變電站電氣柜除濕整體解決方案

發布時間:2019-03-22 00:17          

變電站電氣柜除濕整體解決方案

1?概述

變電站建設規格高,站內設備可靠性要求高。電氣柜內溫濕度以及關鍵元器件(如 開關觸頭、電纜接頭、母線接頭等)溫度對電力系統安全運行影響較大。室外柜體內濕 度較大也是亟待徹底解決問題。

在現場調研和技術交流的基礎上,為了提供站內電氣環境綜合監控并針對性解決電 氣柜濕度大的問題,我們公司提出電氣環境智能監控整體解決方案。即通過數據服務器 實現電氣環境智能監控,采用具有溫濕度監控功能的防凝露裝置主動除濕,輔助以柜體 密封隔離綜合治理,手機客戶端軟件隨時查看電氣柜溫濕度工況。結合物聯網技術,這 種方案能夠提供整站電氣環境智能監控,并可以從根本上解決電氣柜濕度大的問題。方 便運維,為電力系統安全運行提供保障,具有良好的示范效應。

2?電氣柜濕度大原因分析

變電站夏季濕度較大、春秋兩季晝夜溫差大是造成電氣柜濕度大的主要原因。高濕 環境對電氣設備的危害主要體現在兩個方面:

(1)降低電氣設備的絕緣電阻,設備的泄露電流大大增加,極易產生絕緣擊穿、短 路以及高壓放電閃爍的現象,造成安全事故;

(2)腐蝕機構內的金屬部件,影響機構的使用壽命,甚至因銹蝕而造成機構卡澀, 導致開關或刀閘在分合時機構不能運行到位,會釀成電力事故。

電氣柜濕度大的發生主要有兩方面的原因:

(1)外界環境濕度高,晝夜溫差大,易形成凝露;

(2)柜體結構設計或密封條件不夠優化,導致環境濕氣進入到柜內,未能及時排 除。

2.1?環境因素

中國年平均濕度插值圖如圖 1 所示,全國有一半以上區域相對濕度大,空氣濕潤, 易形成凝露。

圖1 中國年平均濕度分布圖

濕空氣在氣壓和水含量不變的情況下,冷卻到飽和時的溫度即為露點溫度,溫度繼 續降低就會發生凝露現象。

以河南省變電站所在地的氣候條件為例,年均相對濕度 75%,平均溫度為 15℃, 通過圖 2 可知溫度下降 4℃即可產生凝露現象,因此避免凝露現象的發生必須使柜內相 對濕度保持在 55%以下。

圖 2 露點溫差等高線圖

2.2?電氣柜結構分析

電氣柜直接放置在電纜溝的蓋板上,使得電纜溝內的潮濕空氣極易沿電纜空隙進入 到電氣柜內,另外環境的部分濕氣也會通過柜體的通風口和柜門等縫隙進入到柜內,詳 見圖 3。如果是雨天或電纜溝內存在積水,導致柜內相對濕度較高,且天氣溫差較大達 到凝露條件,就會在電氣柜的柜內形成明顯凝露。

圖 3 電氣柜內外潮濕空氣流向圖

3?電氣柜除濕通常技術方案及問題3.1?加裝溫濕度控制器

設備廠家一般都給電氣柜配備溫濕度控制器,試圖通過啟動加熱器升高柜內溫度, 降低柜內相對濕度。但這并未降低柜內空氣的含水量,僅僅是降低了空氣飽和度。一旦 環境溫度降低時,濕熱空氣還會迅速凝露,并沒有真正有效解決柜內凝露問題。另一方 面,升溫對設備的運行造成影響并存在安全隱患,夏季一般濕度大,柜內溫度也高,加 熱器除濕方式不合理。

3.2?加強通風

加強通風有兩種方式,一種是被動通風,一種是強迫通風。 被動通風,通過柜體上加開通風孔,促進柜內空氣流通,使潮氣不在箱柜內部停留。

通風孔一般開在箱柜的上下及兩側。在開孔處外部加裝防雨罩,內部加裝不銹鋼沙網。 強迫通風,通過柜體上開孔加裝風機,空氣的對流與外界干燥的空氣進行交換達到降低電氣柜內濕度。 此種方案的弊端是容易造成塵土、污穢進入。環境濕度較大時不起作用,遇到陰雨天,除不能起到除濕作用,反而促進了戶外箱柜的凝露加重。

