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高压开关柜的防凝露应用初析
发布时间：2013-04-27 14:56 来源：未知
金属铠装高压开关柜（以下简称开关柜）的内部空间十分紧凑，在目前和将来受到地块制约下，其应用越来越广泛，因此，安全可靠运行更显重要。
运行中发生闪络放电是对开关柜安全运行的主要危害。闪络放电主要指相间和对地的放电，空气距离在设计过程中已充分考虑了空气中的湿度的影响，并且是相对不变的；而绝缘件的沿边的绝缘在运行过程中，会受到环境的各种破坏后，会发生沿边闪络放电。沿边的绝缘受到的破坏主要来自空气中的落灰受潮后的破坏，当高压开关柜经过一定时间的运行，终会有一定来自空气中的落灰在绝缘件的表面形成，当空气中的湿度变化或温差变化，即会在有落灰绝缘件的表面形成凝露而发生绝缘沿边闪络放电。因此，对开关柜的防凝露提出了更高的要求。
首先，我们从几例开关柜发生闪络放电的事例来分析：
例一、110kV某变电站的20 kV高压开关柜为底层布置，分别于2007年3月28日和2008年7月2日均在某开关柜发生闪络放电故障，当时气温在23℃左右，环境空气湿度为80%左右，驱潮控制器为温度和凝露控制，由于传感器安装位置未凝露而未启动加热器。从现场来看，在该开关柜的C相母线侧静触头有放电痕迹，发现该相静触头盒内外有潮湿迹象和导体上有明显可见铜绿现象，同时B相静触头有轻微铜绿现象。也就是说当时该开关柜内部绝缘件的表面形成凝露而发生绝缘沿边闪络放电。但其它开关柜静触头盒内无明显凝露现象。事后分析发现，该开关柜后有一台空调对准出风，距离开关柜不足2米，调正出风口后，在闷热潮湿天气将驱潮控制器设置在手动强制启动位置，至今无该类故障发生。
例二、220kV某变电站35kV开关柜为底层布置，2007年7月10日和2007年9月1日分别在某线路柜和母线设备柜绝缘件表面发生沿边对地放电，当时气温在25℃左右，环境空气湿度为75%左右，驱潮控制器为温度和凝露控制，由于传感器安装位置未凝露而未启动加热器。从现场来看，两起故障分别发生在静触头盒和母线套管与固定金属的沿边有对地放电痕迹，也就是说当时该开关柜内部绝缘件的表面形成凝露而发生绝缘沿边放电。事后分析发现，该开关室内电缆沟积水约30公分，抽干水后，在闷热潮湿天气将驱潮控制器设置在手动强制启动位置，至今无该类故障发生。
例三、220kV某变电站35kV开关柜为底层布置，2008年7月10日某开关柜触头盒表面发生沿边对地放电，当时气温在25℃左右，环境空气湿度为75%左右，驱潮控制器为温度和凝露控制，由于传感器安装位置未凝露而未启动加热器。从现场来看，在静触头盒内梅花触头外侧和静触头盒的内沿边有对地放电痕迹，也就是说当时该开关柜内部绝缘件的表面形成凝露或由于温度较大引起空气绝缘降低而发生绝缘放电。事后分析发现，该开关柜正对着开关室大门，而开关室大门有一较大面积的百页窗，潮湿空气的进入而引发故障，在闷热潮湿天气将驱潮控制器设置在手动强制启动位置，至今无该类故障发生。
从以上三例绝缘件沿边闪络放电的故障来分析，故障的原因和措施为：
三例故障的设备均为底层布置，且均发生在闷热潮湿天气时间段，底层设备相对容易发生入凝露现象，驱潮控制器的控制选定值得我们进一步深入研究。另，据本单位和兄弟单位的信息来看，该类故障无一例外发生在底层布置的设备上。
正因为开关柜设备是底层布置，如果开关室内电缆沟有积水，上层的开关柜设备均为发热设备，加速底部的水汽上升至开关柜内，则开关柜内的湿度相对于环境湿度高，更易发生凝露，而引起绝缘件的表面发生绝缘沿边放电。因此，开关柜设备是底层布置，开关室内电缆沟一定要做好防积水措施，并且，定期对其进行巡检，防止闪络放电故障的发生。
