变电站端子箱滤尘驱小动物装置研制

云南电网有限责任公司玉溪供电局 朱坤华 王文杰 杨 杰 雷亚兰 李建东 方艳斌

1 引言

变电站实际工作运行中，断路器等一次设备的端子箱等设备，受现场环境影响，出现积灰、小动物等影响设备安全稳定运行因素，破坏了设备良好的运行环境，造成设备绝缘降低，甚至导致出现误动、拒动等严重影响电网安全稳定运行的事故事件。经过查找和统计，在端子箱等设备智能维护工作中，目前行业未有高效滤尘、驱虫的解决方案。为提高变电站现场工作效率，减慢端子箱等设备老化速度、提高设备安全稳定运行可靠性，降低设备误动拒动风险，需要研制一种工具或装置，改善现场设备工作环境，减慢端子箱等设备老化速度、提高设备安全稳定运行可靠性，降低设备误动拒动风险[1]。

2 现状分析

端子箱设备作为变电站断路器等一次设备的重要辅助设备，在变电站安全稳定运行中占据重要位置。端子箱设备出现积灰、潮湿、小动物等威胁设备安全稳定运行，系统内曾发生过端子箱内二次端子绝缘降低造成设备故障，端子箱内的环境是二次端子线健康运行的主要因素。根据《云南电网有限责任公司生产运行管理办法（2018版）》要求，对变电站端子箱等二次设备每月开展一次清洁卫生维护工作。

2.1 灰尘量分析

运行人员在开展清洁过程中，面对端子排等表面不平整的设备时，不能对其进行有效的灰尘清扫处理，这些部位往往也是灰尘容易堆积的区域，也是设备运行的关键区域。在倒闸操作等其他重要工作较多时，卫生清洁工作需要推迟到晚上其他更加重要工作结束以后开展或者办理延期开展，对变电站端子箱内设备除尘工作造成不利影响。对某变电站端子箱随机抽样检查发现一个月端子箱固定采样区域灰尘颗粒量为139粒。

2.2 小动物分析

由于端子箱内温度暖和、存在缝隙吸引壁虎、蜘蛛等小动物进入端子箱生存，端子箱内小动物活动容易造成端子排松动、短路等从而大大增加一次设备拒动、误动等事故事件发生的概率，对变电站设备的安全稳定运行造成不利影响，目前使用清凉油放置在端子箱底部，自然挥发驱小动物，效果不佳。对某变电站端子箱随机抽样检查发现一个月蜘蛛网数量和壁虎排泄物颗粒数分别为1个和3粒。

2.3 风险分析

变电站端子箱等设备，灰尘主要聚集在狭小缝隙，设备连接处等难以处理、处理风险较大的部位，运行人员在开展此设备卫生清洁工作中，对角落缝隙端子排等灰尘较多地方开展清洁时，有容易造成端子排松动、短路等。根据《南方电网公司作业危害辨识与风险评估技术标准》风险评估公式：风险值=后果（S）×暴露（E）×可能性（P）对变电站端子箱卫生清洁工作的风险等级进行评估，得出变电站端子箱卫生清洁工作的风险值为25分，为低风险作业。

3 变电站端子箱滤尘驱小动物装置的研制

3.1 变电站端子箱滤尘驱小动物装置设计目标

针对本课题需要解决由于降低端子箱内灰尘堆积量；降低端子箱内小动物出现量；此项变电站端子箱设备打扫卫生维护工作存在设备误动的风险的实际问题，需要对每个维度进行改善。设定目标值如下：

一是采样面积灰尘量（单元格数）减少30%；二是单位维护周期内发现蜘蛛、壁虎小动物量为0；三是作业风险值设备风险降低30%。

目标可行性分析，通过对不同厂家、不同电压等级、不同型号的端子箱进行分析，设计一款变电站端子箱滤尘驱小动物装置研制，通过风机驱动气流内循环，通过滤网过滤来减少箱体内灰尘量，气流携带挥发性药物，使箱体内小动物难以适应而逃离。小组成员结合QC 小组活动，从变电站端子箱滤尘驱小动物装置的结构设计、制作成本、所需材料三个方面进行可行性分析，小组成员可独立完成设计，目标可行。

3.2 变电站端子箱滤尘驱小动物装置原理

变电站端子箱滤尘驱小动物装置设计由动力功能模块、滤尘功能模块、隔离功能模块和驱小动物功能模块组成。通过改造柜内除湿器，设计上下两个风机，上风机吸气，在上风机处设置进气口，进气口使用高分子过滤网进行过滤灰尘，保证滤尘效果。下风机排气，在下风机处设置出气口，出气口下端放置药盒，药物从出气口挥发，保证驱虫效果。上下两个风机之间使用隔板进行隔离，保证气流能够与冷凝器和蒸发器充分接触从而保证防潮引凝效果。端子箱内多尘、潮湿空气被装置1号风机从进风口吸入装置内，由于进风口处的高分子材料过滤网将空气中的灰尘等颗粒进行过滤，进入装置的空气转换为清洁、潮湿的空气。空气由于隔板的作用进入冷凝器和蒸发器，空气中的水分被吸收，此时空气已转换为清洁、干燥空气，2号风机的排气作用加快驱虫药物挥发，使清洁、干燥、含药空气进入端子箱内空间，完成除尘、除湿效果。

