摘 要：提出一種控制高壓設(shè)備內(nèi)部和外部溫度差的方法，來預(yù)防凝露的發(fā)生，這種方法用溫度傳感器來替代凝露傳感器，可大大提高電柜防凝露的可靠性，同時有良好的節(jié)電效果。 關(guān)鍵詞：高壓設(shè)備防凝露；控制溫度差；提高可靠性; 節(jié)電 一、概 述 新型高壓開關(guān)柜內(nèi)部空間十分緊湊，為保證在高濕地區(qū)內(nèi)部絕緣水平,保證裝置可靠工作,對柜內(nèi)防潮、防凝露提出了更高的要求。 我國在開關(guān)柜中采用自動加熱除濕控制器防止凝露已有十幾年歷史，這種加熱除濕控制器在抗潮濕、防凝露保證高壓設(shè)備可靠運(yùn)行起到了積極作用，但在有的地區(qū)應(yīng)用中也出現(xiàn)了一些問題，例如：在南方的梅雨季節(jié)，有時開關(guān)柜內(nèi)部的空氣濕度較高，甚至開關(guān)柜內(nèi)局部已有結(jié)露現(xiàn)象，由于安裝在柜體內(nèi)部的凝露傳感器位置并沒有到達(dá)凝露的程度，或者，凝露傳感器長期受空氣中灰塵和氣體侵蝕，使傳感器的靈敏度受到影響，凝露控制器不能及時地啟動加熱器。致使凝露控制的作用失靈，給開關(guān)設(shè)備的安全帶來威脅。 根據(jù)凝露發(fā)生和預(yù)防機(jī)理，提出了一種多路溫度控制裝置，用控制開關(guān)柜柜內(nèi)、柜外的溫度差的方法來預(yù)防凝露的發(fā)生，這種方法可以大大提高開關(guān)柜防凝露的可靠性和工作壽命。用這種方法取代長期加熱的驅(qū)潮方式有明顯的節(jié)能效果。 二、開關(guān)柜常用的防凝露除濕措施及存在問題 2．1 常用凝露傳感器的工作原理 現(xiàn)在市場上所有的凝露傳感器幾乎都是同一種類型，即在一個陶瓷基板上印制一種高分子半導(dǎo)體電阻材料，引出兩端電極，當(dāng)傳感器表面干燥時，分子間接觸電阻小，電極兩端電阻為1kΩ左右。而當(dāng)高分子材料吸收水分后，其內(nèi)部分子空間迅速膨脹，分子間接觸電阻變大，使電極兩端的電阻率大大增加。電子控制器通過測試電阻的大小來感知或預(yù)知是否發(fā)生凝露。例如HDP — 07型凝露傳感器，這是一種正特性開關(guān)型元件，它對低濕度不敏感，而對高濕度敏感，在70%RH ~ 100%RH范圍內(nèi)阻值變化 這種類型傳感器的工作特性曲線示于圖1。從圖1（A）中特性曲線可以看出這種凝露傳感器有二個固有的特性缺陷：
A．凝露傳感器特性曲線
B。線性濕度傳感器特性曲線
圖1 凝露傳感器與線性濕度傳感器特性曲線 a) 在相對濕度不高時凝露傳感器有一個離散區(qū)，在這區(qū)間對相對濕度變化不敏感而且變化的阻值也不精確，其輸出特性不但和相對濕度的大小有關(guān)，和露點(diǎn)溫度也有直接關(guān)系。例如：有時我們感覺到空氣中濕度很大，但加熱器并沒有啟動，這是由于傳感器表面沒有達(dá)到露點(diǎn)溫度（也就是在傳感器表面沒有結(jié)成水珠）的緣故。 b) 由于凝露傳感器必須不斷地吸入或釋放水分子，傳感器受空氣中灰塵或水份中的化學(xué)物質(zhì)侵蝕后會改變靈敏度，導(dǎo)致防凝露的控制點(diǎn)出現(xiàn)偏差，這時會出現(xiàn)在濕度已是很高，凝露極易發(fā)生的情況下還沒有啟動加熱器，或者加熱啟動后長期不會自動退出的現(xiàn)象，這就降低了防凝露靈敏度和可靠性。 2．2 常用的二種防凝露方法 方式1：在開關(guān)柜電纜室、斷路器室各安裝一個鋁合金加熱器（一般為150W），鋁合金加熱器工作時，其表面溫度為120℃ ~ 130℃。通過空氣散熱除濕，由用戶根據(jù)工作環(huán)境狀態(tài)人工控制加熱器的投入、切除； 方式2：防凝露自動除濕控制器安裝在開關(guān)柜儀表室，凝露傳感器安裝在開關(guān)柜柜內(nèi)，鋁合金加熱器分別安裝在開關(guān)柜電纜室、斷路器室，利用凝露傳感器的動作特性來自動啟動加熱器投入、切除。 2．3 存在問題 方式1是靠人力完成加熱器的投入和切除，因此使用的可操作性很差，往往會出現(xiàn)兩個極端情況。其一是加熱投入后不關(guān)，會造成不必要耗電浪費(fèi)。其二是沒有隨氣候變化及時啟動加熱器，柜內(nèi)很潮濕時得不到加熱除濕，一旦發(fā)生爬電、閃絡(luò)會造成巨大損失。 方式2是利用凝露傳感器自動啟動加熱器的，也存在兩個缺陷。