变电站电气柜除湿整体解决方案

发布时间:2019-03-22 00:17          

变电站电气柜除湿整体解决方案

概述

变电站建设规格高,站内设备可靠性要求高。电气柜内温湿度以及关键元器件(如 开关触头、电缆接头、母线接头等)温度对电力系统安全运行影响较大。室外柜体内湿 度较大也是亟待彻底解决问题。

在现场调研和技术交流的基础上,为了提供站内电气环境综合监控并针对性解决电 气柜湿度大的问题,我们公司提出电气环境智能监控整体解决方案。即通过数据服务器 实现电气环境智能监控,采用具有温湿度监控功能的防凝露装置主动除湿,辅助以柜体 密封隔离综合治理,手机客户端软件随时查看电气柜温湿度工况。结合物联网技术,这 种方案能够提供整站电气环境智能监控,并可以从根本上解决电气柜湿度大的问题。方 便运维,为电力系统安全运行提供保障,具有良好的示范效应。

电气柜湿度大原因分析

变电站夏季湿度较大、春秋两季昼夜温差大是造成电气柜湿度大的主要原因。高湿 环境对电气设备的危害主要体现在两个方面:

(1)降低电气设备的绝缘电阻,设备的泄露电流大大增加,极易产生绝缘击穿、短 路以及高压放电闪烁的现象,造成安全事故;

(2)腐蚀机构内的金属部件,影响机构的使用寿命,甚至因锈蚀而造成机构卡涩, 导致开关或刀闸在分合时机构不能运行到位,会酿成电力事故。

电气柜湿度大的发生主要有两方面的原因:

(1)外界环境湿度高,昼夜温差大,易形成凝露;

(2)柜体结构设计或密封条件不够优化,导致环境湿气进入到柜内,未能及时排 除。

2.1 环境因素

中国年平均湿度插值图如图 1 所示,全国有一半以上区域相对湿度大,空气湿润, 易形成凝露。

图1 中国年平均湿度分布图

湿空气在气压和水含量不变的情况下,冷却到饱和时的温度即为露点温度,温度继 续降低就会发生凝露现象。

以河南省变电站所在地的气候条件为例,年均相对湿度 75%,平均温度为 15℃, 通过图 2 可知温度下降 4℃即可产生凝露现象,因此避免凝露现象的发生必须使柜内相 对湿度保持在 55%以下。

图 2 露点温差等高线图

2.2 电气柜结构分析

电气柜直接放置在电缆沟的盖板上,使得电缆沟内的潮湿空气极易沿电缆空隙进入 到电气柜内,另外环境的部分湿气也会通过柜体的通风口和柜门等缝隙进入到柜内,详 见图 3。如果是雨天或电缆沟内存在积水,导致柜内相对湿度较高,且天气温差较大达 到凝露条件,就会在电气柜的柜内形成明显凝露。

图 3 电气柜内外潮湿空气流向图

电气柜除湿通常技术方案及问题3.1 加装温湿度控制器

设备厂家一般都给电气柜配备温湿度控制器,试图通过启动加热器升高柜内温度, 降低柜内相对湿度。但这并未降低柜内空气的含水量,仅仅是降低了空气饱和度。一旦 环境温度降低时,湿热空气还会迅速凝露,并没有真正有效解决柜内凝露问题。另一方 面,升温对设备的运行造成影响并存在安全隐患,夏季一般湿度大,柜内温度也高,加 热器除湿方式不合理。

3.2 加强通风

加强通风有两种方式,一种是被动通风,一种是强迫通风。 被动通风,通过柜体上加开通风孔,促进柜内空气流通,使潮气不在箱柜内部停留。

通风孔一般开在箱柜的上下及两侧。在开孔处外部加装防雨罩,内部加装不锈钢沙网。 强迫通风,通过柜体上开孔加装风机,空气的对流与外界干燥的空气进行交换达到降低电气柜内湿度。 此种方案的弊端是容易造成尘土、污秽进入。环境湿度较大时不起作用,遇到阴雨天,除不能起到除湿作用,反而促进了户外箱柜的凝露加重。

3.3 柜体封堵

对于入地式箱柜,其与电缆沟连接的孔洞应进行严密封堵。选用发泡胶对电缆缝隙进行封堵后,再对较大孔洞进行封堵。孔洞底部用绝缘板材(环氧树脂板)衬垫,四周 用铝合金角条围成方形,内部用油性封堵泥布满铺平,封洞堵泥表面平整。此种方法可 以有效降低电缆沟湿气,但是并不能做到完整意义上的封堵,且当潮湿空气进入户外箱 柜后,又不易排出,所以也只采用封堵,除湿效果也不是很理想。

