遠紅外加熱技術在配電站房防凝露除濕治理中的應用

國網江蘇省電力有限公司南通市通州區供電分公司 朱富云 蘇 劍

為應對氣候變化，我國提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”等莊嚴的目標承諾。在今年的政府工作報告中，“做好碳達峰、碳中和工作”被列為2021年重點任務之一；“十四五”規劃也將加快推動綠色低碳發展列入其中[1]。

國家電網公司牢固樹立“能源轉型、綠色發展”理念，加快電網發展，加大技術創新，推動能源電力從高碳向低碳、從以化石能源為主向以清潔能源為主轉變，加快電網向能源互聯網升級，爭排頭、做表率，為實現“碳達峰、碳中和”目標作出國網貢獻。

1 凝露的形成原因及危害

對于配電站房內電氣設備而言，站房環境保持30%-70%的相對濕度最為適宜，一旦超過了75%，高壓開關柜內部極易出現凝露甚至淌水，而空氣中的水蒸汽在強電磁場的作用下，極易形成臭氧，臭氧會嚴重破壞電氣設備的絕緣性能，并進而引發觸電、電弧、設備起火甚至爆炸等嚴重事故。并且當溫度低于“露點”時，就會發生凝露。

電氣設備所處環境的溫度有較大波動也會引起凝露，特別是在電力負荷的不斷變化的條件下，高壓開關柜內部將會有較大幅度的溫差變化，如果開關柜所處環境的相對濕度過大，就很容易在開關柜內部的電氣設備表面形成水膜，而金屬在水膜作用下的腐蝕速度將會大大加快。

另外凝露還會導致設備內部粉塵堆積，粉塵的塵粒荷電性（飄浮在空氣中的塵粒有90%-95%荷正電或荷負電），吸水性（吸水量多少與環境溫度、濕度有關），很容易使粉塵在電氣設備的周圍凝集沉降，從而減少了電氣距離，破壞了電氣設備的絕緣強度、在線路過電壓或電氣操作過程中極易造成電氣擊穿短路事故。有的粉塵還堆集在電子板內，造成電氣誤動、短路等，對其安全運行造成很大危害[2]。

2 常用的防凝露方式

根據國家電網對于變（配）電站房設計要求以及相關國家標準中都提出，柜體結構必須要采取防凝露措施，包括利用設備局部密封處理、配合無源除濕措施，柜體頂板防凝露設計及處理、做斜坡導水設計，電氣元件采用密封技術制作或者用密封膠封堵等。

柜體內部也會加裝加熱器和溫度控制器，在濕度≥75%或者溫度≤5℃的時候啟動設備，在濕度≤65%或者溫度大于等于15℃的時候停止設備，可以有效的控制內部凝露的形成。

關于變配電站房以及值班室控制室等站房主體建筑物的防凝露治理，GB50053-2013《20kV 及以下變電所設計》中6.3.5條規定：在采暖地區，控制室和值班室應設置采暖裝置。配電室內溫度低影響電氣設備元件和儀表的正常運行時，也應設置采暖裝置或采取局部采暖措施。GB50613-2010《城市配電網規劃設計規范》中11.2.2條規定：變配電站內設置采暖、空調設備的房間宜采用節能措施。

目前傳統變配電站房提高環境溫度和防凝露除濕一般采取如下措施：采用空調或者電熱油汀制熱，來提高站房內的溫度；采用空調除濕功能，或安裝冷凝式除濕機除濕，來降低空氣濕度；對空氣中的粉塵沒有什么好的辦法。這些傳統技術，不是耗能高，就是效果不明顯，不能滿足未來低碳節能、綠色發展的需求。

3 遠紅外加熱除濕技術

遠紅外線是一種電磁波，類似于微波和X 射線，但不同的是每一種波所攜帶的能量的不同，其中遠紅外線占據太陽輻射能量的72%。遠紅外線的波長范圍為4μm-1000μm，遠紅外線是紅外線范圍波段最寬的（如圖1所示）。

圖1 太陽光波長圖

熱傳遞主要有三種方式：對流，傳導，輻射，遠紅外線的傳熱形式是輻射傳熱，由電磁波傳遞能量。在遠紅外線照射到被加熱的物體時，一部分射線被反射回來，一部分被穿透過去。當發射的遠紅外線波長和被加熱物體的吸收波長一致時，被加熱的物體內分子或原子吸收遠紅外線能量產生強烈的振動，這時物體內部分子和原子發生“共振”，而振動和旋轉使物體溫度升高，達到了加熱的目的[3]。

