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發(fā)布時間：2021-11-09 13:08:22
戶外環(huán)網(wǎng)箱應(yīng)用量大，已成配電網(wǎng)的重要組成部分，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系供電質(zhì)量與供電可靠程度。分析環(huán)網(wǎng)箱運(yùn)行故障的原因可以發(fā)現(xiàn),環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)出現(xiàn)的高溫、高濕、凝露和積灰等不良環(huán)境因素，引起開關(guān)柜絕緣劣化、設(shè)備銹蝕是導(dǎo)致事故發(fā)生的重要原因，這些環(huán)境因素也使設(shè)備壽命降低。本文通過對環(huán)網(wǎng)箱防凝露技術(shù)研究，消除上述不良環(huán)境因素，提高環(huán)網(wǎng)箱運(yùn)行可靠性。
1現(xiàn)有環(huán)網(wǎng)箱防凝露技術(shù)分析
長期以來，人們通常把環(huán)網(wǎng)箱視作一個簡單的容器或附屬設(shè)備而很少給予足夠的重視，其內(nèi)部微環(huán)境控制更是一個被長期忽略的問題，導(dǎo)致目前戶外環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)凝露嚴(yán)重。為了改善環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)部運(yùn)行環(huán)境，目前國內(nèi)采取的措施有以下幾種。
簡單密封。為了防止灰塵及昆蟲進(jìn)入柜內(nèi)，對箱體采取有限的密封。但箱體密封后破壞了散熱所需的對流條件，無法流通的靜止空氣會在設(shè)備或元件表面形成滯流層，而這個滯流層相當(dāng)于熱絕緣層,會對設(shè)備或元件的散熱產(chǎn)生極為不利的影響，這也是一些戶內(nèi)布置的保護(hù)屏即使在空調(diào)將室溫降得很低的情況下仍然過熱的重要原因。由于箱體密封并不嚴(yán)密，內(nèi)部空氣的熱脹冷縮會導(dǎo)致呼吸現(xiàn)象，特別是在沒有呼吸孔的情況下灰污極易通過縫隙隨未經(jīng)過濾的空氣無序地進(jìn)入箱體并在箱體的各個部位沉積，而箱體設(shè)計又無自我凈化能力，故箱體內(nèi)存在積灰、積污的不良條件﹔灰污中含有大量金屬微顆粒、金屬氧化物及各類酸性物質(zhì)，有可能成為箱內(nèi)電氣部件銹蝕、絕緣破壞、甚至引發(fā)污閃故障的重要物質(zhì)條件。
增加通風(fēng)設(shè)備。對于部分內(nèi)部存在熱源的箱柜體，現(xiàn)有的措施是在箱體的某一個面設(shè)置進(jìn)出風(fēng)孔或安裝小、微型風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)。但由于箱體內(nèi)部設(shè)備、部件安裝的隨機(jī)性和氣流通道與空間的不確定性，使這類通風(fēng)散熱方式因存在大量死角或無序紊流而難以達(dá)到預(yù)想效果，而且還會因灰塵與潮濕空氣大量進(jìn)入引發(fā)更嚴(yán)重的問題。
加熱除濕。常投或間斷投入（溫控或濕控）電加熱器是目前環(huán)網(wǎng)箱普遍采用的除濕、降潮措施。其工作機(jī)理是通過加熱空氣提高空氣的濕容量（即]容納和吸收水蒸汽的能力)，從而降低相對濕度。但在現(xiàn)有的各類箱柜體中，加熱器的應(yīng)用隨意性加大，如果再加上使用過程中缺乏科學(xué)的控制方法，有時會產(chǎn)生一些適得其反的結(jié)果:首先是箱體處于封閉狀態(tài)，箱體內(nèi)空氣處相對于靜止?fàn)顟B(tài)，內(nèi)部沒有空氣對流，加熱器主要通過傳導(dǎo)、輻射來對空氣加熱，加熱器對空氣的加熱是局部的、不均勻和不完全的,造成箱體內(nèi)部形成較大的溫度梯度和冷熱交界面,增加凝露出現(xiàn)的可能;其次是箱體內(nèi)部缺乏含濕空氣的排放、逸出通道，下部又有電纜溝源源不斷地補(bǔ)充水汽。于是加熱的空氣吸收了更多水分并在箱體內(nèi)滯留，加熱的溫度越高，吸收并滯留的水汽越多，一旦柜體內(nèi)空氣溫度稍有降低便迅速飽和，給空氣凝露提供了條件﹔第三是由于加熱器的使用，使得箱體內(nèi)部溫度往往高于箱體外部，在箱體內(nèi)壁處產(chǎn)生顯著的溫度差，由于箱體由導(dǎo)熱性能較好的金屬材料制成,其內(nèi)內(nèi)壁形成冷表面，成為凝露的另一個重要條件，于是大量的、持續(xù)的凝露過程便無可避免了，嚴(yán)重情況下箱體內(nèi)甚至還會發(fā)生局部積水現(xiàn)象。一旦箱柜體內(nèi)積灰、積污與持續(xù)的凝露兩種效應(yīng)相疊加，使箱內(nèi)發(fā)生污閃、絕緣故障的概率大大提升，將嚴(yán)重威脅電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。
