10kV高压室室内除湿方法研究

赵京京　吴树平　邵逸镇

摘要：根据南方地区春夏季节雨水多、高温高湿的气候特点，文章分析了高温、潮湿、凝露等因素对10kV高压室室内设备的影响，提出了10kV高压室室内设备运行环境的整体除湿降温的方法，并设计了一套综合智能的环境测控系统，达到了解决10kV高压室室内设备受高温潮气影响的目的。

关键词：10kV高压室；10kV开关柜；除湿；降温；电力设备；环境测控系统 文献标识码：A

中图分类号：TM64 文章编号：1009-2374（2016）34-0099-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.049

10kV高压室室内设备（主要是10kV开关柜）在运行过程中，由于高温、潮湿、凝露等原因，设备电气性能下降明显，严重者甚至造成事故。由于当前电气设备的除湿降温的手段主要采用局部除湿的方法，并不能解决除湿空间内所有设备的生锈、老化和绝缘下降等问题。针对这一系列问题，本课题探讨研究了10kV高压室室内运行环境的整体除湿降温方法，为10kV高压室室内除湿提供了有效方法。

1 存在问题

目前变电站设备维护最大的瓶颈是一、二次元件受到潮气（凝霜）和高温的损害，导致设备缺陷，具体影响体现在以下方面：

1.1 引起运行设备锈蚀

金属锈蚀有一定的相对湿度临界值，例如：钢为70%、铜为60%、铝为76%、铁为63%、锌为60%。在临界湿度出现前腐蚀速度很小或几乎不腐蚀，一旦进入临界湿度后，腐蚀性由化学腐蚀变成电化学腐蚀，锈蚀进程发生质变，腐蚀速度大大增加。进入临界湿度后，温度的影响会起很大的作用，此时温度每升高10℃，锈蚀速度则提高约2倍。锈蚀对开关柜内设备主要存在以下

影响：

1.1.1 开关柜内主回路导体多为铜排或铝排，锈蚀将直接影响导体搭接面的接触电阻，这是导致设备发热缺陷的一个重要原因。

1.1.2 对开关柜内操动机构而言，金属零部件的锈蚀是导致机械转动部分卡涩的主要原因，同时加剧了设备零部件的老化，导致设备整体性能的下降，影响设备寿命。

1.1.3 潮湿会引起开关柜内的辅助开关等二次元器件的插接件氧化，导致接触不良或焊接性变差，引起二次设备的故障。

1.1.4 开关柜壳体锈蚀影响设备美观，对设备的密封性造成影响。

1.2 湿度高影响设备绝缘性能

1.2.1 空气湿度较高甚至发生凝露时，引起柜内二次设备绝缘性能下降，如柜内平时不带电的继电器线圈，长期工作在湿度较高的环境下，水分会渗入线圈绝缘部分，使线圈受潮，绝缘性能下降；继电器的常开节点也可能由于受潮导致短路，引起设备误动。

1.2.2 10kV开关柜集成度高，柜内一次设备的绝缘裕度相对较小，当空气湿度增大时，电气设备的绝缘强度大幅度下降，如果在设备绝缘表面或内部形成结露，将大大增加电气设备的绝缘闪络故障的概率。

1.3 湿度过低影响自动化设备的正常工作

低湿度会产生静电，这将干扰自动化设备的正常运行和损坏电子元件。

2 原因分析

针对提出的以上问题，进行了原因分析，分析了产生凝露的原因以及当前设备主要的除湿方法，并分析其可行性。

2.1 凝露原因分析

2.1.1 变电站均设置有门、窗、通风风机，部分位置密封不严，无法做到严格意义上的密封。站内温湿度会随着室外环境呈周期性变化。

2.1.2 空调的主要作用是调节温度，对室内湿度控制效果不明显，特别是低温高湿的气候下，空调根本不起作用。雨季或外界环境湿度较高时，墙壁透气栅和门窗缝隙使室内空气与外界空气直接相通，当室内湿度控制措施不足以调节进入的水分时，高湿空气就容易沿柜体缝隙进入开关柜。

2.1.3 柜内湿度较高、温差较大时，会使柜体内的环境空气的不饱和水蒸气瞬间饱和，在柜内元件上形成凝露。

2.2 电力设备当前主要除湿方法及其局限性

2.2.1 柜内加装电加热器，对设备内部进行加热，通过提高柜内温度，降低柜内相对湿度。该方法存在以下局限性：（1）这种方法并不能从根本上消除凝露，原因在于这种方法只是增加空气中水蒸气的不饱和程度，并没有将柜内的水汽排出。由于设备内部加热，翻倍增加锈蚀速度，大大缩短设备的寿命；（2）开关柜体数量众多，每个柜体都需要安装，导致前期安装费用高、后期维护困难，除湿器众多导致除湿设备出现故障点的概率提高；（3）内部柜体比较狭窄，里面设备安装比较紧凑，没有预留出空间专门用于安装除湿器，导致取电及安装存在难题。

