乐洋 徐红 星牛犇
(深圳供电局有限公司 广东深圳 518010)
摘 要：变电站户外电力设施中，汇控柜凝露现象常有发生，影响设备运行。南方气候潮湿，问题尤甚。本文从凝露形成机理出发，基于户外汇控柜运行的内外条件，明确相对湿度和温差是产生凝露的决定性因素，根据此两大因素采取针对性措施，破坏凝露形成条件，有效降低汇控柜内凝露发生率，防治效果显著。
关键词：汇控柜；凝露；成因分析；防治措施
1 引言
深圳地处南部沿海，属于亚热带气候，高温多雨，空气潮湿。高湿空气常在变电站户外开关汇控柜内聚集，一旦外界环境温度降低，容易在汇控柜内壁形成凝露。凝露水珠滴落到继电器、端子排上，混合二次设备表面灰尘，形成导电通道造成绝缘降低，很可能发生直流接地故障、保护拒动或误动等事故。长期凝露还会引起箱内螺丝、继电器及箱体锈蚀[1]。部分变电站受凝露问题困扰，采取了多种方法预防凝露，但实际效果有限，凝露现象仍时常发生。本文探究某500kV变电站汇控柜中凝露现象发生原因，找出问题根源，基于现场实际采取改进措施，取得良好效果。
2 凝露成因
2.1 凝露原理
湿空气中水气质量与干燥空气质量之比，称为湿度H，一定条件下，空气中可以容纳的气态水是有最大上限的，即湿度H有最大值Hs。相对湿度 是湿空气中水气分压与同温度下水的饱和蒸气压Ps之比的百分数。常压下湿空气可视为理想气体，根据道尔顿分压定理，湿度H可表示为[2]：
式中P为湿空气的总压力，在实际工作中即为大气压；水的饱和蒸气压Ps与温度t有关。上式表明，总压力一定时，湿度H是相对湿度 和温度t的函数；在达到最大湿度Hs之前，湿度由相对湿度和温度决定。
达到最大湿度后，湿度将不再变化，空气不能再容纳更多的水气。超过此最大含量的水气，将会以液态水的形式凝结析出，即为凝露[3]。简单地说，凝露就是高温、高湿的空气在遇到低温物体时，水气在低温物体表面凝结为液体的现象。可见，凝露现象发生与否，取决于湿空气是否达到了最大湿度，也就是说，相对湿度和温度两个条件共同决定了凝露的形成。
实际工作中观察到，凝露现象多发生在汇控柜的内壁上部、柜顶，较少直接在二次设备表面出现。凝露发生前，通常伴随有下雨、外界环境气温降低等天气变化。汇控柜内由于二次设备发热、加热器工作的原因，柜内空气温度较高，可积聚大量水汽。一旦外界环境温度下降，仅由一层铁皮构成的柜壁温度随之下降，柜内温度较高的湿空气在接触低温的柜壁后，在柜壁内表面形成凝露。此外，柜内湿度越大，柜内空气与外界环境温差越大，凝露越容易发生，与前述分析相符。
2.2 现场条件分析
在运行工作中，发现数个500kV开关汇控柜发生凝露问题频率较高，而同时期投产的其他相同汇控柜设备较少发生。基于该现象，对其进行全方位检查，发现场地电缆沟内积水，水汽上升至汇控柜内，导致此类汇控柜内湿度远高于其它汇控柜，最终形成凝露。如图1所示。
④是场地电缆沟，②是汇控柜下方电缆井，与③升高座直接连通，
④是开关汇控柜。①中积聚泥沙后，吸收大量雨水，积水很多，由于盖板非常紧密，水汽难以挥发。①和②之间的隔板密封不严，积水、水汽进入②中，②和③之间直接连通。电缆井内空气非常潮湿，但升高座四周密封，潮气不能散发到外界环境中去，只能从③和④之间的底板缝隙侵入汇控柜内。③和④之间的底板缝隙主要是电缆之间的空隙。高湿空气侵入汇控柜后，容易在汇控柜顶部及柜壁上部形成凝露。同时在升高座顶部也有大量凝露，拆除升高座前面板后，从上部滴落大量水珠，说明升高座内凝露严重。