由此可見，加熱器的不合理使用，其效果幾乎是得不償失的。除此以外，還有在環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)安裝小型空調(diào)器的案例。安裝小型空調(diào)器只能形成局部對流，過度降溫還會加大溫度梯度和熱場分布不均勻的程度，冷風(fēng)直接吹到的地方還會形成許多冷表面，反而促進(jìn)凝露，其效果是得不償失的。而且這種方式因投入高、效率低、能耗大、費(fèi)效比差而難以被市場所接受。
2防止凝露發(fā)生的措施
2.1凝露的產(chǎn)生
平常所論述的空氣是由干空氣和水蒸汽組成的濕空氣。水的存在形態(tài)主要取決于溫度和壓力，溫度增加或壓力降低，液態(tài)水將呈逐漸往氣態(tài)轉(zhuǎn)變,反之，當(dāng)溫度下降或壓力增加，氣態(tài)水將向液態(tài)轉(zhuǎn)變。因此，我們可以發(fā)現(xiàn)，凝露實(shí)際上就是空氣中的水份由汽態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變的結(jié)果。當(dāng)濕空氣接觸的物體表面溫度低于該空氣的溫度時，空氣將熱量傳遞給所接觸的物體，空氣溫度下降，同時其水的分壓力上升，物體表面溫度升高，但兩者升高速率不同，通?？諝鉄崛萘康?，降溫速度大于固體物體吸熱后的升溫速度。當(dāng)空氣溫度降至水蒸汽分壓力下水的沸點(diǎn)溫度時，水蒸汽將從空氣中以液態(tài)形式析出，在物體表面形成凝露。
通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，形成空氣凝露的條件是濕空氣（水分)、物體與空氣的溫差，如果兩個條件都不滿足時就不會出現(xiàn)凝露。
2.2阻止環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)二次艙和電纜艙凝露產(chǎn)生
有效控制箱柜外熱濕空氣進(jìn)入。通過對箱柜外空氣的溫濕度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)箱柜外的濕空氣含濕量(相對濕度）升高時，應(yīng)逐步減少箱柜外空氣的進(jìn)入量，直至關(guān)閉室外進(jìn)風(fēng)。為了實(shí)現(xiàn)有效控制，必須將傳統(tǒng)的自然進(jìn)風(fēng)改為有組織的機(jī)械進(jìn)風(fēng)，通過對機(jī)械進(jìn)風(fēng)裝置的控制實(shí)現(xiàn)對進(jìn)風(fēng)量的控制。
控制溫差。控制箱柜內(nèi)與箱柜外、柜內(nèi)與二次室內(nèi)的溫差:環(huán)網(wǎng)箱柜安裝于露天，由于外界環(huán)境溫度、濕度變化對其運(yùn)行會帶來許多不利影響，尤其是外界溫度突變時（如冬季出現(xiàn)的寒潮時）柜體溫度急劇變化，低于柜內(nèi)表面空氣中水汽分壓力對應(yīng)的沸點(diǎn)溫度時，空氣中的水汽就變成水滴在析出,形成凝露。為了減少外界的影響，控制箱柜內(nèi)與箱柜外的溫差，減少凝露發(fā)生，最直接的辦法就是將箱柜外的空氣送入箱柜內(nèi)，將箱柜內(nèi)的空氣排出，減小箱柜內(nèi)外的溫差﹔控制箱柜內(nèi)與電纜溝、柜內(nèi)與電纜室的溫差:控制箱柜內(nèi)空氣與電纜溝內(nèi)的溫差，減少電纜室凝露發(fā)生，最直接的辦法就是將二者的空氣進(jìn)行有效的混合。箱柜內(nèi)頂部的空氣溫度要高于箱柜內(nèi)下部的溫度，因此將箱柜內(nèi)頂部溫度相對較高的空氣通過通風(fēng)設(shè)備送入電纜溝內(nèi)，與電纜溝內(nèi)的空氣混合后，空氣溫度升高，相對濕度下降，并通過排風(fēng)口再次排入箱柜內(nèi)，保持電纜溝干燥的同時也使箱柜內(nèi)的空氣溫度更趨均勻。
3工程解決方案
基于上述分析結(jié)果，提出的系統(tǒng)方案如圖1所示。
3.1系統(tǒng)設(shè)計思路
將箱外新風(fēng)根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和箱內(nèi)溫、濕度控制要求，經(jīng)微環(huán)境控制裝置(具有過濾、加壓、分配、降噪等功能）處理加壓后，送入環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)，通過進(jìn)風(fēng)射流與熱羽流的耦合及誘導(dǎo)，左右輪流送風(fēng)，利用其良好的擴(kuò)散性和彌漫特性，消除箱柜體內(nèi)的通風(fēng)死角，改善流場和溫場分布，使箱外、箱內(nèi)、柜內(nèi)溫度都能達(dá)到均衡。