝濕氣通過電纜室通道進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)部，造成開關(guān)柜內(nèi)部濕度過大產(chǎn)生凝露。為了便于觀察電纜溝疏堵產(chǎn)生的影響，在電纜溝東側(cè)、中間及西側(cè)分別設(shè)置監(jiān)測裝置，分別對晴、雨兩種天氣的濕度進(jìn)行分析，電纜溝無論是在晴天還是在雨天均處于濕度數(shù)據(jù)相對較高的狀態(tài)，電纜溝存在極大程度上的疏堵不良的狀態(tài)。在進(jìn)行電纜溝疏堵檢查以后，改進(jìn)復(fù)合電纜蓋板設(shè)計(jì)，電纜溝四角采用具有通風(fēng)工效的鏤空篦子型電纜溝蓋板，等間距排列，有效降低電纜溝內(nèi)集聚的熱量，改善電纜的運(yùn)行環(huán)境，便于電纜溝氣體與室內(nèi)氣體交互，促使電纜溝濕度下降。電纜室內(nèi)表面、底面和隔離墻雙側(cè)面做防水處理，電纜室底部平臺(tái)增高臺(tái)階高度不小于20厘米，電纜穿越后進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部時(shí)要做好進(jìn)出線的疏堵工作。在進(jìn)行改造后連續(xù)十天的陰雨天氣期間，對開關(guān)柜濕度監(jiān)測觀察，開關(guān)柜濕度變化幅度明顯變小，開關(guān)柜內(nèi)濕度明顯下降到70%以下，這種情況明顯說明疏堵電纜溝后開關(guān)柜的濕度明顯改善，有效避免水汽進(jìn)入開關(guān)柜，改進(jìn)設(shè)計(jì)簡單可行，能夠有效避免開關(guān)柜凝露現(xiàn)象，有較高的推廣價(jià)值[5]。4結(jié)語通過文中的分析和研究，利用試驗(yàn)找出開關(guān)柜凝露易發(fā)位置，清晰記錄開關(guān)柜在不同溫濕度和內(nèi)外溫差下形成凝露需要的具體時(shí)間，通過分析可以了解到，高低壓加熱器的投入和推出、開關(guān)柜前柜門開合及電纜溝疏堵對于開關(guān)柜濕度產(chǎn)生明顯的影響，對于開關(guān)柜降低濕度產(chǎn)生十分重要的作用，一旦溫度過高時(shí)，環(huán)境溫度的細(xì)微變化都會(huì)造成凝露的產(chǎn)生，凝露現(xiàn)象幾乎都是產(chǎn)生在開關(guān)柜的內(nèi)壁上，并且開關(guān)柜內(nèi)壁的邊緣相對于中間更容易產(chǎn)生凝露。在開關(guān)柜產(chǎn)生凝露之前必須要采取科學(xué)的措施方式抑制凝露的