2.2.2 柜内加装驱潮剂，在柜体内悬挂硅胶袋或者是其他的吸水材料，吸收柜内湿气。该方法存在以下局限性：因为吸水剂吸水容量有限，且吸收的水分很难排出，所以效果往往并不明显，且更换工作量大。

2.2.3 柜内加装半导体除湿器，通过局部制冷凝露将水排出，降低柜内相对湿度。局限性：用半导体除湿，需要占用柜体内一定的空间，排水直接到线缆沟影响线缆寿命，需要要架设专门的出水管路，某些柜体内取电也是比较困难，并且除湿设备出现问题后不易维修更换。

2.3 结论

上述各方法在预防凝露的同时都带有难以克服的问题。

3 解决问题

根据以上原因分析，提出对整个房间10kV高压室室内进行整体除湿，从根本上解决电力设备内部的潮湿问题，大大延缓电力设备锈蚀进程，增加设备可靠性，延长整个环境中电力设备运行寿命。

3.1 开关柜湿度控制的标准

变电站的主控室、计算机室、继电器室通信机房及其他工艺设备要求的房间宜设置空调。空调房间的室内温度、湿度应满足工艺要求，工艺无特殊要求时，夏季设计温度为26℃～28℃，冬季设计温度为18℃～20℃，相对湿度不宜高于70%；计算机室应保证室内相对湿度在45%～70%范围内，任何情况下不允许有结露；厂家对中压柜的运行维护要求中规定的最大相对湿度为70%。由于开关柜内含一次、二次设备，综合以上标准，开关柜的运行环境的湿度控制在45%～70%为合适。

3.2 设计整体除湿系统

3.2.1 系统原理。达到高压开关室内整体除湿，防止开关柜内凝露、锈蚀的目的，必须进行两方面的考虑：一是防凝露裕量设计；二是锈蚀湿度临界值控制防止凝露需要计算一天温降最大温差。根据当地的温度，对应时刻的相对湿度，计算出对应时刻的绝对湿度。根据记录的数据，算法计算出一天中最大的绝对湿度（应该在室外开始结露的时刻）。通过绝对湿度与温降，可以算出最高、最低露点温度。参考最低露点温度进行除湿，从而达到预防凝露的目的。变电站室内与柜体内部湿度平衡是非常重要的一个参数，通常情况下可认为变电站室内湿度任意时刻都等于柜体内部湿度。但是柜体内外气体交换是有一定时间的，所以在计算柜体内部凝露时要考虑到湿度交换时间。

3.2.2 环境湿度控制系统（装置）。环境湿度控制系统是根据电气柜内久聚潮湿空气的除湿治理而研制，并按稳定可靠、效率高、便于安装的设计原则进行模块化结构设计。原理是通过对整体环境的闭环算法控制凝露条件，降低柜内的相对湿度。本装置电源直接采用变电站内交流供电，可确保装置在较低环境温度下正常

工作。

安装原则是安全绝缘距离内，室内外气体交换处，电源及电源敷设方便。

除湿原理为：控制整体室内的湿度保持在一定的范围以下，经过连续时间的平衡，使得柜体内部湿度与变电站室内的湿度保持一致，这样在湿度剧增或温度剧降时，同时保证变电站室内和柜体内部不结露、不生锈。

原理概况图如图1所示：

环境控制防凝露系统用于室内相对密闭空间内部环境的整体自动除潮湿、防凝露的场合。环境控制防凝露装置采用手动或自动方式切换除湿，并具有主动定时采样功能，控制装置自动除湿，根据环境外部温湿度、环境温湿度、柜体温湿度及它们变化曲线进行预测除湿，控制露点，不仅预防凝露并且使整个设备运行在金属临界锈蚀以下，预防设备生锈。本系统通过对百叶窗、风机控制等通风设置的控制，可迅速除湿并节能。而且本系统具有故障告警显示功能，对于因内部原因引起的内部故障可进行指示，也可通过故障输出继电器输出报警。

环境控制防凝露装置由智能控制系统、主机除湿系统、风机控制系统和监测系统组成，当外部环境湿度增加温度降低趋势低于闭环预防阀值后，启动主机除湿系统，通过智能控制系统控制环境露点，如果外部温度低于室内露点温度一定阀值时，能使用风机进行气体交换从而实现内部湿度降低，同时节能减排，改变整个室内设备运行环境，防生锈，防老化，增加整体设备运行寿命。

