一種新型電控柜內凝露報警和治理綜合系統

張源 吳鵬 李永虹 馬小軍 阮法

摘 要：針對電網系統中大量使用的電控柜內部易產生有害凝露這一普遍現象，文章闡述了凝露產生的機理和危害，以及防治凝露的必要性。研究了現有電控柜凝露檢測設備、檢測方法和治理措施，分析了其存在的缺陷。有針對性地研制出一種新型電控柜內凝露報警和綜合治理系統。

關鍵詞：電控柜凝露；自動檢測凝露報警；智能消除凝露

中圖分類號：TM591 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）36-0073-02

Abstract： In view of the common phenomenon of harmful condensation in electric control cabinet which is widely used in power system， this paper expounds the mechanism and harm of condensation， and the necessity of preventing condensation. The paper also studies the existing electronic control cabinet condensate detection equipment， testing methods and treatment measures， and analyzes the defects of the existing. A new type of condensation alarm and comprehensive control system for electric control cabinet is developed.

Keywords： condensation of electric control cabinet； automatic condensation alarm detection； intelligent condensation elimination

1 概述

在電網系統各發、配、變電廠（站）中，電控柜被大量的使用。在長期運行過程中，電控柜內會由于各種原因存在水蒸氣凝露積水現象，將會造成線路短路和機構腐蝕，產生極大的事故隱患。所以做好電控柜的凝露監控和消除工作，將是保障電網設備安全運行的必要措施。

因此，研制一種新型電控柜內凝露報警和綜合治理系統，能夠實時檢測到凝露產生，及時報警上傳監控數據。同時啟動凝露消除設備，快速消除有害凝露。是關系到電網設備安全運行的重要課題。

2 電控柜內凝露產生的機理及危害

2.1 凝露產生的機理

（1）凝露及產生凝露現象相關的幾個概念

a.絕對濕度：單位空氣在一定壓力及溫度下所含的水汽的質量。b.飽和濕度：單位空氣在該條件下所能包含的最大水蒸氣質量。溫度越高，空氣中所能包含的水蒸氣越多，飽和濕度越大。c.相對濕度：絕對濕度與飽和濕度的比值。d.凝露和露點溫度：如果保持空氣的濕度而降低空氣溫度，當溫度低至一定值后，水蒸氣的分壓力達到對應于當時空氣溫度的飽和壓力，該條件下的空氣中水蒸氣就達到飽和。如果再進一步降低空氣溫度，水蒸氣就會從空氣中冷凝析出形成“凝露”，而這個溫度則稱為露點溫度。

（2）電控柜內部的凝露產生的機理

當濕熱的環境空氣遇到低于露點溫度的物體表面時，水蒸氣就會凝結在物體表面由小到大形成露滴（凝露），而在相對封閉的空間內空氣濕度會隨著凝露不斷的增多而降低。因此電控柜內部的凝露是否發生將取決于電控柜所在的環境溫度、柜內溫度、柜內相對濕度以及露點溫度。

電控柜內在一定溫度條件下，空氣中的相對濕度越大，露點溫度越接近環境和設備表面溫度，設備表面越容易產生凝露。如果要防止和消除電控柜內有害凝露，前提是必須破壞凝露產生的條件。其一必須使不允許發生凝露的位置（電控柜內設備）的表面溫度始終高于其環境空氣的凝露點溫度。其二是降低空氣中的相對濕度，使柜內的空氣濕度低于該氣溫下的水蒸氣飽和度。[1]

2.2 凝露對電控柜內電氣設備的危害

（1）凝露會造成電控柜內設備線路短路事故

電控柜內絕大多數設備是靠空氣來絕緣的。發生凝露時，在電控柜內端子排和接線上聚集起來的露水會破壞金屬導電部位的絕緣，易造成交直流二次線之間的短路接地、器件燒損、開關誤動跳閘等事故。

