开关柜除湿技术的研究现状及展望

茅雷+吕帅帅+朱富云+龚斌+倪红军+顾涛

摘要：变电站的开关柜由于其结构紧凑，当空气湿度过大时，容易产生凝露，降低电气的绝缘强度，造成事故。文章通过分析开关柜潮湿的原因，阐述了开关柜除湿的措施，并结合江苏省电力分布地理位置、区域气候等因素，提出了适用于江苏省电力系统的开关柜除湿措施。

关键词：开关柜；除湿技术；江苏省；电力系统；电气绝缘强度 文献标识码：A

中图分类号：TM591 文章编号：1009-2374（2016）36-0075-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.037

1 概述

在夏季，尤其在梅雨季节，由于长时间的降雨，导致天气潮湿、闷热，开关柜内部电气元件一直不断工作而产生热量，内部大量的水汽最终冷凝形成凝露。另外，出于安全防护的考虑，开关柜密封性较好，其散热性较差，也会导致凝露的产生，且凝露附着在绝缘表面使绝缘介质加速劣化，引发断路器跳闸或电气设备损坏。通过对开关柜挂网几年的运行状况研究，设备放电发热问题十分突出，很大一部分原因就是开关柜除湿降温效果不佳。凝露的产生大大降低了开关柜电气设备的绝缘性能，造成设备的损坏甚至人员的伤亡。文中通过对开关柜凝露产生的原因进行分析，提出解决开关柜潮湿的方法，为提高开关柜安全稳定性提供参考。

1.1 相对湿度度量

潮湿空气通常有绝对湿度和相对湿度两个指标。《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》（GB/T 11022-2011）中规定开关柜正常使用条件之一是日平均相对湿度小大于95%RH。

1.2 凝露

凝露是指环境温度低于空气相对湿度的露点温度时，空气中的水蒸气凝结成水珠。同一环境条件下，当空气相对湿度越高，露点温度越接近环境空气的温度，凝露就容易形成。大气条件下空气相对湿度对应的露点温度见表1。

1.3 开关柜绝缘性能下降的原因分析

湿度和温度是决定凝露能否形成的两个关键因素，因此它们对电气设备绝缘性能的有着重要的影响。对于开关柜中的电气设备来说，最佳湿度应维持在30%～60%之间，因为湿度如果超过了60%，就容易形成凝露，对电气设备绝缘性能造成不利影响。因为当水汽进入到高压开关柜中，就会被开关柜中的强电磁场，特别是被电缆以及铜排连接处的尖端放电过程电解为氢离子和氧离子，而氧离子与空气中的氧气分子结合发生化学反应，就会产生臭氧，臭氧、弱酸性腐蚀气体对绝缘材料的长时间侵蚀会导致高压开关柜中电气设备绝缘性能下降。此外，水汽还会在绝缘材料的表面凝结成结晶水，造成线路短路，也降低了开关柜的绝缘性能。

2 开关柜除湿措施分析

针对上述凝露现象发生的原因，可以从控制开关柜内的温度和湿度两个方面来避免凝露的产生。在温度上，要控制开关柜内部的温度比外面温度高，所以可以在开关柜内部安装加热器来控制温度；在湿度上，要保持开关柜内部干燥，要及时采取辅助措施，防止凝露的产生。当凝露产生时，需要添加除湿装置，以保证开关柜内部的清洁与干燥。

2.1 开关柜除湿方法的分析

2.1.1 防止电缆沟积水进入开关柜。电缆沟的积水进入开关柜是导致开关柜内部湿度较大的原因之一，因此要在配电房墙体内外对电缆沟进行有效封堵。对于进入到开关柜之中的电缆沟也应采取严格的防水防火封堵，尽可能地减少电缆沟的积水进入开关柜之中，这样能直接减少配电房以及高压开关柜内部的相对空气湿度，进而减少包括臭氧在内的各种腐蚀性气体的产生，避免电缆沟中的潮气倒灌进入变电站的开关柜。防火泥是常见的封堵材料，价格低廉，但是除湿效果不是很

明显。

2.1.2 提高柜体外壳自身断热程度。凝露的产生是因为开关柜内外温差大，水汽冷凝形成的，所以通过提高柜体外壳的隔热性能，减少温差，减缓凝露的产生。通過在电缆孔等隔热性能差的地方增加绝热材料来提高开关柜外壳的断热程度。使用绝缘材料的目的就是降低壳体内表面及内部空气受外界温度的影响，这种方法有一定的效果，但不易操作，且成本较高，只能减缓凝露产生的速度，不能彻底解决凝露问题。

