10kV環(huán)網(wǎng)箱集成動(dòng)力自適應(yīng)除濕裝置研究與應(yīng)用

李一雯，張曉，張葉，虞越，董意

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司臺(tái)州市椒江區(qū)供電公司，浙江臺(tái)州, 318000）

0 引言

近年來(lái)，隨著架空線落地措施不斷落實(shí)和用戶用電量不斷增加，10kV配電網(wǎng)規(guī)模和設(shè)備數(shù)量也在不斷擴(kuò)大。10kV配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)箱運(yùn)行環(huán)境大多數(shù)為陰暗潮濕地帶，極易造成設(shè)備凝露積水，且環(huán)網(wǎng)箱電纜大部分暴露在空氣中，當(dāng)空氣嚴(yán)重潮濕或凝露積水時(shí)，極易造成接頭和柜體之間的絕緣下降，甚至可能會(huì)導(dǎo)致空氣擊穿放電或者是短路等事故發(fā)生，嚴(yán)重影響供電可靠性和電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定[1-3]。

目前臺(tái)州市椒江區(qū)城區(qū)10 kV電纜線路有124條，主要分布在餐飲、超市、商場(chǎng)較為集中的地段，線路上的設(shè)備主要有環(huán)網(wǎng)箱和電纜分支箱。截至2019年年底，城區(qū)環(huán)網(wǎng)箱和電纜分支箱數(shù)量分別達(dá)到344臺(tái)和523臺(tái)。近年來(lái)，通過(guò)巡視發(fā)現(xiàn)，城區(qū)環(huán)網(wǎng)箱、電纜分支箱運(yùn)行環(huán)境較差，常年積水的有31處，雨季積水而平時(shí)不積水的有11處。因積水造成設(shè)備凝露潮濕，進(jìn)而引發(fā)電網(wǎng)設(shè)備的異常情況時(shí)有發(fā)生。

通過(guò)上述現(xiàn)狀分析可知，必須采取有效的措施對(duì)環(huán)網(wǎng)箱進(jìn)行除濕干燥處理。下文針對(duì)環(huán)網(wǎng)箱凝露原因進(jìn)行分析，并詳細(xì)介紹本文研制的10kV環(huán)網(wǎng)箱集成動(dòng)力自適應(yīng)除濕裝置結(jié)構(gòu)和原理，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了本裝置實(shí)際應(yīng)用效果良好。

1 環(huán)網(wǎng)箱凝露原因

1.1 環(huán)網(wǎng)箱無(wú)加熱設(shè)備

目前10kV配電網(wǎng)中運(yùn)行的環(huán)網(wǎng)箱電壓互感器（TV）二次容量較小，無(wú)法滿足加熱設(shè)備用電需求，因此目前投運(yùn)的環(huán)網(wǎng)箱均無(wú)加熱設(shè)備。當(dāng)發(fā)生陰雨天氣時(shí)，環(huán)網(wǎng)箱基礎(chǔ)井內(nèi)易發(fā)生受潮積水情況，潮氣在陰冷環(huán)境下將長(zhǎng)時(shí)間積累存續(xù)，從而導(dǎo)致潮氣上涌造成環(huán)網(wǎng)箱設(shè)備出現(xiàn)凝露。

1.2 環(huán)網(wǎng)箱無(wú)有效通風(fēng)裝置

目前10kV配電網(wǎng)中運(yùn)行的環(huán)網(wǎng)箱僅僅通過(guò)環(huán)網(wǎng)箱基礎(chǔ)井的通風(fēng)口進(jìn)行通風(fēng)，通風(fēng)效果差，內(nèi)外氣體不能形成有效對(duì)流，潮氣無(wú)法跟隨氣體流動(dòng)而排出，從而長(zhǎng)期積累引起設(shè)備凝露。

1.3 環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)外溫差大

環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)電纜、開(kāi)關(guān)等設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)散發(fā)大量熱量，導(dǎo)致箱體內(nèi)溫度相對(duì)較高。出現(xiàn)陰雨潮濕天氣時(shí)，箱體內(nèi)外溫差大，加上沒(méi)有有效的氣體對(duì)流，設(shè)備內(nèi)部極易造成凝露，形成冷凝水[4]。

圖1 環(huán)網(wǎng)箱凝露故障

1.4 目前采取的治理措施及效果

（1）環(huán)網(wǎng)柜加裝換氣扇。2020年配合城區(qū)線路改造工程，陸續(xù)完成了對(duì)10kV 東郊街線、西關(guān)線、興華西線部分環(huán)網(wǎng)柜的防凝露改造，環(huán)網(wǎng)柜外側(cè)加裝換氣扇，內(nèi)部拆除二次電源室上部蓋板。通過(guò)改造，環(huán)網(wǎng)柜外部凝露潮濕現(xiàn)象明顯減少，二次電源室凝露基本消除，但開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部凝露依然存在。