根據(jù)電纜溝內(nèi)與箱內(nèi)的溫差，系統(tǒng)將箱內(nèi)空氣送人溝內(nèi)，使溝內(nèi)的空氣溫度得到提升，降低了溝內(nèi)空氣濕度﹔源源不斷送入的空氣使電纜溝的壓力上升，通過在電纜溝與環(huán)網(wǎng)箱開設(shè)的回風(fēng)口進(jìn)入環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)，相較于送入電纜溝的空氣溫度得到降低，與環(huán)網(wǎng)箱下部空氣混合后，使環(huán)網(wǎng)箱下部區(qū)域空氣溫度趨于均勻。隨著運(yùn)行時間的延長，環(huán)網(wǎng)箱上部空氣狀態(tài)參數(shù)超過設(shè)定值時，系統(tǒng)自動調(diào)整內(nèi)循環(huán)和新風(fēng)比例，將上部高溫的熱濕空氣溢出箱外。實(shí)現(xiàn)了箱內(nèi)與電纜溝內(nèi)整體的溫度均勻、降低箱內(nèi)溫度梯度，同時也降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。
3.2控制方式
控制方式中所涉及到的具體控制數(shù)據(jù)都為可設(shè)參數(shù)。
環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)與開關(guān)柜外部凝露積水控制:第一要控制溫差。當(dāng)環(huán)網(wǎng)箱箱頂部溫度高于環(huán)網(wǎng)箱外部溫度且環(huán)網(wǎng)箱箱頂部溫度超過25℃時風(fēng)機(jī)1開啟，系統(tǒng)根據(jù)溫度自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)開啟時間，然后開啟風(fēng)機(jī)2同風(fēng)機(jī)1。若環(huán)網(wǎng)箱外部濕度低于85%時，進(jìn)風(fēng)口打開、回風(fēng)閥關(guān)閉，風(fēng)機(jī)開啟時為外進(jìn)風(fēng)模式，將環(huán)網(wǎng)箱頂部熱空氣排出，減小環(huán)網(wǎng)箱和開關(guān)柜內(nèi)外的溫差，破壞環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)壁與開關(guān)柜外部凝露條件。如果環(huán)網(wǎng)箱箱頂部溫度一直低于25℃時，系統(tǒng)定時2小時開啟一次風(fēng)機(jī)，外進(jìn)風(fēng)運(yùn)行一個周期，使環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)外溫度平衡;第二要控制室外熱濕空氣進(jìn)入。當(dāng)環(huán)網(wǎng)箱外部濕度高于85%或者溫度高于環(huán)網(wǎng)箱箱頂部溫度時，進(jìn)風(fēng)口( 3.1）關(guān)閉，回風(fēng)閥打開，風(fēng)機(jī)開啟內(nèi)循環(huán)模式，防止室外高溫高濕空氣進(jìn)入箱內(nèi)，從而破壞環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)與開關(guān)柜外部凝露條件，同時減小環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)上下溫差。
二次室防凝露控制:第一要控制溫差。當(dāng)環(huán)網(wǎng)箱箱頂部溫度超過25℃或環(huán)網(wǎng)箱頂部溫度和開關(guān)柜頂面溫度溫差超2℃時風(fēng)機(jī)1開啟，系統(tǒng)根據(jù)溫度自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)開啟時間，然后開啟風(fēng)機(jī)2同風(fēng)機(jī)1，左右交替送風(fēng)。若環(huán)網(wǎng)箱外部溫度低于環(huán)網(wǎng)箱箱頂部溫度并且環(huán)網(wǎng)箱外部濕度低于85%時，進(jìn)風(fēng)口打開、回風(fēng)閥關(guān)閉，風(fēng)機(jī)開啟時為外進(jìn)風(fēng)模式，將環(huán)網(wǎng)箱頂部熱空氣排出，減小環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)外的溫差，同時減少了外界對二次艙的影響，從而也減小了環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)與二次室內(nèi)的溫差，破壞二次室凝露條件。當(dāng)環(huán)網(wǎng)箱箱頂部溫度超過45℃時，同時開啟風(fēng)機(jī)1和風(fēng)機(jī)2，周期性開啟，快速將環(huán)網(wǎng)箱頂部熱空氣排出，直到環(huán)網(wǎng)箱箱頂部溫度低于42℃時退出該模式;第二要控制室外熱濕空氣進(jìn)入。當(dāng)環(huán)網(wǎng)箱外部濕度高于85%或溫度高于環(huán)網(wǎng)箱箱頂部溫度時，進(jìn)風(fēng)口關(guān)閉、回風(fēng)閥打開，風(fēng)機(jī)開啟內(nèi)循環(huán)模式，防止室外高溫高濕空氣進(jìn)入箱內(nèi)破壞二次室凝露條件，同時減小環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)上下溫差。