4 结果与分析

4.1 除湿试验过程及分析

4.1.1 实验环境：

第一，选择阴雨天气对整体除湿实验房室内环境模拟。

第二，柜体模拟：选择机柜柜体，放置到实验房内部。

第三，模拟高压开关室环境监测：在围绕柜体的四周放置2个温湿度监测设备，进行实时监控，并根据监控结果控制实验房的温湿度。

第四，柜体内监测：在柜体内部上面和下面放置两个温湿度监测装置，进行实时记录。

第五，实验环境：（1）实验室面积：10m*18m，高度为4.5m；（2）实验室密封性：无特殊处理；（3）柜体密封性：防尘防水等级为IP44。

第六，实验设备参数：（1）除湿主机功率（共1台）：0.8kW；（2）温湿度记录仪：8台（两台柜内，四台室内，两台室外）；（3）除湿系统主机：1台。

4.1.2 实验方法及数据：

第一，增湿实验：（1）实验房和柜体内湿度均为50%H；（2）对柜体进行严格密封；（3）对实验房进行连续增湿；（4）每小时采集一次数据进行对比；（5）柜内和房内湿度一致时停止实验。

增湿数据对比表如表1所示：

第二，除湿实验：（1）实验房和柜体内湿度均为90%H；（2）对柜体进行严格密封；（3）启动整体除湿系统进行除湿；（4）每小时采集一次数据进行对比；（5）柜内和房内湿度一致时停止实验。

除湿数据对比表如表2所示：

通过以上数据和曲线图，可以得出以下分析：

室内湿度上升时，柜体内湿度同时上升且上升速度滞后，需经过20多个小时柜体内外湿度才能达到平衡，由这种现象可知，当检修或人员出入时，短时间内不影响柜内湿度变化。

室内湿度下降时，柜体内湿度同时下降，可见通过室内整体除湿能达到控制柜内湿度的目的。

除湿系统启动后，室内湿度迅速下降，2小时内室内外湿度动态平衡，在现场操作时，除湿系统联动百叶窗、风机、空调。除湿时关闭所有通风，可更加迅速除湿或阻止湿度侵入。

室外湿度90%H以上时，室内湿度可控制在60%以下。室内外湿度差在30%以上，可保证室内所有设备处于低湿工作状态下。在保持室内湿度长期稳定在设置阀值以下，柜体内部湿度与室内湿度保持一致，也稳定在设置值以下，所以通过对整个环境长期的湿度控制，可以达到柜体内外除湿、防锈，延长整个室内设备寿命的目的。通过室内湿度分布图可以看出，在除湿主机1500立方米/小时的内部循环风量下，布置在室内四角落的4个湿度记录仪数据一致性非常高，将一定除湿范围内的空气充分循环流动起来，不存在湿度梯度的现象。

4.2 结论

经过上述试验和分析，环境湿度控制系统整体环境除湿效果如下：

4.2.1 整体除湿方法从根本上消除凝露，这种方法直接减少整体环境空气中的水分含量，从而减小水蒸气的不饱和程度，并将其汇集排出。由于不会对设备加热，增加锈蚀速度，延长设备的寿命。

4.2.2 整体除湿直接对众多开关柜体所在的室内整体除湿，相当于同时对每个柜体除湿。

4.2.3 整体除湿安装在柜体外部，空间富裕，不用专门预留出空间专门用于安装除湿器，导致取电及安装存在困难。前期安装简单，无需断电，后期维护方便。

4.2.4 整体除湿可控制所有设备完全处于《220～750kV变电站设计技术规程》《火力发电厂电子计算机监视系统设计规定》，ABB厂家对中压柜的运行维护要求满足规定中的设备所处的温度及湿度范围。

此方法可以取代并克服柜内安装加热器、驱潮剂、半导体除湿器的方法，并完全克服它们的缺点。此外，整体环境除湿比使用加热器除湿方式产生的节能效益。同时电力设备的运行状态好坏直接决定电力系统的安全和效益更佳，无论哪种设备出现不正常工作状态若不及时处理很可能会发展成故障，导致设备损坏、人身事故、电网停电事故，进而造成不可估量的后果。对设备进行有效的防凝露和防锈蚀，可使设备维修费大大减少，设备寿命增加，事故率降低，直接经济效益十分显著。

5 结语

本课题有效解决了10kV高压室室内设备受高温和潮气影响的问题，达到了预期的有效性和经济性，实现了智能、综合的效果。同时本课题也在进一步的改进：由于目前10kV高压柜内部温度的监测只是在达到报警值的情况下设备才会通过在设备外部亮灯等显示报警，如果变电站值班人员巡视不及时，不能及时发现高温亮灯，则不能及时有效处理设备高温故障，然而我们将在线温度监测一起融入到综合智能的湿度温度控制系统，实时记录、分析并输出10kV开关柜的温度，在后台可以及时了解温度高低，及时有效地处理10kV开关柜的高温故障。

参考文献

[1] 220～750kV变电站设计技术规程（DL/T5218-2012）[S].

[2] 火力发电厂电子计算机监视系统设计规定（NDGJ 91-1989）[S].

（责任编辑：蒋建华）