高压开关柜新型防凝露系统的研究与应用

第38卷第8期2016年8 月华电技术 38 8 2016高压开关柜新型防凝露系统的研究与应用李传江(国网安徽省电力公司铜陵供电公司，安 徽 铜 陵 244)摘要:通过分析凝露的原理、开关柜凝露的原因及现有开关柜防凝露措施存在的不足，提出了一种高压开关柜新型防 凝露系统，详细描述了该系统的结构原理、应用实施以及控制算法，为解决高压开关柜普遍存在空气湿度大、易凝露的难 治理问题提供了有效的防范处理措施。关键词:开关柜;凝露;湿度;传感器中图分类号: 献标志码： B 文章编号= 1674 2016)08 03引言目前，高压开关柜因其结构紧凑、操作方便等优 点，在变电站35 k V 及以下设备中被广泛应用。而高 压开关柜又普遍存在空气湿度大、易凝露等难治理问 题。近年来，开关柜因凝露导致的绝缘故障频发，轻 则发生异响，重则导致开关室内开关柜全部烧毁等恶 性事故，影响供电可靠性，造成严重的经济损失。本文结合凝露产生的原理和变电站高压开关柜 运行特点，总结现有防凝露措施存在的不足，提出了 一种高压开关柜新型防凝露系统和防凝露 方法11 ，其表面将发生凝露现象。露点温度，空气湿度 H 三者没有确切的函数关系，只有经 验数据，图1 为部分经验数据关系曲线。由图1 可知，在空气湿度保持不变的情况下，相 对湿度较高时，其露点温度越高且越接近空气温度。 也就是说，相对湿度越高的空气越容易因气温变化 而产生凝露4_6。气湿度及气候温度 变化大，高压开关室设置有通风口，且地面返潮，开 关室空气湿度较大。另外，高压开关柜由金属镀锌 钢板拼接而成，缝隙较多。且开关柜均为落地式，底 部有高湿度的电缆沟，因此，室内高压开关柜内部空 气湿度普遍较高，当某一时间段供电负荷变小时，开 关柜内部导体、设备、绝缘件等部件的表面温度会有收稿日期：2016 16;修回日期：2016 1520 30 40 50 60 70 80 90空气相对湿度 图1 露点温度、空气温度及相对湿关系曲线所降低，此时在设备或绝缘件表面易形成凝露。由凝露产生的原理可知，产生凝露主要有2 个 因素 空气与设备表面的温差，空气相对湿度。 开关柜供电负荷或其他导致设备表面温差变化的原 因较多且不可控，为防止开关柜凝露，应将降低开关 柜内部空气湿度作为主要措施。2 新型防凝露系统基本结构及原理根据开关室高压开关柜运行特点，研究出一套 新型防凝露系统，该系统采用空气置换法，即通过对 开关柜内部送人洁净、干燥的空气，将内部潮湿空气 排出柜体外，使柜体内充满干燥空气，同时保证柜体 内部存在轻微的正压力，使柜体外部或电缆沟内的 潮湿空气无法进入开关柜内部，快速、高效地降低开 关柜内部空气湿度，防止开关柜内部凝露74。该系统主要由空气干燥净化处理、送风管道及 温、湿度信息采集等部分组成，系统结构如图2 所示。空气处理机将自然空气经净化过滤、干燥等工 序处理后，变成洁净的干燥空气，随后由送风管道输第 8 期 李传江：高压开关柜新型防凝露系统的研究与应用 17 出风口二 次 电 缆 沟 /图3 系统应用实例剖面图2,如图3 所示。由于水蒸气的密度较空气密度低，热空气密度 较冷空气低，所以在设备内上部空间的空气温度和 湿度略高，故将传感器安装在隔室的电气设备元件 集中区域的上部。4 控制策略该系统主要是通过传感器检测开关柜内部空气 湿度，并将检测的数据送至控制器，由控制器对数据 进行分析和计算，确定空气处理机的空气处理功率 及送风量的大小，最后将干燥洁净的空气送至开关 柜内部，再由传感器采集温湿度信息并将数据反馈 至控制器，依次循环。