（深圳供电局有限公司）
摘要：目前潮湿凝露造成的配电设备故障时有发生，给设备安全稳定运行带来了较大威胁，同时也对用户供电可靠性造成影响。为此，我们考虑研发制作了一种自动控制、成本低廉、体积小巧、方便安装的设备除湿装置，该装置采用半导体制冷技术和自动控制技术，将柜内的潮湿空气通过冷凝形成水，排出柜体，从根本上解决了设备受潮问题。
关键词：除湿机；凝露；珀尔帖效应；半导体
1 研究背景及意义
1.1 研究背景
电力生产设备是每个企业的生命力，是生命的核心。随着城市电网的快速发展，配电设备逐年递增，其中设备由于其结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。经过长期对设备运维中发现，由于部分设备（如环网柜）密封性能不强以及空气湿度较大，极易在箱体及柜体内部产生凝露现象。当设备运行一段时间，空气湿度过大设备表面凝聚水分，引起霉菌滋生加快，使电气绝缘强度将低，金属腐蚀加快导致接触面氧化，接触电阻增大。由于湿度的影响是个慢性过程，一般都得不到及时的处理，等到设备彻底不能运转时才组织维修，这样增大了维修的难度和强度，影响生产而且提高了维修成本，甚至可能造成重大的安全事故。因此确保电气设备运行在合理的湿度环境下就显得尤为重要。为此我们利用半导体冷凝除湿的原理，研制了一种适用于消除凝露现象的智能环网柜除湿机。
1.2 研究意义
本装置通过降低空气湿度，消除了凝露现象，从而防止水气直接在箱内电气设备、端子排等上凝露，预防闪烁、短路等事故，减少设备因潮湿而造成的一系列故障，从而延长了设备的寿命，提高配网供电可靠性及客户满意度。本项目产品研制成功后，通过严格检测与试验论证其科学性、经济性、实用性、安全性，待申请相关专利，确认具备推广条件后，我们将申报公司内职工技术创新项目，在公司及南网公司全面推广使用。本项目成果推广后，可以较大幅度地降低基层单位设备采购及设备维护的成本。
2研究思路及难点分析
2.1 研究的思路
目前运维过程中解决凝露现象常使用的方法分别为增加除湿垫和加装加热器，前者的缺陷在于无法循环使用成本较高，而后者的缺陷在于工作效率较低且无法较好的对柜内进行除湿工作。依照降低柜内环境湿度的思路，团队提出利用半导体冷凝除湿的原理制作除湿机以解决柜内环境潮湿问题，同时在除湿机上添加温度湿度传感器，对柜内环境实时监控，并在柜内温度湿度达到预先设定的情况下由设备自动启动，进行除湿工作，从而达到柜内环境除湿的目的。
2.2 研究的关键与难点
本产品关键采用了半导体冷凝除湿技术和智能控制技术，然而这种技术目前比较先进。接通电源后，根据当前环境修改控制系统湿度门限值。本机自动监测环境温湿度，当空气中的湿度值大于门限值时，半导体制冷器开始工作使冷凝器温度降低，湿空气通过冷凝器时，所含水分在冷凝器表面凝结聚集，滴入水槽，然后通过水管排出。风扇用于冷却半导体制冷器的散热，并使空气循环流通，保持空间湿度一致。当环境湿度小于湿度门限且湿度差距大于回差值时，制冷器停止工作，以便延长本机的使用寿命并节约电能。
3 研究成果介绍
3.1 除湿机的构成
本装置由以下主件构成：
图3.1 除湿机各主件构成图
①湿度采集控制主件：是通过湿度传感器，采集电气设备内部湿度高低从而控制半导体冷凝器工作的启停。
②半导体冷凝器主件：是除湿装置的核心主件，工作后产生冷热效应。热端在风扇作用下加速设备内部空气流动，冷端将流动湿度室气快速冷凝形成水滴，达到彻底除湿目的。
③凝水排水主件：将冷凝后的水滴会集经管道快速排出设备内部，彻底消除电气设备内部空气中的水分子。
④工作电源：给湿度采集控制主件、半导体冷凝器主件、风扇等提供工作电源。
3.2 除湿机的工作原理
本装置中的半导体制冷片（半导体冷凝器）也叫热电制冷片，由多对N型半导体材料和P型半导体材料联接成的电偶对构成。根据珀尔帖效应，当电流流过电偶对时，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端，由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。吸热和放热的大小由电流大小决定，半导体制冷片的温差范围从+90℃到-130℃都可以实现。当潮湿空气流经冷端时，由于较大的温差使空气中的水分凝露在冷端，通过重力作用，水滴掉落到水槽里并通过排水管排出。
图3.2 除湿机工作原理图
