戶外端子箱的防護措施及其設計規范

張丹陽，林昂，韋浩洋

(國網金華供電公司，浙江　金華　321001)

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戶外端子箱的防護措施及其設計規范

張丹陽，林昂，韋浩洋

(國網金華供電公司，浙江金華321001)

端子箱在一次設備與二次設備中起連接中轉作用，是變電站的重要輔助設備。因長期安置于環境惡劣的戶外，難免受塵土、潮濕、溫度、鼠蟲等因素的影響，使端子箱內部的線纜和元器件遭受不同程度的損害。對此本文從箱體結構、防潮控溫、維修更換等方面綜合考慮，提出了一系列戶外端子箱的防護措施及其設計規范。設計了“內膽式”端子箱雙層箱體結構；采用了除濕調溫自動控制系統；提出統一采購安裝標準；安裝全面實時監控設施等等。綜上所提防護措施能全面保障戶外端子箱的正常運行。

端子箱防護；溫濕度調控；防潮除濕；防塵防銹；箱體結構

1　引言

端子箱為變電站重要的戶外輔助設備，是變電站現場運行設備中控制、保護、測量、計量等回路模擬量提取的中轉設備。保證戶外端子箱的安全可靠運行是實現電力系統智能控制、穩定供電的基礎[1]。

端子箱一般安置于環境惡劣的戶外，易受自然環境以及人為因素的影響，如金屬外殼銹蝕、內部潮濕、溫差變化、蟲鼠水土等物進入以及人為故意盜拆破壞等，這些影響都一定程度上給戶外端子箱造成損害，不利于端子箱的安全穩定運行。對此有必要針對上述問題展開研究，提出全面有效的戶外端子箱防護措施，這對維護電力系統的安全穩定運行具有重要的意義[2-3]。

在對戶外端子箱的防護研究中，目前大多數研究主要集中在端子箱內部的防潮與除濕上[4-7]。如華北電力大學、重慶市電力公司等單位均對端子箱內部的除濕措施進行了研究。但是目前的研究內容比較單一，缺乏綜合考慮端子箱在箱體機械結構、內部溫度濕度控制、帶電維修更換等方面存在的問題。所以研究一套全面合理的防護措施當務之急[8-10]。

對此，本文對戶外端子箱進行一系列綜合性防護研究，提出了相應的戶外端子箱的防護措施及其設計規范。論文首先從戶外端子箱的整體出發，全面的分析了戶外端子箱現存的問題，并針對問題就防護措施逐一進行了探討，分別在端子箱箱體結構、箱內溫濕度自動控制等方面提出了一系列防護措施與設計規范。

2　戶外端子箱現存問題分析

(1)箱體結構的銹蝕性問題

由于傳統端子箱多采用鐵制材料的緣故，置于戶外的有氧潮濕環境下，端子箱鐵制結構極易氧化銹蝕，這對端子箱的美觀與機械性能等方面造成了極大的影響。針對箱體外殼銹蝕的傳統防護措施為在箱殼外涂上防銹油漆。事實證明，隨著時間的推移，油漆層容易脫落，導致很多端子箱外殼銹蝕更加嚴重，影響箱體的密封性導致端子箱滲水。更有甚者銹蝕直接影響端子箱的接地效果和屏蔽作用。故涂油漆是一種治標不治本的防銹措施，無法根本的解決箱體金屬結構的銹蝕問題。

(2)箱內溫濕度的控制困難問題

端子箱內部含有大量的接線端子、電纜、元器件等，由于端子箱內部的溫度、濕度等環境因素無法控制，導致箱體內部溫濕度變化較大。如四季氣候更迭，晝夜溫差變化，都可造成很大溫度差。巨大的溫差變化對端子箱內部的電纜和元器件來說是一種嚴峻的考驗，它會加速端子箱內部元器件和電纜的老化速度，減少其使用壽命。而端子箱內部的濕度也會影響其運行狀態。還有當端子箱內的濕空氣達到露點溫度時容易形成水霧，端子箱內的電氣設備長期處于這種環境下，其絕緣能力將隨之下降，影響了機械及電氣性能。嚴重者會在絕緣體表面沿面放電或者發生故障。