图1 电缆沟积水示意图
通过上述现场条件分析，可以得到结论：场地电缆沟内积水是汇控柜内湿气的主要来源。此外，下雨后潮湿空气将通过缝隙、通风口侵入汇控柜内，是柜内湿气的另一来源。防范潮气进入汇控柜，控制汇控柜内的湿度，可从源头上破坏凝露发生的条件。
3 防治措施
基于前述分析，针对汇控柜内湿气的来源及内外温差形成原因，可以采
取以下措施，破坏凝露发生的条件，减少、预防凝露的发生。
3.1 清理电缆沟泥沙
电缆沟内泥沙阻拦了电缆沟内雨水的排出并最终形成积水，是汇控柜内水汽的主要来源。检查发现，500kV场地第一串、第四串设备场地电缆沟，其泥沙淤积问题最严重，对应的数个开关汇控柜凝露最严重；其他串设备的电缆沟泥沙淤积较少，对应的开关汇控柜凝露也较少。为从源头上减少进入汇控柜内的水汽，应定期清理场地电缆沟内泥沙，并可根据现场条件缩短部分电缆沟的清理周期。
3.2 调整电缆沟盖板间距
实际工作中发现，500kV场地的电缆沟盖板之间非常紧密，几无空隙，部分电缆沟打开后发现盖板底部凝露水珠非常多。电缆沟内积水蒸发后，难以从电缆沟盖板缝隙之间挥发，只能在电缆沟中聚集，并且致使大量水汽侵入位置较高的汇控柜内。针对此问题，可移除少数盖板，调整盖板之间间距，利于水汽从盖板之间空隙排出电缆沟、挥发到外界环境中去。
3.3 改造升高座
该站大多数开关汇控柜投产已愈十年，其升高座采用完全密封的设计，存在一定不足，导致电缆井内水汽无法挥发到空气中去，只能通过缝隙向上侵入汇控柜。为便于电缆井内湿气排出到外界环境中去，避免湿气在升高座内集聚，可升高座前后面板钻出多排、密集的圆形小孔，小孔直径约3~4mm。改造后，电缆井、升高座内湿气直接排出到外界环境中去，前后通透的设计可在有风时加强空气流通、加速湿气挥发，同时较小的孔径可防止小动物进入，预防凝露效果较好。
3. 4 安装透气阀
汇控柜柜门上常开有透气用的百叶窗，但在箱内百叶窗正上方常发现凝露，说明潮气从外界环境中通过百叶窗进入了端子箱内，该设计不适合深圳潮湿多雨的气候。采用透气阀来替代百叶窗，透气阀就可以透过空气，避免箱体变形；同时透气阀的特殊材料膨体聚四氟乙烯(E-PTFE)膜，可使箱体有效“呼吸”，可阻止潮气、盐雾、尘埃进入汇控柜，也有防潮、防腐蚀、防尘作用。透气阀可以方便地安装到现有汇控柜上。
3.5 升高电缆井底部
通常的设计中，电缆井底部与场地电缆沟底部平齐，场地电缆沟中的积水容易通过隔板缝隙进入电缆井，产生水汽进入汇控柜。为防止电缆井积水，可灌注水泥，升高电缆井底部约10～20cm。场地电缆沟中积水不会进入电缆井，从而减少进入汇控柜的水汽。在已建成的变电站中实施该措施较为困难，可在设计阶段或施工时考虑该方法。
3.6 完善控制方式
运行工作中发现，柜内加热器仅使用温度控制器的汇控柜发生凝露更频繁。从凝露成因分析可知，湿度和温度共同决定了凝露是否产生，温度并非影响凝露发生的唯一因素，仅考虑温度的大小难以有效预防凝露发生。加热器启停控制方式不完善，是该类箱体凝露发生的重要原因。为充分发挥加热器的作用，应同时使用温度控制器和湿度控制器来启停加热器。南方沿海地带春秋两季潮湿温暖，与北方干燥天气截然不同，若使用加热器厂家默认的启动定值，难以保证加热器在凝露发生前提启动。温度、湿度控制器的启动定值应该根据本地实际情况设定，并随着季节变化有所调整。
3.7 增加抽湿机