凝露會降低絕緣設備表面的爬電距離，造成一次設備表面爬電或閃絡現象，嚴重時會使設備燒損。尤其是有的設備處于停運狀態不發熱時，其連接母排等部件內部溫度經常低于露點溫度，容易在其表面形成凝露，一旦送電就會發生爬電甚至短路事故。

（2）凝露會造成電控柜內設備腐蝕故障

在電控柜內設備和機構上形成的凝露，尤其是含有腐蝕性雜質的凝露，會腐蝕設備和機構部件造成卡澀。并導致柜內設備材料霉變，加速設備老化并降低其絕緣性。長期運行時將出現爬電或閃絡故障現象，嚴重影響電控柜安全運行。[2]

3 分析目前常用電控柜內凝露檢測和治理方式及其具有的缺限性

3.1 通過人工檢測和手動治理電控柜內凝露方式及缺陷

（1）人工檢測方式及缺陷。a.人工檢測方式：由運檢人員逐個打開電控柜，目視檢查電控柜內是否產生有害凝露產生。b.缺陷分析：手段單一，對于大量的電控柜設備用人工檢測耗工耗時效率低下，檢測時存在漏檢死角且檢測效果實時性差（凝露隨著內外環境溫濕度的變化隨時會產生）。（2）人工手動消除凝露的方式及缺陷。a.人工方式：通常是手動擦拭或手持加熱驅潮裝置消除檢測到電控柜內的有害凝露。b.缺陷分析：存在耗工耗時效率低下，治理時存在死角和實時性差的弊端。（3）結論：通過人工檢測和手動治理電控柜內凝露方式，無法及時有效的發現和消除大量設備中的有害凝露。

3.2 通過傳感器設備檢測，自動啟動加熱或除濕裝置消除電控柜內凝露的方式及其缺陷

（1）通過傳感器自動檢測凝露的方式及其缺陷。目前自動檢測電控柜內凝露的主要方式：是在電控柜內安裝溫濕度控制器。溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉換成容易被測量處理的電信號的設備或裝置。通過測量溫度和相對濕度自動檢測電控柜內是否產生凝露。其效率和準確性明顯高于人工方式。缺陷分析：由于濕度是溫度的函數，溫度的變化決定性地影響著濕度的測量結果。而電控柜內溫度和濕度存在一定的梯度難以完全均勻一致。導致測量精度會存在一定的誤差。同時由于溫濕度測量的原理和方法差異較大，各種測量方法之間難以直接校準和認定，大多只能用間接辦法比對，要在所有溫度范圍內校準各點的測量結果，是十分困難的事。（2）傳統電控柜內治理消除凝露的方法及缺陷。方式一：溫濕度傳感器根據設定值手動或自動驅動加熱裝置消除凝露。該方法的缺陷是：柜體內驅潮加熱裝置通過濕度控制器驅動，靈敏度較低，只有當機構箱內濕度達到接近飽和時才能啟動，漏報率較高。同時這種方法并不能從根本上消除凝露，原因在于這種方法只是增加空氣中水蒸氣的不飽和程度，并沒有將柜內的水汽排出。方式二：溫控器或溫濕度傳感器根據設定值手動或自動驅動風機除濕。該方法的缺陷是：用風機通過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，環境濕度較大時并不起作用，還易造成塵土、污穢進入柜內，也不能實現防凝露的目的。（3）結論：通過凝露產生的機理和現有消除凝露技術的分析發現，單一設備檢測消除凝露的方式都存在一定的缺陷，不能完全可靠的取代人工檢測和消除電控柜內凝露的工作。因此，很有必要研究一種新型檢測治理凝露的方式：即通過技術創新和系統綜合，利用現有技術手段優勢，避免其缺陷。

4 一種新型電控柜內凝露報警和治理綜合系統

4.1 系統設備構成

基于凝露產生的機理和現有消除凝露的技術，研制一種新型的新型電控柜內凝露報警和治理綜合系統。包含4個子系統：（1）電控柜內凝露感應報警及控制顯示系統；（2）抗干擾無線信號傳輸系統；（3）后臺監控系統；（4）電控柜內智能快速凝露消除系統。