(3)端子箱整體的兼容性較差問題

通常情況下，一個變電站中含有數個甚至數十個端子箱，然而端子箱廠家不同，直接帶來了兼容性差的問題。以浙江金華供電公司為例，公司下屬110kV以上變電站共135座，站內端子箱共計1000余個。這些端子箱來自不同的生產廠家。不同廠家的端子箱尺寸和形狀多種多樣，導致變電站現場安裝時所需的場地大小和安裝方式等不同，給現場安裝和更換帶來了諸多不便。

(4)端子箱帶電操作困難問題

目前變電站用的端子箱基本為一體式結構，一般需要停電才能更換，且更換過程復雜，更換時間長。長時間停電，給供電公司和用戶帶來較大影響。由于變電站停電時間的限制，某些變電站無法在一次停電時將所有需要更換或維護的端子箱處理好，導致部分需要更換的端子箱依然在運行，給電網的安全穩定運行也埋下了巨大的隱患。

(5)人或動物破壞

戶外端子箱為公共供電設施，與人們的生活息息相關。但是人為故意破壞端子箱的惡劣現象仍時有發生。蟲鼠等動物的誤闖也會對端子箱造成不小的損害。目前對于此類現象的防護措施甚少，有必要對監控報警系統加以完善，有便于及時發現并阻止破壞事故的發生。

3　內膽式端子箱體結構改進方案

針對戶外端子箱現存外物進入，金屬銹蝕，溫濕變化等問題。本文從端子箱的機械結構入手，提出了一種“內膽式”端子箱體結構。

“內膽式”端子箱體結構即端子箱由內外兩層殼體結構組成。外層采用防銹的不銹鋼材料，內層采用隔熱阻燃性良好的玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂復合材料(以下簡稱為SMC)。將不常操作的電器元件安置于內部安裝支架上；經常操作的電氣開關、顯示儀表等裝置鑲嵌置于內殼表面。具體結構圖如圖1所示。

圖1　端子箱結構圖

圖1中箱體正面的為操作面，打開正面門就能實現常規操作。端子箱體側面門主要是為了更換端子箱內膽而設置，平時處于關閉狀態。箱內中部的網狀支架用于安裝電氣設備。內殼頂部的出氣孔用于內外氣體流通，防止完全封閉造成的箱體內外氣壓不平衡現象。箱體底部置放的干燥劑用于輔助溫濕控制器實現防潮功能。溫濕控制器的主要作用是為了控制內部溫濕度穩定在合適范圍以內，內置溫度與濕度傳感器，根據傳感器測得的溫濕度實施控制措施。如：當箱內濕度過高時，通過加熱使水汽上升從內殼頂端出口溢出，溢出的含水熱氣遇到冰冷的金屬外殼壁液化成水，從內外殼之間夾縫中流下，直到順著出水槽流出箱外，從而實現防潮除濕的功能。

端子箱外殼采用不銹鋼材料作為箱體，可以很好的防止生銹。與普通鐵制箱體相比而言，雖然采用不銹鋼材料制成的箱體投入成本較高，但是壽命長，外表美觀。改造替換下的材料還可以實現再利用。這里需要強調的是端子箱由不銹鋼材料焊接制成，在焊接點處防銹能力相對較低，需要附加刷漆刷油等防銹措施。

端子箱的內層殼材料采用SMC。這種材料具有不易變形、機械強度高的特點，同時還有很好的隔熱阻燃性。這能很好的避免外部晝夜溫度的變化對箱內溫濕度的影響。很好的克服不銹鋼外殼導熱性強的缺陷，從而使內外殼的性能達到相得益彰的效果。