電纜室防凝露控制:第一要控制溫差。當(dāng)電纜溝內(nèi)溫度低于開關(guān)柜下部溫度1℃時，開啟下風(fēng)道風(fēng)機(jī)，提高電纜溝溫度，使電纜溝內(nèi)溫度與開關(guān)柜下部溫度平衡。當(dāng)電纜溝內(nèi)濕度低于85%時箱底回風(fēng)閥打開，電纜溝內(nèi)空氣進(jìn)入環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)部，如果此時進(jìn)風(fēng)口是打開狀態(tài)，可以排除環(huán)網(wǎng)箱頂部高溫空氣。如果此時進(jìn)風(fēng)口是關(guān)閉狀態(tài)，可將環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)空氣與電纜溝內(nèi)空氣綜合，使環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)部和電纜溝內(nèi)部溫度平衡﹔第二要控制電纜溝內(nèi)濕度。當(dāng)電纜溝內(nèi)濕度超過90%時開啟下風(fēng)道風(fēng)機(jī)，打開進(jìn)風(fēng)口，關(guān)閉箱底回風(fēng)閥，將電纜溝內(nèi)高濕空氣從箱底旁路排風(fēng)口排出，直到電纜溝濕度低于85%，恢復(fù)正常模式。
4實(shí)際運(yùn)行效果
基于上述設(shè)計思路，將風(fēng)機(jī)、循環(huán)窗等設(shè)備與溫濕度傳感器集成在一個智能系統(tǒng)平臺，并固化在微環(huán)境控制裝置上。通過監(jiān)測環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)、箱外和電纜溝的狀態(tài)參數(shù)，自動調(diào)整新風(fēng)（箱外進(jìn)風(fēng))、回風(fēng)(環(huán)網(wǎng)箱中部區(qū)域空氣）和排風(fēng)（環(huán)網(wǎng)箱頂部的熱濕空氣）的風(fēng)量，從而阻止箱外大量熱濕空氣的侵入，保持箱內(nèi)干燥，溫度均勻，徹底杜絕凝露的發(fā)生。
為檢驗(yàn)上述方案的實(shí)際運(yùn)行效果，在福州象山站安裝了一套上述微環(huán)境控制裝置（圖2)。為便于對比，在福州福飛路1號站安裝了環(huán)境監(jiān)控裝置，檢測柜內(nèi)環(huán)境參數(shù)。兩個環(huán)網(wǎng)站在同一天中，柜內(nèi)相同位置處最高溫濕度對比結(jié)果（表1）表明，安裝微環(huán)境控制裝置后，通過系統(tǒng)自動調(diào)控風(fēng)機(jī)運(yùn)行的時間，降低環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)空氣溫度，可促進(jìn)箱內(nèi)和電纜溝內(nèi)的溫濕度趨于均衡，減少電纜溝內(nèi)潮濕空氣通過電纜接線孔進(jìn)人開關(guān)柜，從而防止開關(guān)柜內(nèi)電氣元件表面的閃絡(luò)現(xiàn)象發(fā)生。系統(tǒng)運(yùn)行后二次艙和電纜艙凝露完全消除。
5結(jié)語
根據(jù)對凝露機(jī)理的分析，分析總結(jié)出戶外環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)產(chǎn)生凝露的主要因素是外部潮濕空氣的進(jìn)入和箱內(nèi)空氣與柜體壁面形成的溫差。從防止潮濕進(jìn)入和消除溫差的兩個方面提出了防止箱內(nèi)凝露的主要措施,并提出了采用以微環(huán)境控制裝置為核心，結(jié)合溫濕度傳感器、控制風(fēng)閥、空氣處理設(shè)備等構(gòu)建智能控制系統(tǒng)，形成環(huán)網(wǎng)箱微環(huán)境控制系統(tǒng)。通過在工程中的應(yīng)用，表明該系統(tǒng)可以有效地控制環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)的溫度和濕度參數(shù)，消除凝露產(chǎn)生的因素，降低環(huán)網(wǎng)箱因凝露發(fā)生故障的風(fēng)險，微環(huán)境控制系統(tǒng)運(yùn)行能耗顯著下降，電氣設(shè)備運(yùn)行環(huán)境得到有效改善，維護(hù)工作量顯著降低，環(huán)境控制的智能化水平得到提高。