3.3 除湿机的工作过程
本装置主要采用了半导体制冷技术和智能控制技术，接通电源后，根据当前环境修改控制系统湿度门限值。湿度控制器自动监测环境湿度，当空气中的湿度值大于门限值时，半导体制冷器开始工作使冷凝器温度降低，湿空气通过冷凝器时，所含水份在冷凝器表面凝结聚集，滴入水槽，然后通过水管排出。风扇用于冷却半导体制冷器的散热，并使空气循环流通，保持空间湿度一致。当环境湿度小于湿度门限且湿度差距大于回差值时，制冷器停止工作，以便延长本机的使用寿命并节约电能。
3.4 除湿机的特点
本装置是建立在热电制冷的基础上，将空气中的水分子冷却到露点温度以下达到除湿的目的。相比于传统的除湿技术，它具有体积小、稳定性高、无需制冷剂和干燥剂、环境友好等特点，因此日益受到人们的关注，在除湿领域中显示出了潜在的重要价值。主要特点如下：
① 本装置没有机械移动部分，工作时没有震动、噪音。因此不需要经常维修，而且设备小、质量轻、寿命长、安装容易。
② 不需要任何致冷剂，可连续工作。研究表明，半导体冷凝除湿装置可以达到稳定运行100000 h 以上
③ 本装置不用制冷剂或干燥剂，因此不需要经常性的补充，而且不用CFC 等有利于温室效应的物质，可以起到保护环境的作用；
④本装置温度控制可以精确到±0.1 ℃；
⑤本装置可以在恶劣、敏感或是小的环境中工作，对环境没有太大的要求，同时对地点也没有太大的要求。
4成果的应用
4.1 应用效果说明
我们计划将在坪山供电局辖区中投入900台智能型除湿机在不同配网线路的关键环网柜中，为期一年的时间，跟踪观察环网柜故障情况并做好统计对比分析，从以下三个方面描述应用效果：
1）供电可靠性方面：减少凝露产生，为环网柜提供一个干燥的运行环境，预防闪烁、短路等事故，从而延长了设备的寿命，提高配网供电可靠性。
2）制作成本：通过更换除湿机中的不同功率风扇、冷凝片散热片尺寸和半导体制冷片型号，使得除湿机能够发挥最佳的除湿效果，同时成本低、加工制作简单、体积小、维修方便。
3）直接经济效益：通过长期的观察对投入使用智能型除湿机的环网柜相关技术指标进行统计，估算出设备运行环境改善后运行寿命。
4.2 效益分析
4.2.1 经济效益
（去年抢修总费用200多万，由于故障更换5台，经济效益得重新核算。）
1、采购900台除湿机成本降低：（0.3-0.04）×900=234（万元）；
2、运维成本降低：
（1）环网柜按照每年更换数量为全局数量的3%经济效益：5×7=189（万元）；
（2）从延长设备寿命（加装智能除湿机环网柜最长寿命为20年，未加装智能除湿机环网柜最长寿命为15年）折算至每年可节约经济效益：（900/15-900/20）×7=105（万元）；
3、总经济效益：234+189+105-40=488（万元）。
注：1.按照市场价采购除湿机价格：3000元/台；自己采购原件并制作成品总价为400元/台；
2. 如发生由凝露，造成操作机构锈蚀，引起环网柜故障，环网柜需更换，此时运维成本包含：新环网柜单价（7万元/台）、等其它的经济效益。
4.2.2 社会效益
通过对除湿机的研制和改进，弥补了传统的除湿产品的存在除湿效果差、成本较高等问题，能够将柜内凝露大大地减少，降低环网柜故障风险，从而提高配网的供电安全的、可靠的稳定运行。因此，安全可靠的供电所产生的社会效益是无法用经济指标来衡量和考虑的。
5 推广应用前景
本成果加工制作简单、体积小方便安装、成本低、除湿效果好、使用寿命长，改变了固有的加热器除湿方式，在箱内内部的潮湿空气被吸入设备后其中的水分将被抽离并排除箱体外部，达到真正除湿的目的，从根本上解决了端子箱、开关柜等环境常见的湿度问题，弥补了传统的除湿产品的存在除湿效果差、成本较高等问题。无论是供电可靠性、经济性还有实用性都不失为一种值得全面推广的新技术。
参考文献
[1] 吴茂杰等. 关于调温除湿机调温盲区的研究. 建筑热能通风空调,2001; 20( 4)
[2] 吴茂杰等. 调温除湿机调温性能实验研究. 见: 2002年全国暖通空调制冷学术年会论文集
论文作者:郑艳强,陈鹏,金周鹏,郭镥,黄优,秦全平,鞠恬
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/18
标签：湿度论文; 除湿机论文; 半导体论文; 设备论文; 冷凝器论文; 柜内论文; 装置论文; 《电力设备》2016年第22期论文;