高压开关室的空调布置一定要合理。如果空调的出风口直对开关柜，而开关柜设备为发热设备，两者温度相差较大，交融在开关柜壁上，必在开关柜内壁上产生凝露，而引起绝缘件的表面发生绝缘沿边放电。因此，高压开关室的空调布置必须合理，尤其出风口必须避开直对开关柜，以防开关柜内壁上产生凝露而发生闪络放电故障。
综上分析开关设备内部发生凝露引起闪络放电事故一般有几种情况：①地区湿度高，气候温度变化大；②有的开关柜在地下室，湿度高，柜体内温度特别是接近地面的温度低于环境温度；③有的设备处于停运状态，开关柜内小环境温度就更比周围环境低，在表面极易形成结露的情况。一旦切入驱潮器投运，事故就随之发生。
但如果开关柜体内常时投入驱潮器，当电流值这到一定时，手动切除加热器。这也不科学，一是，由于回路电阻的大小影响，电流的大小不代表可发热的多少：二是，对于底层布置的开关柜，由于某些柜体电流大，电缆沟相对湿度也较大，反而将电缆沟内的水汽蒸发上来，使柜内形成凝露，如果电缆沟有水的话，凝露将更严重；三是，某些柜体电流值不大，加热器将长期投入，能源浪费相当惊人；四是，不利于变电站无人值班的要求；五是，加热器的长期投入，加速老化安装在开关柜上的保护装置和二次元件。
因此，我们再来分析驱潮控制器的控制选定，目前，柜体厂家防凝露手段普遍采取依靠凝露传感器控制加热器的方法来防止凝露的发生。即在仪表室装一只防凝露控制器，控制器监测到传感器发来的凝露信号时，立即启动加热器加热。凝露消除后，控制器则关闭加热器。从原理上来说，这是一种防凝露的有效措施。但其一，现有的凝露传感器都是被动型动作，有时空气中湿度很大，但由于凝露传感器还没形成凝露，因此，加热器不会启动，一定是在凝露发生时，即有一定的迟后量。从防凝露作为开关柜反事故重要措施来说，接近凝露的边缘再启动加热来消除凝露缺少一个预防过程：其二，凝露传感器固有的特性缺陷，对相对湿度变化不敏感，：其三，由于凝露传感器受空气灰尘或水份中的化学物质侵蚀后会改变灵敏度，导致防凝露的控制点出现偏差，这时会降低防凝露可靠性，也降低了开关柜的安全可靠性。因此，不能直接采用凝露传感器来控制驱潮控制器的起动。
在这里我们再来分析说明有关凝露方面的几个基本概念：①什么是结露？所谓结露现象是指柜体内壁表面温度下降到露点温度以下时，内壁表面会发生水珠凝结现象。这个现象称之为结露。以及露点温度。②露点温度是指在一定温度的空气中，水蒸汽的最大含量称为[饱和水蒸汽量]，此时的空气成为[饱和空气]，饱和空气温度下降时，空气中的水蒸气将凝结成水珠。含有水蒸气的空气的饱和温度，称为露点温度。请参考如下的温度、湿度、和露点的相关数据表：
从表格中空气温度20度、相对湿度60%时，结露的温度为12度。并可以看出温度、湿度和露点温度三者关系中可以看出：①空气中的相对湿度越高，在一定的温度条件下，结露的温度越是接近环境空气温度，也就是说，露点温度与环境温度越接近，凝露越是容易发生。②无论空气中的温度如何，形成结露的露点温度始终是低于环境温度。
从温度、湿度和露兰温度三者关系中和凝露发生的机理，我们可以得出结论：①要想防止：凝露的发生，必须使不允许发生凝露部位的表面温度始终高于其周边一定的环境温度：②对开关设备而言，为防止开关柜内部发生凝露，只要保持开关柜体内部的温度始终高于一定的外部环境温度即可，但过于高于环境温度反而使内部壁表面形成凝露（除非内壁表面采取一定的措施）。描述这一原理在生活中的现象就是：从冰箱中取出一杯冰水，在水杯表面马上就会结露。而从高于一定的环境温度的保温箱中拿出一杯热水时，杯子表面是不可能结露的，但在冬天汽车内的温度由于人体的温度影响而与车外温度高出许多，就会在车玻璃内表面形成凝露，当采用暖风吹玻璃干燥才能驱除凝露。
