廣西沿海地區10kV 高壓開關柜防凝露技術研究與實踐

玉晴慶

（廣西沿海鐵路股份有限公司，廣西 南寧 530003）

本文是通過針對沿海地區10kV 高壓開關柜內空氣凝露原因的分析，防凝露技術研究與實踐的簡介，進而促使人們對于凝露異常具有高度的認知，需在防凝露技術的應用環節深下功夫，提升管控力度，在細節之處做實做強，才能夠促使凝露問題得到有效的解決，進而為10kV 高壓開關柜正常運行發揮極大的效力支持作用。

1 高壓開關柜運行環境現狀分析

廣西沿海地區春季潮濕，雨季周期長，且晝夜溫差較大，開關柜正常運行過程中，雖采用空調降溫、除濕、自然通風等方式來保障鐵路沿線電力配電間10kV 開關柜各系統、各設備實現有序、穩定運行，但是開關柜在實際運行過程中，仍然在受到室外氣候突變因素影響時，電纜溝、電氣盤柜結構件等部件產生凝露的問題就會凸顯出來。這種情形下，不僅使設備絕緣性能受到影響，擊穿的風險也隨之增加，而且促使設備氧化銹蝕，加快設備老化的速度。在此過程中，設備局部放電，損壞元器件時，設備故障發生的概率增加，設備的安全性也將遭受嚴重的挑戰。同時，一旦設備發生故障，維修投入的成本必將是巨大的，如2020 年玉鐵線電力配電間多臺10kV 高壓開關柜出現無法操作的現象，影響了應急供電，經檢查，均為柜體內長期產生凝露造成絕緣下降引起爬電、閃絡事件，維修困難，只能整套更換高壓柜。因此，開關柜正常運行環境的保障尤為重要，任何時候都不能有一絲的馬虎及懈怠。

以下是針對開關柜結構及運行環境的簡介：

第一，廣西沿海地區冬、春季及汛期期間，雨量充沛，空氣濕度非常大，易產生凝露現象，且開關柜進線電纜溝通常處于地下，因此，其溫度與土壤溫度息息相關，同時，電纜溝的溝底、溝壁等部位受水分滲透蒸發影響，空氣濕度要大得多。這種情形下，一旦冬季開關柜內溫度低于標準值時，電纜溝內的潮濕空氣就會乘虛而入，在蓋板內側及開關柜底處形成凝露，致使開關柜處于極大的隱患之中。夏季時，一旦潮濕空氣融入，室內空氣的露點溫度將會升高，當高于蓋板溫度時，蓋板上凝露的現象也將蔓延開來，那么開關柜所受到的創傷將難以想象[1]。

第二，通常，開關柜設計過程中，為了達到提升安全性能的目的，電纜進線處、柜間、母線室之間采取一定的封堵隔離措施，但并沒有完全做到全密封，室內空氣依然可以進入開關柜內部。此種情形下，進入開關柜內部的空氣碰到發熱配件，產生的水蒸氣難以有效排出，一旦壁板溫度低于空氣露點溫度標準值時，凝露就會產生，長此以往，凝露反復出現的概率將會持續大增。

目前，針對開關柜防止凝露措施方面，通常采用除濕干燥、強制通風、安裝加熱器、安裝智能防凝露裝置等輔助設備來實現。除濕干燥法是利用干燥劑吸掉柜內濕氣，避免凝露形成，簡單易用，缺點是吸水量有限，水分難以排出，效果不明顯。強制通風法是在柜體底部安裝抽風裝置，柜體頂部安裝排風裝置，兩者同時使用加快柜體內空氣流動，避免凝露形成，缺點是因柜體空間有限，安裝抽排風裝置比較困難，運行時有噪聲，同時也容易將灰塵帶入柜體內。安裝加熱器法是在柜體內安裝加熱器，空氣濕度較高時啟動加熱，提高柜體內溫度，降低柜內相對濕度；但由于柜體內排氣不暢，加熱產生的水蒸氣不能及時排出，柜體內仍將可能形成凝露。安裝智能防凝露裝置法是通過將溫濕度傳感器嵌入抽濕機控制器內，根據溫濕度波動控制抽濕機自動啟動，將柜體內濕氣抽入除濕風道，再經過半導體制冷組件將濕氣冷凝為水并排出柜體外，從而抑制柜體內凝露的產生，是目前比較好的一種方法[2]。