不僅如此，由于端子箱具有內外兩層殼，內殼封閉相對緊密，通氣孔又留在內殼的箱頂，出水槽留在外殼的箱低，且安裝有網罩與過濾體。能很好的防止蟲鼠、灰塵等外物的進入。從空氣的流通途徑來看更加便于箱體內部的防潮。將操作開關和顯示界面鑲嵌裝在內殼面上，復雜的電氣安裝以及操作少的電器設備置于內箱里。簡化了操作界面，打開端子箱外門就能觀看儀表并操作，操作簡單，能很好的避免操作失誤造成的其他故障。

4　箱內溫濕度控制

箱外環境變化會對箱內的溫濕度造成一定的影響，從而影響內部元件的壽命，甚至導致故障。因此要采用相應的防護措施實現箱內溫濕度穩定在適當的范圍以內。現今，端子箱的除濕調溫方式主要有三種:采用干燥劑、加熱器、溫濕度自動控制系統。

(1)干燥劑是一種物理除濕方法。優點：不需要接電源,應用方便簡單；缺點：除濕效果不佳,需定期檢查和更換,維護工作量大。

(2)加熱器除濕法就是加熱使水汽化隨空氣溢出箱外。優點：除濕效果較好；缺點：加熱器須外接電源，長期加熱會導致箱內溫度過高,造成絕緣老化,縮短了設備壽命。且加熱器需要人工開關,無法自動智能控制，不發保證箱內溫度恒定。

(3)溫濕度自動控制系統是分別用內置溫度、濕度傳感器采集的數據智能控制箱內溫濕度。當箱內濕度高于設定值時,啟動開關溫濕控制器工作；當箱內濕度低于設定值時,溫濕控制器開關關閉。優點：對箱內溫濕度實現了智能控制，能很好的維持箱內溫濕度的穩定，且無需運行人員的頻繁操作。

綜上所述，國內外在端子箱內部溫濕度控制方面研究的是較多的。主要是因為溫濕度對端子箱的影響確實很大，同時也說明電力行業對端子箱內部溫濕度影響的重視。當箱內溫度過低時，易導致外界濕潤空氣內流，出現凝露現象，破壞了干燥的內部環境，不利于內部設備的運行與保養；為了保持箱體內部干燥環境，干燥劑按其除濕效果僅可用于輔助防潮除濕。最有效的方法還是采用加熱器升高內部溫度，使水汽化隨熱空氣外流。此法確實有效的減小了內部的水分含量，但是溫度過高極易加速內部元器件絕緣層老化，縮短了設備的應用壽命。經過對比發現溫濕度自動控制器的優勢明顯。采用智能手段，能合理的自動控制箱內的溫濕度。故在本文中采用的溫濕度控制系統框圖如圖2所示。

如圖2本溫濕度控制系統主要由三部分組成：電源轉換部分、控制部分、除濕調溫部分。

電源轉換部分主要是將220V交流電轉換成5V或者10V的直流電，為控制系統中的電子設備提供電能。

圖2　溫濕度自動控制系統

控制部分主要由溫濕度采集器、微處理器、控制開關、通信設備、監控操作平臺組成。一般控制路徑設置有兩種：路徑一，由溫濕度采集器實時采集箱內溫濕度數據，將數據傳至處理器，在處理器內與設定值進行邏輯比較，啟動或者關閉開關裝置，從而達到控制除濕調溫裝置的目的。此控制方式主要用于平時溫濕度的智能自動控制；路徑二，由溫濕度采集器實時采集箱內溫濕度數據，將數據傳至監控平臺，由工作人員進行人為分析后，根據需要發出控制除濕調溫裝置的開關命令，從而實現箱內溫濕度的控制。此路徑主要是應對特殊狀況(如電氣試驗，或者人工應急備用式操作)。