控制流程如图5 所示。将数据反馈至控制器，控制器根据接收到 的设备柜体内部空气温度、湿度数据，结合柜体内部 空间大小，通过比例微分（ 制算法 计算并动态控制空气处理机的输出功率及输出洁 净、干燥空气的流量，达到快速、高效调节设备柜体 内部空气湿度的目的。3 系统应用实施该系统在高压开关柜中的应用还需结合开关柜 的结构和现场运行情况，综合考虑送风管道的设置 和安装方式、干燥空气的允许湿度范围、 的参数设置等。35，10 k V 开关柜内部结构类似， 本文以35 k V 开关柜为例，该系统在35 k V 开关柜中 的应用实例如图3 所示。风管道的布置送风管道的主管道敷设于一次电缆沟内，各开 关柜的支管道通过开关柜电缆室底部依次延伸至电 缆室、断路器室及母线室，并在各隔室内设置带防护 网的排风口 ， 潮湿空气由开关柜顶部泄压通道处的 通风口排出，管道走向及柜内气体流动方向如图4 所示。感器的设置每台35 k V 高压开关柜均可分为母线室、断路 器室、电缆室及继电保护室4 个隔室，且大部分断路 器室和电缆室均为落地式 ， 即与地面或电缆沟接触 ， 一次、二次电缆均经电缆室或断路器室敷设至电缆 沟。断路器室和电缆室内空气湿度较大，易凝露，导 致设备绝缘下降甚至发生放电 、 闪络 、 烧毁等事故 。 将断路器室和电缆室空气温湿度的检测数据作为整 个系统的控制输人参数，在该隔室内安装传感器1，排气孔排气孔温 、湿度 传感器潮湿空气干燥空气出风口_ 数据采集总线 i _ 净干燥空气图2 防凝露系统结构送至设备柜体内部，其内部潮湿空气通过柜顶排气 孔排出柜体外。柜体上部的传感器采集柜体内部的空气温、湿空气处理机电缆室断路器室保护室母线室 18 华电技术 第38卷送风管道量），需结合设备运行情况和外部潮湿空气渗人开 关柜的速度。若出风量过小，开关柜内空气湿度会 不断上升，无法满足开关柜空气湿度要求;若出风量 过大，则造成不必要的浪费。在该系统中分别设置开关柜内当前空气湿度、 干燥空气置换效率、开关柜容积及外部潮湿空气渗 人率等参数，采用 _15，计算出空气 处理机的出风量和送人开关柜的干燥、洁净空气 速率。5 应用前景该系统不仅适用于变电站内所有封闭式开关柜 内空气的调节，还适用于其他高压电气设备控制柜 的除湿，对有中置柜的变电站具有广阔的应用前景。图4 送风管道布置图5 系统控制流程器1，2,由于每台设备内部空气温湿度不尽相同，因 此每只传感器检测到的数据信息也不同，而该系统 只有1 台空气处理机，且送风主管道公用，因此送人 每台开关柜内的干燥空气的湿度是相同的。为保证 送人的干燥空气能满足每台开关柜的需要，对采集 到的各开关柜空气温湿度信息数据进行统计、分析 和计算，确定合适且有代表性的数据作为输人参数。该系统采用平均数的方法，即共有台开关柜， 检测到的空气湿度数据分别为 P i ，12， ， i ， P i ， /P ， ，/ P 共 计 个 数 据 ，则将计算数据p = ( + + 作为 该组开关柜内的空气湿度数据。合运行经验得出， 在开关柜内空气湿度矣50%时，开关柜内基本不会 出现凝露或绝缘件绝缘值下降情况。因此，该系统 将开关柜内空气湿度默认目标值设定为（50% 2% )，空气处理机处理后的空气湿度设为48%。 设定空气处理机的出风量（送风管道的送风6 结束语新型防凝露系统改善了变电站高压电器柜壳体及内部机构产生凝露的现象，尤其是高压开关柜，大大降低了由于凝露而造成局部放电或引发短路的事故，同时也改变了变电站高压开关柜的运行环境，消除了现场相关的安全隐患，有效降低了变电站开关柜绝缘故障的发生概率。