（2）對(duì)環(huán)網(wǎng)柜、電纜分支箱底部進(jìn)行密封處理。使用防火材料對(duì)底部進(jìn)行密封，隔離電纜井內(nèi)潮氣或相對(duì)溫度較高的氣體進(jìn)入箱體，以造成箱內(nèi)冷凝潮濕。為便于施工和封堵，建議優(yōu)先使用單芯帶鎧裝電纜。由檢修部門負(fù)責(zé)，在保證安全的前提下，改進(jìn)分支箱母排排列方式，以便于安裝和封堵。

2 自適應(yīng)除濕裝置結(jié)構(gòu)與原理

2.1 研究柜下井內(nèi)空氣對(duì)流技術(shù)

本裝置由10kV環(huán)網(wǎng)箱或箱變提供220V電源（獲得光伏板和電池逆變），通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)和無(wú)動(dòng)力通風(fēng)帽配合涵道效應(yīng)進(jìn)行除濕，有風(fēng)時(shí)利用無(wú)動(dòng)力通風(fēng)帽，濕度控制器會(huì)根據(jù)濕度的情況決定是否啟動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)。有動(dòng)力通風(fēng)單元，包括電源和軸流風(fēng)機(jī)。其中，電源要為有動(dòng)力通風(fēng)單元提供持續(xù)可靠的電源，交直流均可以，功率盡可能大；軸流風(fēng)機(jī)利用PT提供的有限電源，高效地把電纜室的潮氣吸出來(lái)，要求能效比最高。進(jìn)風(fēng)口的作用是保證電纜室內(nèi)的氣壓平衡，排出潮氣時(shí)需要干燥的空氣進(jìn)行置換，要求不能異物或雨水不能進(jìn)入電纜室；固定裝置將有動(dòng)力通風(fēng)單元、無(wú)動(dòng)力通風(fēng)單元固定到水泥地面上（電纜室的上方）。

2.2 研究無(wú)動(dòng)力除濕技術(shù)

利用煙筒效應(yīng)，作為潮氣排出的通道。把除濕裝置和儲(chǔ)能模塊放置在里面，可完全密閉。當(dāng)風(fēng)帽與排氣管內(nèi)徑不一致時(shí)，需要風(fēng)帽與排氣管之間的過(guò)渡連接管。無(wú)動(dòng)力通風(fēng)單元，包括排風(fēng)管、排風(fēng)器和過(guò)渡連接裝置。其中：排風(fēng)管利用煙筒效應(yīng)，作為潮氣排出的通道；排風(fēng)器把除濕裝置和儲(chǔ)能模塊放置在里面，可完全密閉；當(dāng)風(fēng)帽與排氣管內(nèi)徑不一致時(shí)，需要風(fēng)帽與排氣管之間的過(guò)渡連接管。

2.3 研究軸流風(fēng)機(jī)除濕控制技術(shù)

控制模塊，包括顯示器和傳感器。其中，顯示器配合按鍵可以設(shè)定風(fēng)機(jī)工作模式，是常開(kāi)還是根據(jù)濕度情況開(kāi)閉；傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量電纜室的濕度，并傳輸至控制器，要求測(cè)濕度誤差小于1RH%。

10kV環(huán)網(wǎng)箱集成動(dòng)力自適應(yīng)除濕裝置可根據(jù)箱體內(nèi)部濕度情況實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)除濕，由有動(dòng)力通風(fēng)單元、無(wú)動(dòng)力通風(fēng)單元和進(jìn)風(fēng)單元三個(gè)單元組成，總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 自適應(yīng)除濕裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖

自適應(yīng)除濕裝置的有動(dòng)力通風(fēng)單元由電源模塊、控制模塊和軸流風(fēng)機(jī)組成，電源模塊為環(huán)網(wǎng)箱上裝配的光伏板和電池逆變，為裝置提供220V電源；控制模塊利用濕度控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱體內(nèi)部氣體濕度，并實(shí)現(xiàn)對(duì)軸流風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制；軸流風(fēng)機(jī)在箱體內(nèi)濕度超出設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)除濕。