遠紅外加熱除濕裝置就是利用遠紅外加熱技術通過科學方法研制的，是將非金屬半導體電材料經過納米技術和特殊工藝制作成特殊漿料，再利用網印技術、高溫燒結等工藝，復合在微晶玻璃表面，與微晶玻璃板永久形成一個整體，制成一層無機非金屬遠紅外導體電阻層。在通電后，遠紅外加熱除濕裝置在電場的作用下，會輻射大量的波長8-15μ的遠紅外線，受體接收到遠紅外線后，能量被吸收轉換為熱能，使受體的溫度升高，其原理如同“陽光普照萬物”的道理一樣，在這種供暖環境下，遠紅外線到達墻面和其他物體后，迅速加熱電氣設備表面，加熱速度快于空氣傳熱，使環境溫度更均衡。

遠紅外加熱除濕的優勢如下：

電熱轉換率高：遠紅外線的傳熱形式是輻射傳熱，由電磁波傳遞能量，因為沒有介質，中間不需要損耗能量。電熱轉換率高達98%以上，紅外輻射率可達85%以上。

熱效率高：發熱層原料中半導體膠能產生大量的遠紅外線，使之熱效率提高了120-180%。

空間利用率高：遠紅外加熱除濕裝置采用懸掛吊頂方式安裝，主要安裝于需加熱的設備之上，非常適用于空間有限的小型化站房（預制艙）。

升溫速率快：遠紅外加熱除濕裝置在通電后，3分鐘左右表面溫度可以達到180°以上，快速形成較強的遠紅外熱輻射，因為是輻射制熱，所以會快速的使受體表面溫度上升。

工作能耗低：遠紅外加熱除濕裝置可根據實際情況設計成不同功率的產品，額定功率在1300W-1800W 之間，低于空調制熱和電熱油汀制熱的功率，因電能全部轉化成熱能，本身無損耗，比其他供暖產品節能60%以上。

環境影響小：遠紅外除濕裝置在工作過程中，完全靜音，相比于空調外機工作中會發出噪音和電熱油汀會產生浮塵等設備，不會產生浮塵和噪音，對于周圍居民以及配電站房內部的電氣設備無任何影響。

使用壽命長：遠紅外加熱除濕裝置的結構簡單，元器件少，不需要維護，使用壽命長，一般使用壽命在20年以上。而傳統的空調的壽命差不多在6-10年，電熱油汀的壽命差不多的5-8年左右。

4 應用方式及治理效果

變（配）電站房防凝露治理是一個多系統多設備相結合的工作，如何將多重設備根據科學有效的配置方式，實現精細化的管理，使其工作在合理的方式上，既達到了有效的防凝露除濕的效果，又極大的提高了設備的工作效率，降低設備的能耗，達到節能環保的效果。

一個智能化的環境監控系統加上節能型的設備，無人看守，遠程查看，采用多個高精度環境傳感器，實時精確的采集配電房中各個位置的環境參數，可以根據實時環境的變化來使軸流風機、水泵、遠紅外加熱除濕器及設備聯動等各子系統之間進行聯動，完成自動的閉環控制和告警，如自動啟動/關閉風機、自動啟動/關閉水泵、自動啟動/關閉遠紅外加熱除濕器等。

一旦濕度超過了75%，則同時打開風機和遠紅外加熱裝置，提高電氣設備表面溫度，增大周圍空氣的含水量，同時通過風機將高濕的氣體排出，減少了空氣中的水汽量絕對值；當濕度低于45%時，則同時停止設備，降低了能耗。環境溫度低于5℃時，打開遠紅外加熱裝置，提高電氣表面溫度，使其不容易在低溫下產生凝露，同時也減少了設備因為低溫造成的影響；當溫度達到15℃的時候，則停止設備。

一般配電站房內部，會按照一排高壓柜、兩排低壓柜的形式進行設備布局，為了使得紅外輻射的效果最大化，分別在每一排高、低壓柜上方安裝2套至3套1300-1500W 左右的大的遠紅外加熱除濕裝置。也可以按照每30平米的面積，配置1套遠紅外加熱除濕裝置來匹配。

治理之前配電房的濕度基本維持在70%-75%，通過節能型的環境監控系統治理之后，基本濕度維持在50%以下。

5 結語

遠紅外加熱除濕裝置有明顯的性價比優勢，相比于原先配電站房（預制艙、辦公樓等）使用傳統的空調或電油汀來提升室內溫度，采用遠紅外加熱的方式具有低功耗、升溫快、無噪音、電熱轉換率高、無揚塵以及使用壽命長等優點。完全符合國家電網“能源轉型、綠色發展”的理念，在實現國家“碳達峰、碳中和”的目標過程中，具有非常重要的作用。