變電站凝露問題長(zhǎng)期困擾變電運(yùn)檢人員。戶外敞開式設(shè)備的爬距、干弧距有足夠的裕度，且防腐蝕等級(jí)也相對(duì)較高，凝露帶來的影響較小。但戶外箱體式設(shè)備和戶內(nèi)設(shè)備，其絕緣裕度和防腐蝕等級(jí)相對(duì)較低，凝露現(xiàn)象會(huì)帶來放電、腐蝕、直流接地等一系列問題，嚴(yán)重影響到設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前變電站防凝露的幾種方式效果均不理想，且未能形成系統(tǒng)的解決方案。本文通過分析凝露現(xiàn)象形成的原因，結(jié)合多年的防治經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)地區(qū)氣候差異提出南方地區(qū)防凝露問題系統(tǒng)性解決方案，以提高電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

1 與凝露相關(guān)的幾個(gè)概念

空氣的成份可以被看作是由空氣、水氣、塵埃三部分組成，空氣的干濕程度叫濕度。

1）絕對(duì)濕度。指單位空氣在一定壓力及溫度下所含的水氣質(zhì)量。

2）飽和濕度。指單位空氣在一定壓力及溫度下所能包含最大水氣質(zhì)量，也可以理解為空氣溶解水氣的能力。

3）相對(duì)濕度。指在一定時(shí)間內(nèi)，某處空氣中的水蒸氣量與該氣溫下飽和水蒸氣量的百分比，也就是在同一時(shí)刻，絕對(duì)濕度與飽和濕度之比。

2 凝露形成的原因

2.1 焓濕圖

單位空氣的飽和濕度與溫度相關(guān)，溫度越低，飽和濕度越小。例如：30℃的空氣，其飽和含水量為30.3g/m3，若此時(shí)空氣的相對(duì)濕度為70%，則說明此時(shí)空氣中的含水量為21g/m3。隨著溫度的逐步下降，其飽和濕度也逐漸下降，相當(dāng)于溶解水氣的能力逐漸下降。當(dāng)飽和含水量小于21g/m3時(shí)，便形成凝露現(xiàn)象，此時(shí)相對(duì)濕度達(dá)到100%，此時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)溫度，通過圖1焓濕圖可以查找其對(duì)應(yīng)關(guān)系。

焓濕圖的使用如圖2所示，若已知溫度是30℃，相對(duì)濕度是60%，則由焓濕圖對(duì)應(yīng)為A點(diǎn)，可以查出含濕量為16.15g/kg干（水蒸氣分壓力為25.50× 102Pa），露點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)C點(diǎn)，溫度為21.8℃。

圖1 焓濕圖

圖2 焓濕圖應(yīng)用舉例

2.2 得出的幾個(gè)結(jié)論

1）凝露是由溫度差引起的，如果白天相對(duì)濕度較高，夜晚氣溫下降時(shí)就很容易產(chǎn)生凝露。

2）不管空氣中的溫度如何，形成凝露的露點(diǎn)溫度始終低于環(huán)境溫度。

3）防止凝露的手段不外乎3種情況：①降低絕對(duì)濕度；②提高飽和濕度；③通風(fēng)降低溫差。

3 變電站目前常見的防凝露措施

變電站需要防凝露的設(shè)備主要是高壓開關(guān)柜、機(jī)構(gòu)箱、端子箱。目前防凝露的方法主要有4種，分別為冷凝驅(qū)潮、分散型加熱驅(qū)潮、集中控制型加熱驅(qū)潮、低功率常投型加熱驅(qū)潮。這4種方法各有優(yōu)劣，詳見表1。

表1 四種驅(qū)潮防凝露方法介紹

4 南方地區(qū)防凝露的要點(diǎn)

上述已提到防凝露的3種手段，其中通風(fēng)手段在南方地區(qū)不合適。從圖3中國年平均相對(duì)濕度分布圖可以看出，南方地區(qū)年平均濕度在70%以上，尤其梅雨季節(jié)有3～4個(gè)月的時(shí)間，平均濕度在95%以上，通風(fēng)設(shè)計(jì)將導(dǎo)致高濕度空氣進(jìn)入戶內(nèi)或者箱體內(nèi)。

即便是通風(fēng)，戶內(nèi)外以及箱體內(nèi)外也不可能做到零溫差，這些細(xì)小的溫差足以導(dǎo)致高濕度的空氣形成凝露。同時(shí)嚴(yán)重影響驅(qū)潮裝置的工作效果，無論采用何種驅(qū)潮裝置，都是一邊驅(qū)潮，一邊又有潮濕空氣不斷進(jìn)入。

