变电站电缆沟除湿装置的设计

变电站电缆沟除湿装置的设计

张晓义果淼赵波杨洁何佳美

（国网冀北电力有限公司检修分公司北京市102488）

摘要：本文介绍了一种可对变电站电缆沟进行除湿的自动装置，此种装置可有效降低变电站电缆沟内的空气湿度，同时防止雨水的滴落以及小动物、鸟类的进入。并且此种装置在自然风的驱动下即可工作，不需要人为提供驱动。

关键词：变电站；沟道；除湿；凝露

一、电缆沟环境及其对电力设备安全运行的影响

电缆沟是变电站内必备的设施，然而由于电缆沟的自身特点，低于地表、环境密封、和土壤层直接相连，导致电缆沟内空气长期处于高湿度状态，极端情况下湿度甚至可以达到饱和状态。电缆沟内的高湿环境对于电力设备的运行有着诸多影响。高湿环境会导致电缆外层交联聚乙烯绝缘性能下降，影响电缆安全运行；大量的水分子在变电站的强电场环境下可能会被电解成氢离子和阳离子，而氧离子遇到空气中的氧气分子会形成臭氧，腐蚀电缆绝缘层。最明显的影响是电缆沟内的潮气会进入端子箱、机构箱、汇控柜内，在箱顶形成凝露，凝露一旦滴落，可能会造成短路，轻则误发信号，重则导致电力设备误动作。一般变电站的端子箱内装有驱潮加热装置，这种装置在不考虑电缆沟潮气进入的情况下可以降低端子箱内空气湿度，而实际情况中，端子箱内由于加热缘故，温度相对较高的气体上升，反而会加剧电缆沟中高湿空气的进入，使端子箱中湿度不降反增。因此，清除电缆沟内的潮湿空气很有必要。

二、解决电缆沟内潮湿的传统办法

1、加强封堵

加强封堵是一种被动方法，即使用封堵泥，将电缆沟与端子箱、机构箱、汇控柜之间的孔洞密封，达到物理隔离箱体和电缆沟中空气的目的，保持箱体内空气干燥。这类方法因工艺不同导致效果参差不齐，而且封堵工作完成后，难以现场检验封堵效果，只有当箱体中出现凝露这样的明显问题时，才可以发现封堵不严，而此时隐患已经产生，而且再重新封堵费时费力，且并不以一定可以达到理想效果。另外，封堵只能应对潮气反入端子箱、汇控柜、机构箱的情况，并不能从根本上解决电缆沟空气潮湿的问题，对于潮气对电缆的不良影响没有任何作用。

2、在电缆沟内加装电动通风装置

此类方法属于主动除湿的方法，在电缆沟内装设电动通风装置，将电缆沟内潮湿空气强制外排。这种方法效果明显，但是为安装风机，需要在变电站广大的室外设备区新接大量风机使用的电源线路，以及控制风机启动停止的控制装置，工程量大，成本高。此外，风机和控制装置需要日常维护，加重现场运维工作，一旦出现故障，还要加派专业人员处理。

三、沟道自动除湿的基本原理

电缆沟由于自身位置特点，开挖于地表以下，导致地下的潮气会反入电缆沟内部，电缆沟相对密闭，通风不畅，潮湿气体难以排出，因此电缆沟内气体长期处于高湿状态，甚至是饱和状态。

如果电缆沟上设置开口，则破坏了其封闭环境。电缆沟内部空气相对静止，外部则有自然风，根据伯努利方程，同一种流体，密度相同，高度相同的情况下，流速越快，压强越低，因此相对于外部流动的空气，电缆沟中静止潮湿空气压强较高，会自动流出电缆沟。