4.2 系統功能原理

（1）子系統1：電控柜內凝露感應報警及控制顯示系統。該子系統由3部分組成，原理和構成如下：利用凝露是由小到大慢慢聚集起來的這一特點，另辟思路：使用專門設計的大面積迷宮式防腐蝕凝露感應傳感器，采用有源接觸式凝露，在箱體內部容易產生凝露的位置構成多塊組合式凝露感應回路。該感應電路靈敏度高（監測報警凝露直徑？芨1mm，而能夠對端子排等設備造成短路危害的凝露直徑一般都？芨4mm），在凝露剛一聚集形成尚未對設備造成危害時即自動導通，將信號傳送到一體化安裝的凝露控制模塊進行處理。解決了濕度控制器測量誤差較大的缺陷。a.現場報警顯示模塊：凝露檢測控制模塊接收到報警信號后，將凝露信號通過內置無線發射模塊將凝露報警信號經外置發射天線，發送至抗干擾無線信號傳輸系統。b.獨立電源模塊：用于設備的獨立供電。c.無線通訊模塊：能夠與現場所有通訊模塊、無線中繼和中心節點進行通訊。（2）抗干擾無線信號傳輸系統。電控柜凝露無線報警系統架構由三部分組成：現場凝露檢測設備自帶的無線報警通訊模塊及發射天線；采用兩級或三級（現配）的通訊方式保證無線通訊鏈路的可靠。安裝在被檢測設備的無線報警模塊是第一級，無遮擋情況下通訊距離可達3km。檢測地區中心安裝的無線通訊和中繼模塊；為了實現高可靠的無線通訊報警、尤其是在金屬物體密集、干擾嚴重電站環境中。為了保證通訊可靠本系統增加了第二級無線中繼模塊，安裝在現場較高的位置。通過第二級的無線中繼基本能滿足一般現場的通訊要求。（3）監控后臺及上位機系統。上位機系統通過無線與現場通模塊通訊、自動完成巡檢、自動報警、自動記錄，它由計算機，無線通訊模塊和組態軟件構成。上位機軟件能夠記錄整個凝露檢測系統的檢測和報警歷史曲線，方便查詢。整個系統的工作情況和報警情況在上位機軟件界面上清晰表達一目了然。整個上位機系統采用高可靠的工業級組態軟件進行控制，保證了整個系統具有強大的容錯能力、可靠的記錄能力和豐富的通訊方式。通過網絡分段功能能夠容納巨量的現場節點。整個系統能夠適應各種不同的工作環境。（4）電控柜凝露智能消除系統。當凝露傳感器檢測及設備控制模塊檢測到機箱內凝露產生，除及時發出報警信號外，將同時啟動機箱內的治理設備消除凝露。

凝露治理設備包括智能半導體除濕器裝置和電熱風機。檢測到凝露發生時，凝露檢測控制系統在報警的同時發出控制指令，驅動凝露消除裝置：電熱風機提高柜內溫度破壞凝露形成的條件，半導體去濕器同時除去空氣中的水分降低柜內的濕度，保證機箱內不再出現凝露。凝露傳感器檢測到機箱內凝露已消除時，則自動或延時發送指令關閉電熱風機和智能半導體去濕器。

5 結束語

根據我國電網系統設備的凝露報警治理現狀，綜合分析各種監控治理方式方法的優劣，經過現場實際運行，結果證明用綜合系統進行凝露報警和治理，其效果遠優于單一設備。

參考文獻：

[1]周軍，周文越.開關柜防凝露控制技術淺談[J].科技創新導報，2010（01）.

[2]趙開文.開關柜除濕及快速消除凝露研究[J].電工文摘，2016（02）.

[3]任力，季金豹.變電站開關柜防凝露研究[J].山東電力技術，2017（07）.