目前，驱潮器多使用加热器，依靠加热柜内空气提高温度、降低相对湿度，使箱内空气远离露点，避免凝露发生。该方式在梅雨季节等高湿度天气并不适用：随着柜内空气温度提高，柜内空气可以容纳的潮气越来越多，若柜体密封性不好，柜内空气会从外界环境中吸收大量潮气，夜间降温后，汇控柜体随之降温，柜内高温高湿空气将在柜壁内侧发生凝露。柜体的绝对密封难以实现，因此会在梅雨季节出现越加热越凝露的现象。为此，可在在汇控柜内增加安装抽湿机。当柜内相对湿度超过启动定值后，抽湿机启动，将潮气冷凝为液态水后经由引流管直接排至汇控柜外，除湿效果良好。
4 防治效果
4.1 防范潮气进入汇控柜内效果
10月中旬，选择凝露频率相当、所处外部环境一致的5041、5042开关汇控柜，进行对比试验，验证效果。对凝露严重的5042开关汇控柜采取清理电缆沟泥沙、改造升高座、增强箱体底部密封等防范潮气进入的措施，而5041开关汇控柜保持原样不采取任何措施。在两个汇控柜的柜内、升高座各放置一个温湿度计，实施改造、采取措施前后的10日至27日，每日上午八点采集两个汇控柜电缆井内、柜内相对湿度数据，如表1所示。16日因仍在执行各项措施、进行改造，相关数据未列入表中。
表1 相对湿度对比(%RH)
5042开关汇控柜内、电缆井内相对湿度在15日、16日(两红色虚线之间)采取控制措施后，逐步降低，与环境相对湿度趋于一致，此后几天没有再发现凝露；未采取控制措施的5041开关汇控柜，柜内、电缆井内相对湿度基本无变化，仍多次在柜顶出现凝露水珠。两个汇控柜的数据对比，说明控制潮气来源的措施可行、有效，切实减少了进入端子箱内的潮气。
4.2 防止侵入汇控柜的潮气形成凝露效果
在控制汇控柜内相对湿度方面，实验了六种不同的控制策略，如下表所示。
图2 相对湿度对比
表2 控制策略设置
经过半年多的试验对比，确定安装CF100透气阀、加装抽湿机的方案效果最佳。抽湿机在高湿度条件下，除湿效果显著。选取321开关汇控柜，在其内外分别装设电子测试仪，每半个小时采集相对湿度数据。截取9月13日零时至16日零时的数据，相对湿度对比如下图所示。
图3 相对湿度对比
12日至14日夜间皆有降雨，故环境中相对湿度在夜间较高；白天午后日照非常强烈，环境中相对湿度较低。从图3可见，相对湿度高于70%后，抽湿器启动，柜内相对湿度维持在70%左右，未继续上升，箱内空气远未饱和，不会出现凝露。抽湿器有效地抑制了端子箱内相对湿度的上升，达到了预防凝露的目的。
结束语
凝露现象是一个综合性的问题，仅仅从单一方面入手，难以有效预防其发生。分析凝露产生根源，多管齐下采取措施，从源头上减少进入汇控柜的潮气，控制天气条件变化引起的柜箱内湿度变化，破坏凝露发生的条件，才能有效减少凝露的发生，实现较好的凝露防治效果，保证柜内设备安全稳定运行。
参考文献：
[1]罗宣国, 夏丽建. 电气设备的防凝露技术研究[J]. 可再生能源, 2014, 32(4).
[2]何潮洪, 冯霄. 化工原理[M]. 北京:科学出版社, 2007,107-108.
[3]周军, 周文越. 开关柜防凝露控制技术浅谈[J]. 科技创新导报, 2010, (1): 57.
论文作者:乐洋,徐红,星牛犇
论文发表刊物:《电力设备》2016年1期供稿
论文发表时间:2016/4/15
标签：柜内论文; 电缆沟论文; 相对湿度论文; 潮气论文; 湿度论文; 发生论文; 水汽论文; 《电力设备》2016年1期供稿论文;