3.4 加装驱潮剂除湿

加装驱潮剂,通常会在柜体内悬挂硅胶袋,或者是其他的吸水材料。实际上因为其吸水效果有限,且吸收的水分很难排出,所以效果往往并不明显。

变电站电气柜除湿整体解决方案

我公司综合分析变电站站所在地气候及电气柜特点,提出站内柜体除湿整体解决 方案。

电气柜智能除湿整体解决方案概括性描述如下:

(1)柜内安装智能除湿装置,降低柜内空气相对湿度。

(2)提升电气柜的密封条件,避免电缆沟的潮湿空气进入柜内。

(3)数据服务器实现电气环境智能监控,物联网技术综合应用。

(4)手机客户端实时查看电气柜环境数据,方便运维。 电气柜智能除湿整体解决方案拓扑图如图 4 所示。

图 4 电气柜智能除湿整体解决方案拓扑图

4.1 加装智能除湿装置

我公司LC-TED 系列智能除湿装置,采用热电制冷技术将密闭空间内的潮湿空气凝结。

成水,并通过导水管排出柜外。可快速降低柜内的空气湿度,抑制凝露现象的发生,能 够显著的避免因潮湿引起的绝缘强度下降、设备老化、材料霉变和金属结构锈蚀等。本 装置广泛应用于电力、轨道交通、通信和工业自动化等领域。

除湿装置具备辅助加热功能,可以完全替代温湿度控制器。在柜体底部加装 PTC 加热器,能够保证柜内温度相对稳定,有利于柜内其他设备安全运行,有效避免急剧温度 变化情况下的凝露现象。智能除湿装置及 PTC 加热器接线图如图 5 所示。

图 5 LC-TED 系列智能除湿装置及 PTC 加热器接线示意图

我公司 LC-TED 系列智能除湿装置如图 6 所示,可直接或者通过导条固定于柜内导轨上。

 

图 6 我公司LC-TED 系列智能除湿装置

LC-TED 系列智能除湿装置主要技术指标见表1:

表1技术志标

输入电压

90V~264 VAC

除湿启动值

默认50% RH(滞环 5%),可设定

最大功率

60 W

辅助电加热启动值

默认10℃(滞环 5℃),可设定

除湿效率

420 ml/24h(35℃ 85%RH )

风扇风量

1.21 m3/min

工作温度范围

0  ℃ ~ 50  ℃

风扇噪声

42.5 dB(A)

工作湿度范围

20 % ~ 95 % RH

外形尺寸

117mm×200mm×78mm

温度测量精度

±0.2 ℃

安装方式

挂件(默认)/磁座吸附

湿度测量精度

±2% RH

排水方式

硅胶软管排水(外径 10mm)

除湿体积

0.3 m³ ~ 2.0 m³

除湿方式

冷凝除湿

通讯方式

RS485/ZigBee

产品重量

约 1.1kg

辅助电加热

AC    250V/5A

外壳材料

阻燃 ABS

告警节点

常闭, AC 250V/0.25A

设计寿命

10 年

除湿装置导水管为硅胶软管,可以直接将软管通入电缆沟或者通过柜体底部侧壁开孔径 10mm 孔,并在出水口外加不锈钢防雨罩方式排水。 相较于市面上其他产品,本产品具备以下显著优势。

(1)性能优异 采用智能控制算法确保装置在各种温湿度工况下除湿效率最优,各项指标均优于居行业内同类产品。除湿装置最优温差控制曲线如图 7 所示。 具有第三方检测机构鉴定证书,涉及检测项目业内最全面、检测参考标准最高。部分认证报告见图 8。检测报告中涉及具体检测项目见附录部分。

(2)可靠性高

关键元器件采用国际一流品牌,外壳阻燃 V-0 级,设计寿命十年以上。

(3)免维护 具有故障自诊断功能,支持就地/远程操作,可以与数据服务器后台交互信息,实时监测设备运行,主要故障代码及含义见表2。

表2主要故障代码

故障码

含义

E1

温湿度传感器异常

E2

制冷器冷面传感器异常

E3

制冷器热面传感器异常

E4

半导体制冷片异常

E5

风扇异常

E6

高湿预警

智能控制算法确保装置在各种温湿度工况下除湿效率最优。 制冷模块表面温度与环境温差太大或太小都会导致除湿效率下降。 需要综合优化制冷模块温差和装置内部 气流,减小无效热损,确保装置除湿效率最优。