通过以上的分析，根据凝露发生的机理和物理现象，凝露的发生取决于开关室内和开关柜内的温度、湿度。因此，我们在曾经发生过两次闪络故障的llOkV某变电站20 kV高压开关柜上采用温度差方式来控制开关柜凝露的发生，具体实施方案如下。
试想使开关柜体内部的温度始终保持高于开关柜外部一定的环境温度，凝露现象就完全可以预防。由于温度传感是密封半导体材料结构，就目前的技术水平，其寿命达几十年之久。因此，利用两个温度传感器，一个测柜体内温度，一个测柜体外温度（控制器面板上），同时利用加热器来调节开关柜内温度。由CPU智能控制的控制器，让开关柜内部的温度始终比开关柜外环境高2℃~4℃（基于节能方面的考虑而设定最高温差为4℃），使之不产生凝露发生的条件，起到预防凝露的作用。当开关柜外环境高2℃~4℃温度时就停止加热。由于开关柜内环境容积小，达到这个温差所需的加热功率较小，此外，运行中的开关设备本身有热量产生，也可以作为加热功率的一部分。这样，不仅能有效地防止开关柜体内部发生凝露，而且可以大大地节约能源。为了提高防潮、防凝露的可靠性，另一措施是在每台装置中加入线性测量开关柜内的相对湿度传感器，控制器表在监测、显示温度、温差的同时，CPU还测量显示柜内的相对湿度，根据温度、温差和相对湿度参数来判别开关柜内部的受潮程度，启动加热器，调节开关柜内温度，进一步提高了驱潮和防凝露能力。该方案还在控制器上设有数据接口，将柜内外温度、温差和柜内的相对湿度远传计算机上，进行数据记录，以便于进行数据的分析和设定值的调整。通过该方案的实施，该llOkV某变电站20 kV高压开关柜驱潮和防凝露效果良好。
另外，控制器设有手动／自动切换和报警功能。如按下手动／自动按钮，二路驱潮指示灯同时点亮，二路驱潮器无条件开始工作，直到释放按钮，驱潮指示灯熄灭，驱潮器停止工作；当任一负载或传感器损毁或断开，控制器都会点亮面板上的故障灯报警，同时接通公用报警触点，从供后台监视。
控制器的传感器位置很重要，由于加热器附近的相对湿度相对较小，不得安装在驱潮器附近，因与之保持一定的距离，最好是对角布置为佳。
加热器的选用和按装方法、位置同样也很重要。目前加热器型式散热片式和硅橡胶贴片式。散热片式由于依靠空气传递其加热速度慢，加热器功率较大，能耗也大，它是铝合金散热片夹装电热丝，往往易氧化，寿命不长；硅橡胶贴片式由于贴在柜壁按装，它依靠柜壁延伸散热和硅橡胶面空气散热，加热速度较快，因此，加热器功率只有散热片式的lt2—2t3左右，能耗也小，由于是硅橡胶封闭电热器结构，其寿命可达15—20年，大大高于有散热片式，而且还起到防烫功能。安装方法、位置合理，对加热的效果与其它设备的影响非常重要。如果是散热片式，则安装在开关柜需驱潮的小室底部为宜；如果是硅橡胶贴片式，则安装在开关柜需驱潮的小室中部偏下为宜。
如果方案得以实施，在节省大量的电力能源的同时，将从被动检测和消除凝露改进到主动预防凝露，无疑增加了电柜防凝露的可靠性。从传感器寿命来说，温度传感器的使用寿 命是凝露传感器寿命的数}倍，控制器的可靠工作寿命将大大增加。但该方案需要对温差值经过进一步为试验论证。
通过以上的分析，无论采取以上两种方案中的一种的实施改进，节约电力能源的同时，防凝露控制的效果也将得以保证，设备的安全运行也将得到保证。
针对该类故障的出现，生产部门应制定了相应的规范，以杜绝类似故障和扩大故障的发生，确保设备和人员的安全。
三门峡富通新能源可以根据用户的需求订做各种类型的高低压配电柜开关柜。