3.3?柜體封堵

對于入地式箱柜,其與電纜溝連接的孔洞應進行嚴密封堵。選用發泡膠對電纜縫隙進行封堵后,再對較大孔洞進行封堵。孔洞底部用絕緣板材(環氧樹脂板)襯墊,四周 用鋁合金角條圍成方形,內部用油性封堵泥布滿鋪平,封洞堵泥表面平整。此種方法可 以有效降低電纜溝濕氣,但是并不能做到完整意義上的封堵,且當潮濕空氣進入戶外箱 柜后,又不易排出,所以也只采用封堵,除濕效果也不是很理想。

3.4?加裝驅潮劑除濕

加裝驅潮劑,通常會在柜體內懸掛硅膠袋,或者是其他的吸水材料。實際上因為其吸水效果有限,且吸收的水分很難排出,所以效果往往并不明顯。

4?變電站電氣柜除濕整體解決方案

我公司綜合分析變電站站所在地氣候及電氣柜特點,提出站內柜體除濕整體解決 方案。

電氣柜智能除濕整體解決方案概括性描述如下:

(1)柜內安裝智能除濕裝置,降低柜內空氣相對濕度。

(2)提升電氣柜的密封條件,避免電纜溝的潮濕空氣進入柜內。

(3)數據服務器實現電氣環境智能監控,物聯網技術綜合應用。

(4)手機客戶端實時查看電氣柜環境數據,方便運維。 電氣柜智能除濕整體解決方案拓撲圖如圖 4 所示。

圖 4 電氣柜智能除濕整體解決方案拓撲圖

4.1?加裝智能除濕裝置

我公司LC-TED 系列智能除濕裝置,采用熱電制冷技術將密閉空間內的潮濕空氣凝結。

成水,并通過導水管排出柜外。可快速降低柜內的空氣濕度,抑制凝露現象的發生,能 夠顯著的避免因潮濕引起的絕緣強度下降、設備老化、材料霉變和金屬結構銹蝕等。本 裝置廣泛應用于電力、軌道交通、通信和工業自動化等領域。

除濕裝置具備輔助加熱功能,可以完全替代溫濕度控制器。在柜體底部加裝 PTC 加熱器,能夠保證柜內溫度相對穩定,有利于柜內其他設備安全運行,有效避免急劇溫度 變化情況下的凝露現象。智能除濕裝置及 PTC 加熱器接線圖如圖 5 所示。

圖 5 LC-TED 系列智能除濕裝置及 PTC 加熱器接線示意圖

我公司 LC-TED 系列智能除濕裝置如圖 6 所示,可直接或者通過導條固定于柜內導軌上。

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圖 6 我公司LC-TED 系列智能除濕裝置

LC-TED 系列智能除濕裝置主要技術指標見表1:

表1技術志標

輸入電壓

90V~264 VAC

除濕啟動值

默認50% RH(滯環 5%),可設定

最大功率

60 W

輔助電加熱啟動值

默認10℃(滯環 5℃),可設定

除濕效率

420 ml/24h(35℃ 85%RH )

風扇風量

1.21 m3/min

工作溫度范圍

0 ?℃ ~ 50 ?℃

風扇噪聲

42.5 dB(A)

工作濕度范圍

20 % ~ 95 % RH

外形尺寸

117mm×200mm×78mm

溫度測量精度

±0.2 ℃

安裝方式

掛件(默認)/磁座吸附

濕度測量精度

±2% RH

排水方式

硅膠軟管排水(外徑 10mm)

除濕體積

0.3 m3 ~ 2.0 m3

除濕方式

冷凝除濕

通訊方式

RS485/ZigBee

產品重量

約 1.1kg

輔助電加熱

AC ???250V/5A

外殼材料

阻燃 ABS

告警節點

常閉, AC 250V/0.25A

設計壽命

10 年

除濕裝置導水管為硅膠軟管,可以直接將軟管通入電纜溝或者通過柜體底部側壁開孔徑 10mm 孔,并在出水口外加不銹鋼防雨罩方式排水。 相較于市面上其他產品,本產品具備以下顯著優勢。

(1)性能優異 采用智能控制算法確保裝置在各種溫濕度工況下除濕效率最優,各項指標均優于居行業內同類產品。除濕裝置最優溫差控制曲線如圖 7 所示。 具有第三方檢測機構鑒定證書,涉及檢測項目業內最全面、檢測參考標準最高。部分認證報告見圖 8。檢測報告中涉及具體檢測項目見附錄部分。

(2)可靠性高

關鍵元器件采用國際一流品牌,外殼阻燃 V-0 級,設計壽命十年以上。

(3)免維護 具有故障自診斷功能,支持就地/遠程操作,可以與數據服務器后臺交互信息,實時監測設備運行,主要故障代碼及含義見表2。

表2主要故障代碼

故障碼

含義

E1

溫濕度傳感器異常

E2

制冷器冷面傳感器異常

E3

制冷器熱面傳感器異常

E4

半導體制冷片異常

E5

風扇異常

E6

高濕預警

智能控制算法確保裝置在各種溫濕度工況下除濕效率最優。 制冷模塊表面溫度與環境溫差太大或太小都會導致除濕效率下降。 需要綜合優化制冷模塊溫差和裝置內部 氣流,減小無效熱損,確保裝置除濕效率最優。