南方地區(qū)夏季平均溫度30℃，且晝夜溫度變化較大，從焓濕圖得出溫度下降3℃左右就達(dá)到露點(diǎn)溫度，故南方地區(qū)夏季極易發(fā)生凝露。因此，通風(fēng)只適應(yīng)于北方地區(qū)的干燥氣候，對(duì)于南方地區(qū)的潮濕氣候而言，需要密封加驅(qū)潮，此為南方地區(qū)防凝露的要點(diǎn)。

圖3 中國年平均相對(duì)濕度分布圖

5 變電站目前防凝露工作存在的問題

5.1 密封不嚴(yán)嚴(yán)重影響驅(qū)潮效果

1）高壓室門窗設(shè)計(jì)不夠密封，如采用卷閘門，通風(fēng)百葉窗，強(qiáng)排風(fēng)機(jī)。

2）密封效果不良，如門窗破損；電纜溝至開關(guān)柜入口封堵不嚴(yán)。

3）箱體電纜入口封堵不嚴(yán)，無封條或密封條破損，箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不良、材料偏薄變形引起密封不良等。

5.2 驅(qū)潮裝置質(zhì)量不佳影響正常運(yùn)行

驅(qū)潮裝置的質(zhì)量不佳主要體現(xiàn)在控制器方面，分散型加熱驅(qū)潮方式由于成本很低，運(yùn)行2～3年后，故障率普遍高達(dá)30%，且數(shù)量龐大，給運(yùn)檢工作帶來很大麻煩。集中控制型加熱驅(qū)潮方式雖然解決了控制器的問題，但由于采樣點(diǎn)與實(shí)際需要驅(qū)潮的箱體環(huán)境不一致，各箱體內(nèi)的環(huán)境也不一致，所以實(shí)際使用效果也不好。

冷凝驅(qū)潮的效果雖然最好，但也存在質(zhì)量不佳故障較高的問題，2016年試點(diǎn)應(yīng)用時(shí)安裝了45臺(tái)，運(yùn)行1年以后有12臺(tái)出現(xiàn)了故障，且因成本較高，推廣難度較大。

5.3 加熱器功率偏小、分布不均勻影響驅(qū)潮效果

目前各廠商對(duì)機(jī)構(gòu)箱、端子箱加熱器的功率配置并沒有嚴(yán)格的計(jì)算，普遍都是簡(jiǎn)單地配置一個(gè)100～150W的加熱器，加熱器附近效果明顯，遠(yuǎn)離加熱器的位置照樣發(fā)生凝露，實(shí)際使用效果并不理想。

少部分合資品牌的斷路器，其機(jī)構(gòu)箱采取了多個(gè)小功率加熱器分散布置的設(shè)計(jì)，如圖4所示，西門子斷路器采用6個(gè)22W的加熱電阻分散布置在機(jī)構(gòu)箱空間內(nèi)，防凝露效果比較好。

圖4 機(jī)構(gòu)箱加熱裝置為低功率常投型分散布置

5.4 運(yùn)維方式影響驅(qū)潮效果

按規(guī)定，變電站運(yùn)維人員需要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡視，巡視中需打開機(jī)構(gòu)箱門、端子箱門檢查驅(qū)潮裝置工作正常，箱內(nèi)密封良好。有時(shí)候還進(jìn)行雨天后特巡，造成大量水氣進(jìn)入箱體內(nèi)，使箱體內(nèi)的絕對(duì)濕度達(dá)到了95%以上，此時(shí)除了冷凝除濕尚有效果外，其他加熱除濕的方式幾乎全部無效。

從焓濕圖可以看出，在溫度25℃、濕度95%的環(huán)境下，其露點(diǎn)溫度為23.9℃，也就是說溫度只要下降1.1℃就會(huì)起凝露。而箱體內(nèi)的加熱器功率只有100～150W，啟動(dòng)后只能保持箱體內(nèi)溫度平均上升6℃左右，很難抵消環(huán)境溫度的變化和晝夜溫度的變化。例如前面所說西門子斷路器驅(qū)潮效果比較好，但由于雨天打開過機(jī)構(gòu)箱門，經(jīng)過一個(gè)晚上后照樣嚴(yán)重凝露，如圖5所示。

圖5 因雨天開門，西門子斷路器機(jī)構(gòu)箱凝露嚴(yán)重

6 解決方案

6.1 機(jī)構(gòu)箱、端子箱驅(qū)潮方案

首先要遵循南方地區(qū)采用密封方式的原則，做好機(jī)構(gòu)箱、端子箱的密封。箱體結(jié)構(gòu)要厚實(shí)不易變形，頂部需帶有雨檐，箱體與門的結(jié)合部位需帶有排水槽，重視縫隙處的封堵，密封條應(yīng)固定牢靠密封良好，密封條老化后需及時(shí)更換。