除濕調溫部分主要是通過溫度變化來控制水的狀態，從而保證在溫度不至過高的基礎上實現除濕防潮的功能。如圖2所示，將制冷部分裝于端子箱內殼與外殼之間。結合圖1所示的機械結構介紹除濕流程如下：當控制系統閉合開關之后，除濕調溫裝置開始工作，內殼外部的制冷片使內外殼之間的溫度下降，空氣中的水液化，殼內的散熱風扇使得內部溫度升高，且加快了內部空氣流動，熱空氣上升，經過內殼上端的出氣孔溢出內殼外，熱空氣遇冷，液化成水順著殼壁流下，通過排水槽流出箱外，從而實現了箱內的除濕防潮功能。由于內部主要是吹的熱風溫度不至過高，不會損壞內部的絕緣設備。

5　其他防護措施

根據端子箱的防護要求，本文除了在端子箱的結構上提出內膽式結構、除濕調溫方面采用溫濕度自動調控系統。本文還相應的提出了一系列輔助防護措施。

(1)為了克服現存端子箱種類多樣、兼容性較差的問題。在端子箱的購置時就應該做好長遠規劃。形成變電站端子箱生產、采購、安裝、維護等過程中的統一標準，形成相應的規范和規程，用以規范生產廠家所生產端子箱的材料、尺寸、接口，安裝工具與方式等。規范的目的就是統一端子箱形狀、尺寸、以及接口等標準，提高端子箱的兼容性，便于安裝維修以及更換。

(2)對于維修更換復雜，帶電操作困難的問題，文中提出的“內膽式”端子箱結構能很好的解決。端子箱的外殼可以固定安裝在戶外，當端子箱故障需要更換時，可直接更換相同型號的“內膽”。如此維修更換設備極為方便，且可以基本做到帶電作業，對正常供電運行造成的影響小。

(3)為了防止不良人為破壞，可在端子箱附近安裝監控設備，在端子箱外裝報警設備。并對端子箱附近的居民做好端子箱防護科普教育，動員廣大群眾的力量共同監督維護公共設施不受損害。同時對故意損害公共設施的不法行為，訴諸于法律，給予相應的法律制裁。

(4)為防止蟲鼠對端子箱的破壞，可以在端子箱周圍置放樟腦丸等非劇毒性除蟲驅鼠藥物。

6　結論

本文提出端子箱“內膽式”箱體結構、智能溫濕控制系統、統一端子箱配置規范等一系列措施。能很好的解決端子箱金屬箱體銹蝕，兼容性差，防潮控溫，帶電維修更換等問題。不僅如此，還對人為故意破壞和動物誤闖等現象提出了相應的對策，并安裝了全方位實時監控設施。本文措施能全面的防護戶外端子箱不受損害，縱使箱內設備的更換與維修也能做到快速方便操作，且兼容性好。這對維護電力系統的安全穩定運行具有重要的意義。

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Protection Measures of Outdoor Terminal Box and Its Design Specification

ZHANGDan-yang,LINAng,WEIHao-yang

(State Grid Jinhua Power Supply Company,Jinhua 321001,China)

Terminal box act as connection and transit between primary equipment and secondary equipment,which is the important auxiliary equipment of substation.Because of being set on extreme outdoor environment,terminal box suffer from dust,moisture,temperature and pests that damage the cable and components in different degree.So this paper come up with a series of protection measures of outdoor terminal box and it′s design specification in comprehensively consider of the enclosure structure,moisture temperature control,maintenance and replacement.Design inner tank type terminal box double enclosure structure.Introduce desiccant air-conditioning automatic control system.Propose unified purchasing installation standard.Install a comprehensive real-time monitoring facilities.Based on the proposed protective measures can guarantee the normal operation of the terminal box.

terminal box protection;temperature and humidity control;moistureproof dehumidification；dust and rust prevention;box structure

1004-289X(2016)02-0007-04

TM63

B

2015-11-06