电缆沟如若直接开口，会造成异物坠落，小动物进入等情况，因此并不能直接开口通风。

四、自动除湿装置的设计

设计一个半球形装置，上半部分划开成约三十片叶片，可以转动，下半部分呈圆筒形，插入沟道中固定。顶帽由一块圆形钢板轧制而成，直径35cm，从中心向周围依次降低，最底层有螺钉和扇叶相连接。扇叶弯曲，叠至最底部，高约25cm，同样以螺钉固定在下部固定部分钢圈上。以上部分为可活动部分，由三条钢梁在内部连接至中心轴。

底部固定部分钢圈直径60cm，高15cm，也由三条钢梁在内部连接至中心轴。在距离扇叶5cm处垂直焊接一层宽约7cm的钢片，当钢圈下部10cm部分插入沟道时，这层钢片卡在地面以上。

在沟道上开直径约60cm的圆形口，把装置下部钢圈插入，卡好，上半部分会由于扇叶的存在，会被风吹动，具体转动速度，由风力和中心轴的润滑程度决定，在控制成本的条件下，润滑程度越高越好。

此设计可以根据实际情况和需求使用不同的材料制作成不同的尺寸。具体实施只要在沟道上方开相应大小的孔，并把此装置插在孔上固定即可。当外界有风吹过时，该装置便会随风旋转，带动内部气流，使装置内部，即沟道上方的压强降低，让沟道内的潮湿空气通过转动的扇叶流到外界，从而达到给沟道通风除湿的目的。

五、实际测试效果

本装置试制后，在北京地区和廊坊地区的两座500kV变电站的部分电缆沟上进行了安装，并分期对其实际效果进行了测试。

1、转动情况

本装置在转动零件上未添加润滑剂时，可以在1-2级风力的条件下（在这种风力下，人体几乎感觉不到风），可以以每分钟30-40转的转速运转，风力在4-5级时，可以以每分钟90-120转的转速运转。对转动零件进行简单润滑后，1-2级风力下，转速提升明显，最大提升至约每分钟60转，4-5级风力下，转速提升至约每分钟150转。

2、除湿效果

表一：在北京某500kV变电站进行的相对湿度测量结果

经测量可见，安装此自动除湿装置的部分电缆沟，电缆沟中湿度明显降低，具体湿度降低情况受附近土壤情况，当日风力等影响，但湿度均比未安装的电缆沟显著下降。

而未安装除湿装置的电缆沟中高达100%实际产生的影响不仅限于数值体现，因为当空气相对湿度达到100%后，电缆沟中如有积水不再继续蒸发，土壤中水汽也不会再进入电缆沟空气中，而当电缆沟中相对湿度已达饱和的潮湿空气进入端子箱、机构箱等箱体后，这些水源还会继续补充水汽，让电缆沟中相对湿度长期处于饱和状态，并持续向箱体输送高湿空气。

在廊坊试安装除湿装置的某变电站断路器汇控箱长期有严重的凝露现象，每天早晨在汇控箱玻璃窗上都可见明显水珠，箱体顶部有明显凝露，需要运维人员每天开箱擦拭。而在安装除湿装置后，已安装除湿装置的电缆沟途径汇控箱凝露现象大幅减轻甚至消失。

注：上文提到的风力数据为气象单位提供，本测试并未使用专业测量风速的装置。

参考文献：

[1]薛芳.变电站电缆沟防潮盖板改造.电工之友，2013.12.

[2]赵昌友.伯努利方程及其应用.池州学院学报，2014.12.

[3]蒋丹，邓海宏，温文涛等.地下低压配电房通风降噪仿真与分析.电工电气，2014.12.

[4]王胜利，李秀璋，王强.电缆沟道及汇控柜通风除湿方法探讨.电气技术，2013.22.

[5]隋东阳，李兆欣，陶金刚.电缆沟自动除湿装置的研发.电气设备，2016.08

作者简介：

1.张晓义（1991.10）男，大学本科学历，助理工程师，变电运维。

2.果淼，男大学本科学历，高级技师。从事变电运维专业。

3.赵波，大学本科，高级工程师，从事变电运维、继电保护专业。