圖 7 智能除濕裝置最優溫差曲線

4.2?提升電氣柜密封條件

對于入地式箱柜,為了防止電纜溝內濕氣反串入柜體,除加裝智能除濕裝置外,一般還需要對電氣柜底部進行密封處理。 早期工藝一般是通過防火泥密封,施工難度大且對于線束多,防火泥封堵不方便。

我公司在充分考慮防火泥封堵施工難度大且密封效果差的情況,提出了采用高分子防潮材料封堵方案。

依據柜體底部布線情況,供選擇的高分子防潮材料主要分兩種,一種是發泡型,一 種是自固化型。發泡型材料適用于需要密封厚度較厚的場合,如圖 8 所示,自固化型材 料適用于需要密封厚度較薄的場合,如圖 9 所示。發泡型材料固化速度更快。

圖 8 發泡型高分子防潮封堵材料

圖 9 自固化型高分子防潮封堵材料

發泡型材料密封劑是采用高分子矩陣技術研制而成的一種高活性化學物質,現場攪 拌混合后可快速自流平,隨后膨脹固化成型形成密封體。具有良好的密封、防火、防凝 露、防動物、隔熱、長壽命、易擴容等功能。主要技術參數見表3。

表3主要技術參數

項目

參數

單位

外觀

泡沫體,碳灰色

擊穿電壓

2.4

kV/mm

粘結強度

≥0.1

MPa

透水性

不透水

阻燃等級

FV0

固化時間

30分鐘表干,24小時徹底固化

自固化型材料密封劑是采用高分子矩陣技術研制而成的一種高活性化學物質,現場

攪拌混合后可快速自流平,不發泡,零下 60 度和零上 130 度情況無開裂和粉化現象。 具有良好的密封、防火、防凝露、防動物、隔熱、長壽命、易擴容等功能。主要技術參數見表4。

表4主要技術參數

項目

參數

單位

外觀

凝固膠狀體

擊穿電壓

2.4

kV/mm

粘結強度

≥0.1

MPa

透水性

不透水

阻燃等級

FV0

固化時間

2~4 小時固化,24 小時徹底固化

相較于傳統封堵,高分子材料封堵具有非常明顯的優勢,具體性能比較見表5所示:

表5性能技術參數

性能/ 工藝

高分子材料封堵

防火泥

速干水泥

防火板、石膏板

流動性

可以沉浸到電纜束 縫隙內

無法封堵電纜束 縫隙

微小縫隙無法進入

氣密性

有效阻止潮氣、 煙氣、毒氣

絕熱性

可有效隔絕 熱量傳導

二次 擴容

二次開孔方便, 無需特殊工具

阻燃性

FV-0級

耐久性

在-25℃~ +93℃環

境范圍20年可保持

良好性能

差(夏季高溫流淌, 冬季開裂)

差(易粉化干裂)

差(潮濕環境自身易 吸水)

黏著性

能和各類材質物體 產生粘結力

施工 難度

無需動火、無需水電 輔助,無需澆筑機器

固化過程中易發生

形變,拆除會損壞電

纜外絕緣護套

良,成束電纜情況下 無法施工

4.3?電氣環境智能監控系統

我公司 LC-TED 系列智能除濕裝置支持標準 485 及無線 Zigbee 通信,能夠將站內匯 控柜、端子箱、控制柜等柜體內溫濕度數據以及告警信息上傳到數據服務器后臺。數據 后臺可以實現對全站電氣柜工作環境實時監測,并可以下發遙信命令控制智能除濕裝置 工作,實現電氣柜溫濕度環境精準控制。電氣環境智能監控系統如圖 10 所示。

圖 10 電氣環境智能監控系統

通過電氣環境智能監控系統,可以查看每個柜體內溫濕度歷史及實時曲線,環境變 化一目了然。智能除濕裝置溫濕度歷史曲線如圖11 所示。

圖 11 電氣柜溫濕度歷史數據曲線

4.4?手機客戶端電氣環境監控軟件

數據服務器通過路由器接入3G/4G/5G 網絡,我公司定制開發的手機客戶端監控軟件可 以訪問數據服務器內容。支持隨時查看電氣柜溫濕度工況,極大的方便運維。手機客戶端電氣環境智能監控軟件操作界面如圖 12 所示。

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