参考文献：1 沈建位，汪家养,俞慧忠，研制 J008(6):30 2 陈瑶，陈廉曹，束剑文，2013(2) :91,71.3 黄新波 ， 方寿贤 ， 王霄宽 ， 等 柜设计 2013(2) :147 - 151.4 周丰群，张义民， J2002,22(3) 61 5 列开关柜凝露问题的分析 J览 ,2006,23(3) : 4 - 75.6 , . on of n J. of 003(2) ：147 - 151.7 J ,2008,41(3) ：15 8 胡晓明 J ,2001,21(2) ：57 9 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求 ：T 593 2006 S.10 王建新 ， 童官军 ,杨世凤 ， 等 度监控系统研究 2005(12): 68 11 任朝晖 ， 王永富 ， 闻邦椿 制2006(1):22(下转第2 页） 24 华电技术 第38卷信息。同时，基于二次虚实回路关联关系及二次虚 实回路连通图实现智能变电站二次虚实回路状态综 合展示和故障定位。二次虚实回路状态故障定位综合展示以装置二 次装置虚链路状态监视为基础，基于二次虚实回路 连通图，实现链路中断的二次虚回路的故障定位，并 结合二次虚回路多维状态信息（设备状态、设备故 障诊断、光功率、光强、网络负载、网络报文异常分析 结果等），实现二次虚回路状态的综合展示和故障 原因的综合分析。二次虚回路故障定位示意图如图 9 所示。图9 二次虚回路故障定位示意3 结束语采用本文提出的二次虚回路运行维护管理系 统，可以方便地进行智能变电站二次虚回路设计、集 成配置、调试、运行维护和管控，构建智能变电站二 次虚回路运行维护管理全过程的整体解决方案。包 含智能变电站二次虚回路可视化设计和配置、基于 系统描述的智能变电站二次设备虚端子自动关联配 置、智能变电站二次虚回路版本管控和变更管理及 二次虚回路变更影响波及分析、智能变电站二次虚 回路监视、故障诊断定位和可视化展示等几个子系 统，有效提高智能变电站二次虚回路的运行维护效 率和管理水平。该智能变电站二次虚回路运行维护管理系统已 通过了国网电力科学研究院和江苏省软件产品监测 中心的检测，并在广东省 k v 瑞颜变成功和贵州 安顺市两所屯变等地方投人试运行，大大提高了智 能变电站二次虚回路的运行维护和管理水平。(上接第18页）12 . J. 1993,13(6) ：58 13 王冠凌 ， 凌有铸 ， 于世海 ， 体内的应用 J 2008,23(5):40 14王建新，童官军,杨世风，监控系统研究005 ：8 李孟超，王允平,李献伟， J010,38(18) :9 2 修黎明，高湛军，黄德斌，法研究12,0(22)124 - 128.3 高翔，杨漪俊,姜健宁，技术方案介绍与分析 J2014,42(15) :149 4 张巧霞，贾华伟，叶海明，视方案设计与应用 J 015， 43(10)121 5 陈德辉，王丰，方案 . 电力系统保护与控制，2016,44(1 ) :139 - 143.6 徐长宝，庄晨，研究 J 015,43 (7): 1277 李鹏，许爱东,郭晓斌，架构设计与实现 J015,9 (6): 1 王俏文，丁坚勇，陶文伟，备状态检修方法013,7(4): 97 9 刘蔚，杜丽艳,与应用014,30(10) :32 10 高亚栋,朱炳铨，李慧，端子”设 计方法应用研究 . 电力系统保护与控制，2011 ,9(5)124 11