2.1.3 在开关柜内放置硅胶干燥剂。在开关柜内放置硅胶干燥剂来吸附水汽也是一种常见的开关柜内除湿的方法，硅胶干燥剂是一种高活性吸附材料，不仅具有较强的吸湿性能、热稳定性，而且价格便宜，便于采购。硅胶干燥剂通过吸收开关柜内空气中的水汽，从而降低设备的湿度，有效从源头控制凝露的产生，在一定时间内确保开关柜处于一种干燥安全的状态，保证设备的正常运转操作。这种方法的不足之处在于干燥剂需要经常替换，给维修人员带来不便。

2.1.4 将新建配电房的地面基础抬高。传统的配电房，由于地基比较低，地下的潮气对开关柜内部凝露的产生有着很大的影响。对于新建配电房，将其地面基础抬（垫）高约40cm以上，可有效地改善地下水所形成的潮气对电缆沟造成的影响，降低开关柜内部的湿度。此外，当配电房基础抬高40cm后，由于配电房的地面和电缆沟因为潮气的减少而比较干燥，空气湿度大大降低，减少臭氧的产生，提高了开关柜的绝缘性能。这种方法适用于在设计配电房时，将地基抬高，可以有效地改善日后开关柜的运行环境。

2.2 开关柜除湿设备的分析

2.2.1 传统的柜内加热除湿装置。高压开关柜内采用电加热器进行除湿，电加热器对周围局部的潮湿空气只能起到潮湿空气分解作用，水分依旧残留在高压开关柜内部，反而使高压开关柜内的电气设备更容易受潮，不利于设备的安全运行，更不能从根本上有效降低开关柜内部湿度。

2.2.2 新型半导体除湿机。赖义汉、王宇松、傅智河等针对电力柜内部电力设备工作的安全性和稳定性受环境影响的问题，分析半导体制冷器的工作原理，并结合我国南部地区湿度较大这一实际情况，设计基于单片机和半导体制冷技术的智能除湿系统。该系统根据箱内温湿度条件自动启停除湿器，将电力柜内的湿空气快速凝结成水排出箱外，达到自动降温除湿的目的，除湿效果显著。

2.2.3 排風型除湿装置。魏吉超介绍35kV封闭式开关柜现有加热驱潮装置现状，设计一种新型通风装置。该装置能弥补化学除湿以及加热烘干除湿的缺点，降低开关柜内部的湿度，改善开关柜内部电气设备的运行环境，具有除湿效果明显、操作安全方便、维护量低等优点，提高了开关柜的绝缘性能，使开关柜安全运行的时间大大提高，对35kV封闭式开关柜柜内除湿具有指导意义。

2.2.4 开关柜加氮气正压去湿系统。研究表明，将开关柜内部的水蒸气大量排出是解决开关柜凝露问题最根本最有效的方法，只有这样，才能保证开关柜长期工作在干燥的环境中。陈黎军、许洁、殳俊提出一种能彻底杜绝开关柜内部潮湿凝露现象发生的方法——开关柜加氮气正压去湿系统，该系统能通过有效手段将柜内空气中的水蒸气彻底排出至柜外，时刻保持柜内干燥低露点，对开关柜形成有效保护。目前由于该方法成本较高，没有得到普遍的应用。

3 总结与展望

江苏省每年最高用电负荷出现在夏季，而且江苏电网大部分地区位于长江中下游高湿多雨地带，特别是梅雨季节，外部环境湿度较大，夏季网内高压开关柜长期受此影响，导致柜内环境恶化受潮侵蚀严重，极易出现绝缘水平降低放电现象频发，更有甚者发生爆炸事故严重威胁人身设备安全。尽管一般的开关柜内部都安装了简易的加热器，但由于加热器经常使用而损坏，导致开关柜内湿气较大。而母线仓有效空间较小，一般不配置加热器，气温变化更容易在母线仓发生凝露现象，降低电气设备的绝缘性能。目前，常用的防潮除湿设备一般有空调和工业除湿机等，但这些设备结构较复杂、耗电量大、成本高、安装麻烦。采用化学干燥剂除湿，存在化学干燥剂需要及时更换、操作不便等问题。在箱体内加装电加热器进行除湿，电加热器仅对周围局部的潮湿空气进行分解作用，当水分子受热后上升，又会在电力柜四周或电力设备上冷却，产生凝露，水分依旧残留在电力柜内部，总之效果不甚理想。而半导体制冷技术具有结构简单、体积小、无噪声、无磨损、寿命长、可靠性高、对环境无污染等优点，将凝水排出可以彻底解决开关柜潮湿问题，所以半导体除湿技术将是彻底解决开关柜凝露问题的关键。

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基金项目：开关柜绝缘性能下降综合治理技术的研究，编号：J2016080。

作者简介：茅雷（1973-），男，江苏省电力公司南通供电公司高级工程师，研究方向：变电检修；吕帅帅（1988-），男，江苏徐州人，供职于南通大学机械工程学院，研究方向：新能源汽车和燃料电池。

（责任编辑：蒋建华）