第三，廣西沿海地區鐵路沿線電力高壓配電間因設計時沒有考慮排風及空調降溫，冬、春季及雨季高濕空氣未有效排出，當開關柜長期處于高濕環境中運行時，凝露現象將呈現擴大化發展，致使開關柜正常運行處于極大的風險中，對可靠供電產生極大的影響。為此，在沿海地區對防凝露技術的研究及實踐方面必須加強重視，通過資源的調配和相應制度所發揮的效力支持作用，促使防凝露技術根據開關柜的實況得到有效落實后，開關柜才能夠正常運行，進而安全、穩定地為鐵路行車設備供電[3]。

2 凝露異常對于開關柜的影響分析

2.1 對于空氣絕緣所帶來的影響

經過人們不斷的實踐及研究發現，當溫度保持不變，球間隙放電電壓受高濕環境的影響較小，然而，一旦有凝露產生時，球間隙放電電壓將會急劇銳減，產生的不利影響是非常明顯的。

2.2 對于導體所產生的影響

通過針對大量開關柜內部絕緣故障的分析可以發現，故障開關柜內觸頭及母排氧化的現象較為常見，而致使氧化異常發生的罪魁禍首則是潮濕空氣。在此過程中，一旦觸頭氧化，一方面，所產生的氧化物落入觸頭盒內后，爬電距離將會受到很大程度上的影響；另一方面，動靜觸頭之間的接觸電阻增大時，熱故障發生的概率會突增，進一步使設備處于極大的風險中。

2.3 對絕緣材料所產生的影響

開關柜的絕緣部件、絕緣支柱等通常采用環氧樹脂壓鑄的方式。一旦長期處于潮濕環境下，材料內部結構與水分子結合形成氫鍵后，導電性必將增加，帶來的影響是極大的。

柜內產生的凝露通常會在絕緣材料表面形成結晶水，進而促使絕緣材料的表面絕緣性能逐步降低。同時，伴隨不斷分解效應和閃絡效應的累積，絕緣性能遭受破壞的情形將會持續加重，設備相間或對地短路的現象就有可能發生[4]。

3 凝露機理分析

第一，針對濕空氣進行研究時，濕量、相對濕度、露點溫度的研究是必不可少的部分，在此過程中，只有充分地對這三者之間的關系進行深入的研究，才能夠對濕空氣、管控濕空氣等方面發揮極大的支持作用。

第二，通常，濕量即為空氣中水蒸氣的含量，濕量超標時，帶來的影響將是巨大的，為此，針對濕量的管控環節是重中之重。

第三，相對濕度即為濕空氣的絕對濕度與最大絕對濕度之比，只有在了解及控制相對濕度的情形下，相對濕度產生的影響才能夠得到有效的防控，進而降低凝露現象的發生概率。

第四，露點溫度即為在保持含濕量和氣壓不變時，濕空氣冷卻到飽和時的溫度值，同時，即為相對濕度100%對應的溫度。在此過程中，如濕空氣接觸的設備或部件表面溫度低于露點溫度時，空氣中的熱量在傳遞給設備或部件后，空氣溫度會下降，同時，受兩者之間熱量升高速率不同的影響，設備或部件表面凝露的現象將突顯出來，進而影響設備或部件的正常運行[5]。

4 防止凝露發生的措施

通過針對凝露產生的原因進行深入的剖析發現，減少水分進入、防止溫差產生的舉措，能夠有效阻止電纜溝內凝露的產生，同時，為有效地防止凝露在空氣濕度較大的沿海地區10kV 高壓開關柜內產生，需要針對以下方面進行管控：