图 7 智能除湿装置最优温差曲线

4.2 提升电气柜密封条件

对于入地式箱柜,为了防止电缆沟内湿气反串入柜体,除加装智能除湿装置外,一般还需要对电气柜底部进行密封处理。 早期工艺一般是通过防火泥密封,施工难度大且对于线束多,防火泥封堵不方便。

我公司在充分考虑防火泥封堵施工难度大且密封效果差的情况,提出了采用高分子防潮材料封堵方案。

依据柜体底部布线情况,供选择的高分子防潮材料主要分两种,一种是发泡型,一 种是自固化型。发泡型材料适用于需要密封厚度较厚的场合,如图 8 所示,自固化型材 料适用于需要密封厚度较薄的场合,如图 9 所示。发泡型材料固化速度更快。

图 8 发泡型高分子防潮封堵材料

图 9 自固化型高分子防潮封堵材料

发泡型材料密封剂是采用高分子矩阵技术研制而成的一种高活性化学物质,现场搅 拌混合后可快速自流平,随后膨胀固化成型形成密封体。具有良好的密封、防火、防凝 露、防动物、隔热、长寿命、易扩容等功能。主要技术参数见表3。

表3主要技术参数

项目

参数

单位

外观

泡沫体,碳灰色

击穿电压

2.4

kV/mm

粘结强度

≥0.1

MPa

透水性

不透水

阻燃等级

FV0

固化时间

30分钟表干,24小时彻底固化

自固化型材料密封剂是采用高分子矩阵技术研制而成的一种高活性化学物质,现场

搅拌混合后可快速自流平,不发泡,零下 60 度和零上 130 度情况无开裂和粉化现象。 具有良好的密封、防火、防凝露、防动物、隔热、长寿命、易扩容等功能。主要技术参数见表4。

表4主要技术参数

项目

参数

单位

外观

凝固胶状体

击穿电压

2.4

kV/mm

粘结强度

≥0.1

MPa

透水性

不透水

阻燃等级

FV0

固化时间

2~4 小时固化,24 小时彻底固化

相较于传统封堵,高分子材料封堵具有非常明显的优势,具体性能比较见表5所示:

表5性能技术参数

性能/ 工艺

高分子材料封堵

防火泥

速干水泥

防火板、石膏板

流动性

可以沉浸到电缆束 缝隙内

无法封堵电缆束 缝隙

微小缝隙无法进入

气密性

有效阻止潮气、 烟气、毒气

绝热性

可有效隔绝 热量传导

二次 扩容

二次开孔方便, 无需特殊工具

阻燃性

FV-0级

耐久性

在-25℃~ +93℃环

境范围20年可保持

良好性能

差(夏季高温流淌, 冬季开裂)

差(易粉化干裂)

差(潮湿环境自身易 吸水)

黏着性

能和各类材质物体 产生粘结力

施工 难度

无需动火、无需水电 辅助,无需浇筑机器

固化过程中易发生

形变,拆除会损坏电

缆外绝缘护套

良,成束电缆情况下 无法施工

4.3 电气环境智能监控系统

我公司 LC-TED 系列智能除湿装置支持标准 485 及无线 Zigbee 通信,能够将站内汇 控柜、端子箱、控制柜等柜体内温湿度数据以及告警信息上传到数据服务器后台。数据 后台可以实现对全站电气柜工作环境实时监测,并可以下发遥信命令控制智能除湿装置 工作,实现电气柜温湿度环境精准控制。电气环境智能监控系统如图 10 所示。

图 10 电气环境智能监控系统

通过电气环境智能监控系统,可以查看每个柜体内温湿度历史及实时曲线,环境变 化一目了然。智能除湿装置温湿度历史曲线如图11 所示。

图 11 电气柜温湿度历史数据曲线

4.4 手机客户端电气环境监控软件

数据服务器通过路由器接入3G/4G/5G 网络,我公司定制开发的手机客户端监控软件可 以访问数据服务器内容。支持随时查看电气柜温湿度工况,极大的方便运维。手机客户端电气环境智能监控软件操作界面如图 12 所示。

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