其一；這種凝露傳感器是被動型動作器件，即一定要在空氣中的水汽壓力飽和時，也就是在物體表面到達(dá)露點(diǎn)溫度，凝露發(fā)生時才會驅(qū)動加熱工作。從檢測凝露到消除凝露這一過程可以看出：首先要用凝露傳 感器來檢測到凝露（那就一定是在凝露發(fā)生時）才能啟動加熱器。而防凝露作為一個電柜反事故重要措施來說，接近凝露的邊緣再啟動加熱來消除凝露，就缺少一個預(yù)防過程。從安全、可靠的角度來看，作為一個反事故措施在可靠性上還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。其二，如果凝露傳感器安裝位置不當(dāng)，或者凝露傳感器的表面受到灰塵或氣體的侵蝕后特性已改變，雖然柜壁已有結(jié)露現(xiàn)象，但凝露控制器仍不能及時啟動加熱器投入，也會帶來嚴(yán)重后果。 因此，為了提高可靠性，電力運(yùn)行單位往往會采用一些輔助手段來保障電柜的安全渡汛，如上海電力公司采用了進(jìn)入霉雨季節(jié)就強(qiáng)制長通電加熱的辦法。這種方法，雖然加強(qiáng)了防凝露的措施，但也帶來了電力損耗和浪費(fèi)。 三、開關(guān)柜防凝露新方案及優(yōu)越性 針對開關(guān)柜常用防凝露方法存在問題，為提高開關(guān)柜防凝露可靠性及減少電力消耗，提出了一種開關(guān)柜新穎防凝露控制方案。 3．1 “凝露”的基本概念及新方案依據(jù) 什么是凝露？ 所謂結(jié)露現(xiàn)象是指柜體內(nèi)壁表面溫度下降到露點(diǎn)溫度以下時，內(nèi)壁表面會發(fā)生水珠凝結(jié)現(xiàn)象。這個現(xiàn)象稱之為結(jié)露。結(jié)露是否發(fā)生取決于室內(nèi)溫度、柜內(nèi)溫度、相對濕度以及露點(diǎn)溫度。 什么是露點(diǎn)溫度？ 露點(diǎn)溫度是指在一定溫度的空氣中，水蒸汽的最大含量稱為［飽和水蒸汽量］，此時的空氣成為［飽和空氣］，飽和空氣溫度下降時，空氣中的水蒸氣將凝結(jié)成水珠。含有水蒸氣的空氣的飽和溫度，稱為露點(diǎn)溫度。請參考溫度、濕度、和露點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)表（表1）。 表1 溫度、濕度和露點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)表格
按表格中數(shù)據(jù)得到圖2。
圖2 環(huán)境溫度、凝露溫度與相對濕度曲線 從表1與圖2曲線可以看出： ①在一定的溫度條件下，空氣中的相對濕度越高，結(jié)露的溫度越是接近環(huán)境空氣溫度，也就是說，環(huán)境溫度愈接近露點(diǎn)溫度，凝露就越容易發(fā)生。②不管空氣中的溫度如何，形成結(jié)露的露點(diǎn)溫度始終是低于環(huán)境溫度。例如：空氣溫度20度、相對濕度60%時，結(jié)露的溫度為12度。 從凝露發(fā)生機(jī)理與表1、圖2我們可以得出結(jié)論： ① 要想防止凝露的發(fā)生，必須使不允許發(fā)生凝露部位的表面溫度始終高于其周邊的環(huán)境溫度。② 對開關(guān)設(shè)備而言，為防止開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生凝露，只要保持開關(guān)柜體內(nèi)部的溫度始終高于外部環(huán)境溫度即可。描述這一原理在生活中的現(xiàn)象就是：夏天從冰箱中取出一杯冰水，在水杯表面馬上就會結(jié)露。而從高于環(huán)境溫度的保溫箱中拿出一杯熱水時，杯子表面是不可能結(jié)露的。 開關(guān)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生凝露引起爬電、閃絡(luò)事故，一般發(fā)生在以下幾種情況：① 地區(qū)濕度高，氣候溫度變化大，開關(guān)柜底部潮濕，有的電纜溝甚至有積水；② 有的開關(guān)柜在地下室，濕度高，柜體內(nèi)溫度特別是接近地面的溫度低于環(huán)境溫度；③ 有的設(shè)備處于暫時停運(yùn)狀態(tài)，電柜內(nèi)小環(huán)境溫度就比周圍環(huán)境溫度低，在其表面就極易形成結(jié)露，在這種情況下，一旦送電投運(yùn)，事故就隨之發(fā)生。 3．