自適應(yīng)除濕裝置的無(wú)動(dòng)力通風(fēng)單元由排風(fēng)管、通風(fēng)帽和過(guò)渡連接裝置組成，排風(fēng)管利用煙筒效應(yīng)，作為潮氣排出的通道；通風(fēng)帽實(shí)現(xiàn)有風(fēng)時(shí)加速箱體內(nèi)部氣體對(duì)流，減少潮氣積累；過(guò)渡連接裝置實(shí)現(xiàn)通風(fēng)帽與排氣管的過(guò)渡連接。

自適應(yīng)除濕裝置的進(jìn)風(fēng)單元由進(jìn)風(fēng)口和固定裝置，進(jìn)風(fēng)口可實(shí)現(xiàn)電纜室內(nèi)氣壓平衡和空氣置換；固定裝置將有動(dòng)力通風(fēng)單元、無(wú)動(dòng)力通風(fēng)單元進(jìn)行固定。10kV環(huán)網(wǎng)箱集成動(dòng)力自適應(yīng)除濕裝置的有動(dòng)力通風(fēng)單元和無(wú)動(dòng)力通風(fēng)單元器件實(shí)物圖如圖3所示，整體裝置加裝后的三維效果圖如圖4所示。

圖3 自適應(yīng)除濕裝置部分器件實(shí)物圖

圖4 自適應(yīng)除濕裝置三維效果圖

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 除濕效果分析

篩選120個(gè)受潮較嚴(yán)重的環(huán)網(wǎng)箱（相對(duì)濕度大約60%），加裝10kV環(huán)網(wǎng)箱集成動(dòng)力自適應(yīng)除濕裝置，觀察環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)濕度溫度后的數(shù)值，并記錄下來(lái)如表1所示。

表1 120個(gè)凝露嚴(yán)重環(huán)網(wǎng)箱除濕情況

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

在秋檢過(guò)程中，對(duì)120臺(tái)環(huán)網(wǎng)箱的凝露進(jìn)行治理，之前制定方案為噴灑聚脲進(jìn)行封堵，預(yù)算為30萬(wàn)，改為加裝10kV環(huán)網(wǎng)箱集成動(dòng)力自適應(yīng)除濕裝置后，裝置量產(chǎn)成本為600元/套，120套共計(jì)7.2萬(wàn)元，為公司節(jié)約大修資金22.8萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益22.8萬(wàn)元。

3.3 社會(huì)效益分析

統(tǒng)計(jì)加裝前后10kV環(huán)網(wǎng)箱集成動(dòng)力自適應(yīng)除濕裝置前配電線路跳閘原因，并據(jù)此繪制配電線路跳閘原因排列圖如圖5、圖6所示。

圖5 2019年加裝前配電線路跳閘原因排列圖

圖6 2020年加裝后配電線路跳閘原因排列圖

通過(guò)加裝本裝置前后配電線路的跳閘原因變化可知，加裝10kV環(huán)網(wǎng)箱集成動(dòng)力自適應(yīng)除濕裝置后，因凝露導(dǎo)致配電線路跳閘的占比由43%降至6%，減少了10kV配電線路跳閘次數(shù)，也進(jìn)一步驗(yàn)證了本裝置除濕效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

本裝置由10kV環(huán)網(wǎng)箱提供電源（或者光伏板和電池搭配），通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)和無(wú)動(dòng)力通風(fēng)帽配合涵道效應(yīng)進(jìn)行除濕，有風(fēng)時(shí)利用無(wú)動(dòng)力通風(fēng)帽，濕度控制器會(huì)根據(jù)濕度的情況決定是否啟動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)。

本文統(tǒng)計(jì)分析得到臺(tái)州市椒江區(qū)10kV配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)箱、電纜分支箱運(yùn)行環(huán)境大多數(shù)為陰暗潮濕地帶，極易造成設(shè)備凝露積水，容易引起開(kāi)關(guān)二次端子短路、設(shè)備本體銹蝕、電纜絕緣水平下降等危害，影響電網(wǎng)影響供電可靠性和電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。

本文針對(duì)10kV環(huán)網(wǎng)箱箱體內(nèi)凝露形成的主要原因，研制了一種10kV環(huán)網(wǎng)箱集成動(dòng)力自適應(yīng)除濕裝置，當(dāng)箱體內(nèi)受潮程度未達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，利用無(wú)動(dòng)力通風(fēng)單元和風(fēng)力實(shí)現(xiàn)平時(shí)的自動(dòng)除潮效果，當(dāng)箱體內(nèi)受潮程度超出設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，利用有動(dòng)力單元和太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力除潮效果，最后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了該自適應(yīng)除濕裝置的除濕效果、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具備良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。