控制回路设计分为启动回路、出口回路、风机动作回路三部分。启动回路分为温度、湿度控制启动，沿用之前防潮引凝装置启动条件不变，增加时间控制器启动条件，两个条件之间逻辑关系是或关系，互不影响。当温度湿度控制器或者时间控制器满足条件时，向风机启动器输入启动信号，风机启动器接收到信号后控制两台风机启动或者停止。

动力模块设计上下并列两个相同规格的风机作为动力来源，两个风机控制回路独立，可单独控制每一台风机的启动与停止。1号风机位于装置进气口处，风机启动转动时，向内产生低气压，引导装置外部空气进入装置内部。2号风机位于装置出气口处，风机启动转动时，向外产生呼气动力，引导装置内部空气进入端子箱内部。两个风机同时启动，加速空气流动，保证快速循环空气，加快灰尘吸收和药物挥发。

滤尘功能部分设计在装置进气口处设计安装高分子材料滤网，当端子箱内空气中的尘埃、花粉、等其他颗粒进入滤网时高分子材料滤网对其进行分解、中和、吸附，使其留在滤网上，使进入装置的空气转换为清洁空气。滤网材料采用超细PP/PP+PET 复合滤纸及胶版纸。超细PP/PP+PET 复合滤纸及胶版纸应用于常温，常压常湿条件下空气净化，透气均匀耐酸碱不脱尘，吸附性强，具有过滤性强，过滤空气中的小颗粒物、花粉尘埃等空气中80余种污染物。滤网配有EVA 密封条进行密封，滤芯滤纸严密包边过滤效果高。细密网点分布，有效过滤99.99%。整体外框采用亚克力板加工制作而成，防腐耐用。

隔离挡板功能部分设计在装置内部1号风机与2号风机之间，隔板从外壳延伸到蒸发器，将进气口和排气口之间的连接隔断。引导装置内的气流从进气口流入，与蒸发器和冷凝器充分接触后从排气口流出，保证原防潮引凝功能效果不受影响。隔板材质采用304合金钢。

驱小动物功能部分设计装置2号风机下部设计一独立凹槽，凹槽上部使用金属网封堵，保证药物不会被风机吸入风机内部造成破坏，凹槽其他部位采用实板进行拼接。保证药物只从上部挥发，保证装置内部不会受到药物侵蚀。药盒设计为开合式小门板。

图1 变电站端子箱滤尘驱小动物装置原理图

图2 变电站端子箱滤尘驱小动物装置设计图

图3 变电站端子箱滤尘驱小动物装置设计控制图

图4 变电站端子箱滤尘驱小动物装置实物图

3.3 变电站端子箱滤尘驱小动物装置优点

经济性：装置结构简单，材料易得，容易加工，成本较低。

操作性：当运行人员需要打开装置电源空气开关，装置即可持续工作，操作相对简单。

美观性：外观简单，美观度较高。

后期维护：此种变电站端子箱滤尘驱小动物装置，各个连接部位比较简单，相对易于生产，后期维护比较简单。

4 实作验证

效果验证采用控制变量法，设置基本条件，在变电站开关场选取相同规格，相同密封条件的端子箱做样本验证实验，被选取样本的端子箱分成实验组和对照组。实验组加装变电站端子箱滤尘驱小动物装置，对照组不加装本次项目研制设备。通过验证：（1）通过1个月的对比试验数据可知加装变电站端子箱滤尘驱小动物装置的端子箱内灰尘数量有明显下降，采样面积灰尘量对比总的下降率为53.9%。（2）在1个月的检测试验周期内，安装变电站端子箱滤尘驱小动物装置的端子箱未发现蜘蛛网和壁虎排泄物。相比之下，未安装变电站端子箱滤尘驱小动物装置的端子箱发现1个蜘蛛网和3颗壁虎排泄物，变电站端子箱滤尘驱小动物装置对驱除小动物的效果良好；（3）在端子箱安装变电站端子箱滤尘驱小动物装置后灰尘附着下降约54%，对端子箱的清洁维护频率可以由每月1次改为两个月1次。暴露对应值降为原值的二分之一，即0.5。使用风险评估公式：风险值=后果（S）×暴露（E）×可能性（P）可得变电站端子箱等设备卫生清洁工作的风险值为12.5分，为可接受风险作业。作业风险值降低50%，低风险作业降低风险变为可接受风险作业。

图5 除尘功能效果对比

图6 驱小动物功能效果对比（1）

图7 驱小动物功能效果对比（2）

图8 风险评估对比

本次研制的变电站端子箱滤尘驱小动物装置做到了降低灰尘、驱除小动物、降低风险。为今后变电运行变电站端子箱滤尘驱小动物装置设计和方法改良提供了新的思路。如何进一步装置可靠性，减小装置工作功率，优化装置工作时间，改进装置工艺、结构，保证使用不出现装置故障，功能失效等情况，需要做出进一步研究。