不考慮價(jià)格、成本等因素，優(yōu)選冷凝驅(qū)潮裝置。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，采用的是降低絕對(duì)濕度的方式，效果比較理想。可以采用質(zhì)量評(píng)比、優(yōu)中選優(yōu)、延長(zhǎng)質(zhì)保期等管理手段提高裝置的質(zhì)量。

綜合考慮各方面因素，還是采用分散型加熱驅(qū)潮方式，但同時(shí)需解決3個(gè)問題：

①提高控制器的質(zhì)量，采用適當(dāng)提高采購成本、質(zhì)量評(píng)比、優(yōu)中選優(yōu)、延長(zhǎng)質(zhì)保期等管理手段；

②采用多個(gè)加熱器分散布置，按照箱體體積大小，將箱體內(nèi)加熱器總功率提高到200～600W。例如端子箱內(nèi)采用左右底部各布置一個(gè)100W的加熱器，小型機(jī)構(gòu)箱布置兩個(gè)100～150W加熱器，大型機(jī)構(gòu)箱布置3～4個(gè)100～150W加熱器；

③遇到雨天或者濕度很大的天氣時(shí)，規(guī)定巡視中不能打開箱門，通過觀察孔巡視即可。如果必須打開，就應(yīng)在環(huán)境濕度下降后立即再次打開箱門通風(fēng)15min左右，降低箱內(nèi)絕對(duì)濕度。平時(shí)遇到低溫、干燥的天氣時(shí)，應(yīng)打開箱門通風(fēng)驅(qū)散箱內(nèi)潮氣。

通過實(shí)踐，對(duì)某變電站戶外機(jī)構(gòu)箱及端子箱進(jìn)行密封改造，封堵通風(fēng)孔，更換密封條，采用分散型加熱驅(qū)潮，箱內(nèi)空氣濕度保持在40%～50%較低值，未發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)有凝露現(xiàn)象，改造前后濕度對(duì)比見表2。

表2 某變電站機(jī)構(gòu)箱、端子箱改造前后濕度對(duì)比

6.2 高壓開關(guān)柜驅(qū)潮方案

高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊且電壓等級(jí)高，各功能室又相對(duì)獨(dú)立，驅(qū)潮方式有一定局限性：①母線室不宜安裝加熱器；②儀表室一般都沒有安裝加熱器；③斷路器室、電纜室由于空間狹小，都不宜分散安裝多個(gè)低功率加熱器；④因排水的局限性不宜采用冷凝驅(qū)潮。

目前常用的驅(qū)潮方式是分散型加熱驅(qū)潮和低功率常投驅(qū)潮，在開關(guān)柜的電纜室、斷路器室安裝加熱器，常投型采用50W，帶控制器的采用100～150W，效果均不是很理想。因此，高壓開關(guān)柜比較好的防凝露方式是高壓室整體驅(qū)潮。

1）加強(qiáng)高壓室的密封效果，修補(bǔ)破損門窗，對(duì)通風(fēng)窗進(jìn)行改造，建議改成推拉窗型式，分別如圖6、圖7所示。可根據(jù)需要變更通風(fēng)、密封方式。

圖6 推拉窗拉開狀態(tài)

圖7 推拉窗關(guān)閉狀態(tài)

2）加強(qiáng)開關(guān)柜一、二次電纜入口的封堵，電纜溝內(nèi)潮濕程度遠(yuǎn)大于地面，而且是天然的風(fēng)道，封堵不嚴(yán)會(huì)造成大量潮氣進(jìn)入開關(guān)柜。

3）在高壓室內(nèi)安裝工業(yè)除濕機(jī)，除濕機(jī)的功率按3000W/百平方米配置，一般需安裝兩臺(tái)以上除濕機(jī)。

通過實(shí)踐，對(duì)某變電站高壓室全封閉改造，安裝除濕機(jī)等各項(xiàng)治理措施后，采用溫濕度自動(dòng)檢測(cè)記錄儀進(jìn)行了跟蹤，從實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)來看，高壓室的開關(guān)柜內(nèi)外溫度保持平穩(wěn)，空氣濕度基本能保持一致，均在40%～70%之間，巡視過程也未發(fā)現(xiàn)設(shè)備產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，改造前后濕度對(duì)比見表3。

表3 某變電站高壓室全封閉改造前后濕度對(duì)比