高山地區戶外端子箱的環境控制及在線監測系統

盧培成

（廣西卓潔電力工程檢修有限公司，廣西 南寧 530000）

1 項目研究背景

戶外端子箱是電氣設備與室內測控、保護以及通信等設備連接的中間節點。高山地區高寒高濕的特點導致戶外端子箱內部潮濕凝露，二次電纜霉變等導致直流對地絕緣下降，嚴重時將形成直流正電源或負電源接地引起保護拒動或誤動，威脅設備安全。端子排螺絲和連接片受潮生銹，使得二次端子接觸不良甚至開路，造成測控和保護裝置運行異常，誤發信號，導致運維人員做出錯誤分析[1]。因此，戶外端子箱設備防潮十分重要。結合高山地區環境濕度較大、運維人員較少以及現場設備防潮能力落后的現狀，本項目致力于研制除濕能力強且能集中監測的端子箱防潮設備，確保設備安全穩定運行。

2 戶外端子箱防潮存在的問題

變電站端子箱長期置于室外，部分柜體存在封堵不嚴和密封膠條老化等問題。潮濕空氣進入箱體，為防止產生內部凝露，可在端子箱內裝設溫濕度控制器。當箱體內部溫度低于預設溫度時，控制器自動啟動加熱器進行加熱，通過提高箱體內部溫度破壞凝露環境。當箱體內溫度達到預設溫度后，加熱器自動停止加熱。該方式受使用加熱器壽命等因素影響，箱體加熱后水氣仍存在于箱體中。溫濕度控制器及加熱器故障無法投入使用后，水汽又會凝結，如圖1所示，設備運行仍存在隱患。

圖1 水汽凝結

隨著電力行業的發展，大型變電站戶外端子箱數量甚至達到上百個，兩人開展全站戶外端子箱和機構箱防潮巡檢將耗費2～3 h，設備運維工作量及難度不斷加大。

3 半導體制冷技術

鑒于加熱空氣無法降低空氣含水量，而氣溫稍加變化，加熱后的濕熱空氣遇冷易產生凝露的缺陷，項目研究后決定采用半導體制冷技術解決該問題，原理如圖2所示。

圖2 半導體制冷原理圖

在P、N半導體電流回路中，P型半導體在電場作用下,通過吸收外部熱量來實現a處空穴的能級躍遷，進而形成P型半導體的定向流動，而b處空穴則正好相反，N型半導體c和d處情況相反[2]。由于一對半導體熱電偶對吸熱量荷限，因此需要由多對熱電偶的串并聯來形成半導體的制冷電堆，從而使半導體獲得大量的制冷量。

4 內置式防凝露裝置

SPR-NL-Ⅱ型防凝露裝置是針對電氣柜除濕并預防凝露現象而專門研制的高新技術產品，其安裝應用如圖3所示。采用半導體熱電制冷技術，通過人為制造局部冷卻點，使濕熱空氣在制冷處凝結并通過專用管道排出，以降低空氣的濕度[3]。同時利用裝置工作時自身產生的熱量及輔助加熱裝置重新加熱冷卻空氣，保證箱體內空氣的溫度不降低。通過如此循環可大幅提高空氣干燥度，真正形成箱體內的干燥環境。裝置安裝在電氣控制柜內部，與傳統加熱除濕相比具有無污染、無噪聲、可靠性高、節能環保、組裝簡單以及便于控制等優點。

圖3 防凝露裝置的安裝應用

5 電容式溫濕度傳感器

隨著對設備穩定性及精確性的要求越來越高，電子式傳感器逐漸取代原有的機械式傳感器，主要分為電阻式和電容式兩種。相比于電阻式，電容式的精準性高，感應速度較快，但存在易氧化的缺陷。現代電容式溫濕度傳感器采用獨特的電極分布和鍍膜技術，不僅不會氧化，還能快速吸收水分，在水分蒸發后迅速復原。電子電容式溫濕度傳感器的原理圖如圖4所示。項目要求傳感器應具備精確控制和實時監測數據變化的能力，所以選用±0.3 ℃、±4.5%RH的高精度電子電容式溫濕度傳感器。

圖4 電子電容式溫濕度傳感器

6 戶外端子箱環境測控系統

作為變電站的重要設備，戶外端子箱雖執行相應的周期性或非周期性巡檢，但也無法保證每次防潮裝置出現故障或端子箱內溫濕度出現異常時均能巡檢到位，且運維工作量巨大。因此，可利用現代自動控制技術，實時測量和控制戶外端子箱環境參數，系統控制結構如圖5所示。干擾因素為端子箱封堵不嚴或室外空氣潮濕度劇增等，傳感器采集并處理溫濕度數據后與預設值進行比對，控制裝置控制防凝露裝置以達到調節環境參數的作用，進而可第一時間發現異常并及時響應處理，從而提高設備自動化程度和柜內環境參數控制的實時性，改善設備運行環境。

圖5 系統控制結構圖

戶外端子箱環境測控系統硬件組件圖如圖6所示。柜門位置狀態及端子箱內溫濕度數據實時傳輸至專用集線器，防凝露裝置與集線器通過RS485實現數據交換，專用集線器通過無線傳輸協議將其他設備聯入互聯網。

圖6 環境測控系統硬件組件圖

終端設備通過訪問互聯網可實現防潮設備的遠程監測及控制。在接收到互聯網的數據后進行分析處理和存儲，并以數字化和曲線化的方式直觀地顯示戶外端子箱的溫濕度狀況及參數變化曲線，并結合天氣變化情況分析判斷設備運行狀況及端子箱密封程度。該測控系統能夠監測及控制多個端子箱，采用樹形結構，結構簡單，每一層與上下層保持數據傳輸，保證數據傳輸的穩定性與準確性，減少維護成本[4]。

7 應用分析

通過對端子箱進行技術改造，實現了各個端子箱和機構箱內的環境測控。為測試系統性能，對升壓站內部分端子箱進行測控準確性及除濕性能測試。選取110 kV出線間隔103開關端子箱作為測試對象，記錄一天內每兩個小時的現場溫濕度值?，F場采用兩個機械溫濕度計取平均值，并與智能終端的記錄作比較，結果如表1所示。

表1 103開關端子箱溫濕度對照表

由表1數據可以看出，同一時刻智能終端監測到的溫度值與現場記錄值差值偏差在±0.3 ℃范圍內，濕度值在±3%范圍內，在誤差允許的范圍內。可見，該系統在監測準確性上滿足誤差要求，符合運行條件。

為測試系統除濕控制性能，本文選取101開關端子箱及102開關端子箱進行了一天效果對比測試。戶外端子箱環境測控系統控制值設置為50%RH，每30 min記錄下該時刻的濕度值，通過對濕度的連續監測，分析控制系統的濕度曲線，結果如圖7所示。

圖7 濕度對照曲線圖

從以上測試效果可以看出，本文設計的戶外端子箱測控系統控制誤差小于±5%。相比于傳統防潮裝置，它具有較為顯著的防潮除濕能力，大大降低了設備運維成本，提升了設備健康狀況。

8 結 論

應用結果表明，本文控制系統具備良好的監測精度及控制效果，與傳統加熱驅潮裝置相比具有更好的除濕效果，從根本上解決了除濕后潮濕空氣重新凝露的問題，具有較高的推廣應用價值。另外，系統也實現了戶外端子箱環境溫濕度的監測，為分析防潮設備運行工況提供了有力工具，極大程度減少了運維工作量，提高了工作效率，確保設備能夠安全穩定運行。