摘要：一些处在室外或湿度较大区域运行的电机，常常出现电机在停运过程中或停运一段时间后受潮、绝缘下降的情况。为了解决该问题，通过对凝露产生原理、电机运行环境、空间加热器控制方式的分析，提出了一种通过采集温湿度数据基于自动控制技术的防凝露空间加热器控制方式。该控制方式达到了及时控制加热器启停从而有效避免凝露产生的情况，同时降低能源消耗。
关键词：电动机；凝露；绝缘下降；空间加热器；自动控制
0、引言
中高压异步电动机因电压等级较高，其对绕组的绝缘要求较高，额定电压3kV及以上电机绕组的绝缘电阻要求不低于UnMΩ（取Un 的千伏数，使用2500V兆欧表）。为了避免因电机内部受潮产生凝露而导致绕组绝缘电阻的下降，电机生产商在电机内部增加了空间加热器，通过控制加热器的运行防止凝露的产生。目前仍有一些处在室外或湿度较大地区运行的电机，常常出现电机停运一段时间后绕组受潮，绝缘下降的情况。
本文通过对凝露产生原理、电机运行环境、空间加热器控制方式的分析，提出了一种通过采集温湿度数据进行分析控制的防凝露空间加热器控制方式。该控制方式达到了及时控制加热器启停从而有效避免凝露产生的情况，同时通过合理的控制降低能源消耗水平。
1、凝露产生的原因
空气中除了含有气体外，还有小部分的水蒸气与固体颗粒杂质等。绝对湿度为单位空气在一定压力及温度下所含的水汽的质量。饱和湿度为单位空气在该条件下所能包含的最大水汽质量。绝对湿度与饱和湿度的比值为相对湿度。露点温度指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。露点温度与相对湿度、空气压力均成正比。当相对湿度为100%时，气温与露点温度相同。当相对湿度小于100%时，温度低至一定值后，空气中水汽就达到饱和，进一步降低温度，水汽就会从空气中冷凝析出形成““凝露”。气温降到露点温度以下是水汽凝结的必要条件。
根据凝露产生的原理可知凝露在相对湿度达到100%后进一步降低温度时出现。因此，凝露将在以下两种情况下出现：温度升高时，空气中水汽含量不断增加，同时物质表面由于热惯性导致产品表面的温度低于环境温度（比热容越大的物质热惯性越大），当湿热的空气遇到低于露点温度的物质表面时，水汽就会在物质表面形成凝露。另一种情况是在封闭环境中，当温度降低时，封闭环境的壳体内壁温度比壳体内空气温度降温快，壳体内湿热空气也会在封闭环境的壳体内壁产生凝露。凝露作用与物质比热容、升降温速率、相对湿度有关。
2、电机运行环境特征
中高压电机内部产生凝露属于本文所述的封闭环境中在温度降低时产生的。电机内部物质比热容是固定的，所以环境温度的升降温速率和环境相对湿度是电机内部产生凝露的重要影响因素。
电机运行时内部温度较高，处于室外等空气温度较低的环境中，在电机停止运行后电机壳体降温速率将会较大，易在壳体内壁上产生凝露，从而影响定子绕组的绝缘情况。一些处在湿度较大区域运行的电机，电机内部空气与环境空气交换后电机内部空气湿度较大，易在电机停机状态下产生凝露。因此，电机运行环境的空气温度，电机内部湿度是影响电机凝露的重要因素。
3、现有控制方式分析
一般中高压电机定子绕组容易发生因受潮而导致绝缘下降的现象。当电机停转后，电机壳体温度下降的比环境温度下降的快，尤其是空气温度较低时，容易在电机壳体内壁上产生凝露，从而影响定子绕组的绝缘情况。因此，很多中高压异步电机安装了空间加热器，为了防止电机在停转后电机外壳内壁产生凝露从而导致定子绕组受潮绝缘下降的情况发生。本文将讨论如何控制电机空间加热器，能够获得较好的防潮效果，同时降低能耗。
电机允许温升根据具体型号会有所区别，但为了避免电机运行时电机绕组温度过高，一般空间加热器不会持续运行。同时空间加热器还要能够及时投用从而控制电机壳体降温速率及电机内部空气湿度，达到防凝露的效果。因此，需要根据电机运行情况对空间加热器进行适当的控制。目前常见的控制方式有以下两种：
3.1、根据断路器分合位置控制
一般直接启动电机及软启动电机由断路器直接控制其启停，在断路器QF合上时即启动电机，断路器断开即停止电机。空间加热器则根据断路器QF的状态来判断是否投入使用，一般其控制信号取断路器分合位置开关S1的常闭辅助触点作为控制空间加热器的信号源，当断路器合上后，S1断开，从而控制空间加热器的接触器KM1断开，空间加热器停止运行，避免导致电机内部过热。当电机停运即QF断开时，辅助触点S1闭合，控制接触器KM1吸合，空间加热器投入运行，对电机内部进行加热，防止电机内部温度骤降导致凝露，保持电机绕组干燥，同时在整个电机停运阶段，加热器都将持续运行，以避免电机内部受潮。
3.2、根据电机运行状况控制
上文所述的根据断路器QF的分合状态来控制空间加热器启停的方式在变频电机中将不适用，因为一般变频电机在断路器QF合上后电机不会启动，需要变频器根据控制指令输出一定频率的交流电实现对电机的驱动和转速的控制，同理，变频器停止输出，电机停转时可能断路器仍处于合闸状态。如果变频电机仍然根据断路器QF的分合状态来控制空间加热器，则会出现断路器QF已经合上但是电机仍然未启动时空间加热器已经停止运行的情况，或者电机已经停止运行但是断路器QF仍然处于合闸状态从而空间加热器未投用的情况，这两种情况的出现都有可能会导致电机内部产生凝露现象。因此变频控制电机的空间加热器不能够根据断路器QF的开关状态进行控制。因此，根据变频器运行时有逆变交流电输出，此时电机运行，变频器停止时无逆变交流电输出，此时电机停转。变频电机加热器的控制一般取变频器运行状态输出点作为信号源，当变频器运行时电机加热器停运，变频器停止时电机加热器开始运行。
4、控制方式的优化：
传统电机空间加热器的控制方式，根据电机启动控制方式的不同，其加热器的控制方式也不同，但总体思路均为电机运行加热器停止，电机停止加热器运行。这样的控制方式虽然能够较大程度地防止凝露产生，但过度加热导致对能源的不必要浪费。
通过电机内部相对湿度、环境温度、电机壳体内壁温度信号的采集分析，使用自动控制技术控制电机空间加热器的启停使温度在露点温度以下，从而确保电机内部不会形成凝露。基于这种控制方式，既能够防止电机内部凝露的产生，又可以有效降低能源消耗。
其控制流程为：当电机壳体内壁温度T2低于环境温度T1加3℃时，空间加热器启动，当电机内部相对湿度RH大于80%时，空间加热器启动运行。当电机壳体内壁温度T2上升至大于环境温度T1加6℃且电机内部相对湿度RH低于75%时，空间加热器停止运行。
5、结论
本文通过对凝露产生原理的分析，设置合理的电机参数采集点，经过数据处理分析后实现对电机空间加热器的科学控制，从而即实现了防凝露的效果，相对于传统控制方式，又有效地降低了能源消耗。
论文作者:李杰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/18
标签：电机论文; 加热器论文; 温度论文; 断路器论文; 空间论文; 壳体论文; 绕组论文; 《基层建设》2018年第23期论文;