第一，控制電纜溝與電力高壓配電間的溫度差后，凝露發生的概率能夠得以降低，在此過程中，為合理、科學地管控溫度差，將二者空氣進行混合的方式較為常用。通常，配電間上部區域的空氣溫度一般會高于配電間下部的溫度，因此，將溫度相對較高的空氣輸送入電纜溝內，電纜溝內的空氣溫度會升高，相對濕度得到有效性地控制，在此過程中，促使電纜溝內持續性擁有干燥空氣，配電間內的空氣溫度均勻性得到有力管控后，凝露現象才能夠得到有效的遏制[6]。

第二，維持配電間內合理的氣流組織，室內溫度的均勻性才能夠得到有力的保障。在此過程中，根據配電間電氣設備的發熱特性，采用安裝空調方式保證配電間下部空氣溫度較低，充分吸收開關盤柜的熱量，保證開關柜間周圍空氣溫度的均勻性，進而防止凝露現象的產生[7]。

第三，為防止熱濕空氣在開關柜內積聚，只有增強開關柜內外的通風效果，才能夠避免凝露異常的產生。然而，現下大多數開關柜并沒有設置通風裝置，在這種情形下，如有潮濕空氣進入，必將會充斥于開關柜內部，致使柜體內外溫度受到影響，促使凝露現象多發。因此，柜內通風效果環節的管控需要進一步研究[8]。

高壓開關柜在使用過程中，不僅需要針對防塵、防潮的要求進行嚴控，還需要設置合理的通風設施，才能夠確保開關柜的正常穩定運行。在此過程中，經過人們不斷的實踐和積累經驗發現，如通過定制預留噴氣孔，利用過濾進風機加壓等方面的舉措，可以提升開關柜通風的效果，促進室內空氣流動，使柜體內整個空間處于干燥環境中。同時安裝智能防凝露裝置增強了除濕、防潮、防凝露等方面的功效作用，為開關柜安全可靠運行提供有力的保障。并且設備故障率減少后使用壽命也得到了延長，更能產生更大的效益及價值。

5 解決高壓開關柜凝露異常產生的技術方案實例

5.1 優化方案設計

基于高壓開關柜凝露發生的機理，結合沿海地區的特性和開關柜的實況，在進行開關柜的采購時，要求設備廠家增加防凝露技術的方案。新建電力配電間或既有電力配電間改造時要增加環境控制設備和排風設備的設計方案，對配電間上下部空氣進行循環處理，促使進入到電纜溝內的空氣與內部空氣實現對流換熱，電纜溝內空氣濕度才能夠有效降低。同時，配電間通過環境控制設備自動調整回風和新風比例的舉措，將熱濕空氣有效排除，凝露產生的概率才能有效降低。

5.2 運行過程監控

通過環境控制、排風裝置等設備的集成，獲得智能化系統平臺，依靠平臺所發揮出來的效力支持作用，促使自動調整新風、回風風量等方面的功效作用有效地發揮出來，進一步保持室內干燥，凝露異常發生的概率，使開關柜正常工作。

同時，需要針對以下環節進行嚴控：

第一，為有效地檢測及管控開關柜運行效果，要實現對環境控制設備和排風設備的智能化遠程控制，確保對電纜溝和配電間的環境參數能夠實時監控和調整，在發現異常時能夠及時告警和處理。

第二，安裝智能防凝露裝置，通過管控防凝露裝置內抽濕機運行時間的舉措，確保高壓柜內溫濕度處于均衡狀態，凝露異常發生的概率才能夠得以降低。

2021 年初，通過在沿海鐵路凝露較為嚴重的個別電力配電間試點安裝空調、排風設備及智能防凝露裝置后，觀察近一年以來未見該配電間高壓柜再次出現凝露現象，同時該配電間10kV 高壓柜相比其它未試點的配電間故障率也大為減少，設備穩定可靠運行，說明防凝露技術方案應用是非常有效的。

6 結語

10kV 高壓開關柜在廣西沿海地區運行過程中，由于天氣潮濕，凝露現象發生的情形不可避免，為此，電力設備管理單位必須在高壓開關柜防凝露技術的研究、應用環節下功夫，通過個別配電間試點成功后逐步向管轄的高低壓配電間推廣，確保高壓開關柜安全可靠運行，為鐵路運輸發展提供有力保障。