2 開關(guān)柜防凝露新技術(shù)方案 根據(jù)上面分析，只要我們使開關(guān)柜內(nèi)部的溫度始終保持高于柜外部的環(huán)境溫度，且盡量降低柜體內(nèi)部的相對濕度，就完全可以預(yù)防柜內(nèi)產(chǎn)生凝露。 為了確保柜內(nèi)溫度始終保持高于柜外部的環(huán)境溫度，又要滿足節(jié)電目的，防凝露新方案的控制儀表將取消現(xiàn)有流行的凝露傳感器，利用多個溫度傳感器，一個測柜體外溫度；一個安裝在柜壁，測量柜壁溫度；其余的測柜體內(nèi)部各隔室的溫度，通過CPU智能化控制加熱器的投切來調(diào)節(jié)柜內(nèi)溫度，使開關(guān)柜內(nèi)部要防凝露的部位的溫度始終比柜外環(huán)境溫度至少高2℃~3℃，使之不具備凝露發(fā)生的條件，起到預(yù)防凝露的作用。當(dāng)柜體內(nèi)外有2℃~3℃ 溫差時就停止加熱。當(dāng)柜體內(nèi)外溫差低于2℃~3℃時就啟動加熱器。由于柜內(nèi)環(huán)境容積小，達(dá)到這個溫差所需的加熱功率和柜內(nèi)隔倉的容積的大小有關(guān)； 電柜內(nèi)部空間不同容積的升溫/降溫模擬實(shí)測試驗(yàn) 1、電柜空間容積：1.1m3 加熱功率：150W 2、柜空間容積：0.5m3 加熱功：150W 柜外環(huán)境溫度：17.2℃ 柜外環(huán)境溫度：17.2℃ 柜內(nèi)環(huán)境起始溫度：17.3℃ 柜內(nèi)環(huán)境起始溫度：17.4℃ 加熱器通電起始時間10:12（開始加熱） 加熱器通電起始時間14:10（開始加熱） 柜內(nèi)升溫到達(dá)增高3℃時間10:40（停止加熱） 柜內(nèi)升溫到達(dá)增高3℃時間14:18（停止加熱） 柜內(nèi)降溫到比環(huán)境溫度高1℃的時間11:12 柜內(nèi)降溫到比環(huán)境溫度高1℃的時間14:43
、從以上實(shí)驗(yàn)曲線可以看出： ① 10kV開關(guān)柜母線室內(nèi)部空間按0.5 m3空間容積模擬，加熱到比柜外升高3℃時約需8分鐘。停止加熱后退回到溫差1℃時約需25分鐘。如果按照這個時間控制加熱器投入、退出循環(huán)加熱，保持電柜內(nèi)部空間溫度比柜外高1~3℃，加熱投入的時間約是1 : 3。 ② 35kV開關(guān)柜內(nèi)母線室容積可以用1.1 m3空間來近似模擬。從曲線可以看出，保持柜內(nèi)比柜外溫度高1~3℃，需要加熱器投入、退出的時間約為1:1。 ③ 按控制溫差1~3的范圍，0.5 m3空間時加熱投入的時間是1/4，按1.1 m3計算，加熱器投入時間是1/2。 ④ 如果電柜運(yùn)行時產(chǎn)生一些熱量的話，也可以作為加熱功率的一部分，加熱時間可能還會大大縮短。因此，用150W加熱器，用溫差控制防凝露，對于10kV開關(guān)柜至少可節(jié)省3/4的加熱功耗，對于35kV開關(guān)柜至少可節(jié)省1/2的加熱功耗。 為了進(jìn)一步提高防潮、防凝露的可靠性，還可以在每臺防凝露控制儀表中增加線性測量的相對濕度度傳感器?？刂苾x表可在監(jiān)測、溫度、溫差的同時，CPU還可以測量顯示柜內(nèi)的相對濕度。根據(jù)多種參數(shù)來判別、控制電柜內(nèi)部的相對濕度（超過65%RH時啟動加熱），進(jìn)一步提高驅(qū)潮和防凝露能力。 四、結(jié) 論 1. 我國電力系統(tǒng)采用自動加熱除濕控制器已有十幾年的歷史，自動加熱除濕控制器在電力系統(tǒng)的高壓設(shè)備運(yùn)行中起到了抗潮濕、防凝露的積極作用。但在有的地區(qū)的應(yīng)用中也會出現(xiàn)一些效果不理想的狀況，分析其原因，在很大程度上就是因?yàn)槟秱鞲衅髌涮匦缘木窒扌院褪褂铆h(huán)境的影響，致使控制靈敏度、精度產(chǎn)生較大偏差而引起。 2. 有效地解決原自動加熱除濕控制方案存在的靈敏度、精度、使用壽命、電能消耗和可靠性等問題，使防凝露控制技術(shù)在安全、可靠、節(jié)能方面上新臺階、發(fā)揮新效能。 3. 由于新方案把被動防止凝露方式,改變?yōu)橹鲃臃乐鼓叮瑹o疑增加了開關(guān)柜防凝露的可靠性；另外，從傳感器壽命來說，溫度傳感器的使用壽命是凝露傳感器壽命的數(shù)十倍，防凝露控制系統(tǒng)的工作壽命和可靠性將大大增加。
（轉(zhuǎn)載）
