变电站电缆层、电缆沟无源除湿装置的研制与应用

变电站电缆层、电缆沟无源除湿装置的研制与应用

吕尧富 王瑜 普雄峰 周芳芳

贵州电网有限责任公司六盘水盘州供电局 贵州六盘水盘州市 553537

【摘要】以笔者所在变电站的设备入手，分析了变电站设备受潮情况及危害，并在此基础上分析了环境对设备运行的重要性、变电设备受潮的原因及凝露产生的原因、变电站除湿的控制措施、建议整改措施及方案，以期通过相应措施，减少变电站设备的受潮，保证电网的安全、稳定运行。

【关键词】变电设备 受潮 凝露 危害 防范 无源

一、变电设备受潮情况及危害

我们管辖变电站在山区，由于地理位置原因，天气变化较大、下雨时间较长。变电站电缆沟、端子箱、机构箱、开关柜及保护屏内设备都有不同程度的受潮，常规变电站室外的机构箱及端子箱内的设备都有不同程度锈蚀。如图1所示：

图1

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，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，并在箱顶形成凝露，凝露一旦滴落，可能会造成短路，轻则误发信号，重则导致保护误动或拒动。2018年至今，我所管辖的常规变电站就出现因受潮导致设备不能正常动作的情况，如柏果变110kV分段110断路器端子箱端子锈蚀，造成控制回路接触不良，监控后台、当地后台不能遥控。保护及备自投动作分、合110断路器都失效，幸好发现及时，并及时汇报处理，才没有造成事故。但箱体变就没有这么幸运了，箱体变，因通风困难，开关柜太过密封、电缆层又有积水。导致开关柜因受潮而凝露，造成设备放电。短短两年的时间内，我所管辖三座变电站，就发生因受潮导致设备烧毁两次。电缆头烧坏4次。都是因表面受潮凝露、绝缘下降，在电压的作用下放电击穿。

二、环境对设备运行的重要性

变电站保护屏柜、开关柜、机构箱及端子箱在变电站工作中起着至关重要的作用，都是主要设备的核心部件，一但由于所处环境恶劣，造成变电保护屏柜、开关柜、机构箱内设备受潮，很可能造成一、二次部件锈蚀老化损坏。给变电设备安全运行带来安全隐患，严重时导致设备事故。设备有长期放电情况时，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（有害气体）在配电室聚集。在运行维护、操作及事故处理前，虽然采取了进入配电室先通风的措施，对运行值班员都会造成一定的伤害。此外，还会耽误运行维护、操作及事故处理的时间，增加维护的工作量。

三、凝露产生的原因及变电设备受潮的原因分析

1. 凝露产生的原因分析

首先，我们先来了解一下水蒸气，它是水（H₂O）的气体形式。当水达到沸点时，水就变成水蒸气。在海平面一标准大气压下，水的沸点为99.974°C或212°F或373.15K。当水在沸点以下时，水也可以缓慢地蒸发成水蒸气。而在极低压环境下（小于0.006大气压），冰会直接升华变水蒸气。由于水蒸气的分子由两个氢原子一个氧原子构成，空气主要是氧气和氮气的混合气体，平均分子量要比水分子大得多，所以水蒸气在上层。

其次，凝露现象产生的原因，所谓凝露现象，就是当空气中水蒸气的蒸汽压超过设备存在的温度和压力下的饱和蒸汽压的时候，在设备的表面发生凝结的现象。在电气设备的周围存在着较大温度波动或者吸湿性粉尘的时候也会引起凝露现象。通常凝露现象的产生主要就是在低温高湿的环境下产生的。

2. 变电设备受潮的原因分析

实地考察分析，发现以下几点都是容易导致变电站保护屏柜、开关柜、机构箱及端子箱潮湿或凝露的原因。

1、地理环境。山区、低洼地带容易积水等地质因素。 

2、气候因素。雨、雪、雾、霜等天气因素。

3、变电站机构箱常年处在户外，日晒雨淋。在每年4月至7月、11月至次年2月，保护屏柜、开关柜、机构箱及端子箱内湿度大，潮气多，密封不严，给机构箱及二次设备带来了非常大的安全隐患，湿度大的气体在遇到温度低的机构箱外壳时凝露成水珠。箱内的空气湿度，是指空气中的含水量与相同温度下的空气中含水量饱和值的比值，这个比值越小，说明空气越干燥，反之，说明空气越潮湿。端子排受潮的缺陷也经常出现，特别是凝露严重的时候，将会形成水滴，大大降低设备的绝缘强度，严重威胁电网设备安全。

4、机构箱密封胶条老化损坏，起不到密封作用。随运行时间延长，密封圈，密封条出现老化现象，严重影响密封效果。

5、机构箱孔洞封堵老化损坏。封堵用的绝缘板风化损坏，防潮效果变差，封堵处重新出现孔洞。

6、封闭式结构。电气柜各器室封闭式结构，且相互独立，柜内空气流动性差， 容易积聚潮湿空气。   7、通风系统主控室、配电室加装的通风系统加速了电缆层及电缆沟与环境潮湿空气的循环，使大量的潮湿空气进入保护屏柜、开关柜、机构箱及端子箱内部。 8、电气设备封闭不严。电气设备与电缆半层或地沟连接部分密封不严，电缆层或地沟潮湿空气沿缝隙进入电气设备。

9、变电站的潮湿空气主要来至室外电缆沟及有水聚集的电缆层。而很多除湿设备都装在开关柜、机构箱、端子箱或室内。加上开关柜、机构箱、端子箱与电缆沟及电缆层相通，很多开关柜、机构箱、端子箱上端都开有扇气孔，有一定的烟囱效应。也加速水蒸气的进入。

10、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。

11、一般变电站的端子箱、机构箱及汇控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。而实际运行中，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。而高温气体上升遇到低温的端子箱、机构箱外壳时，特别是在低温天气，凝露的速度加快。

4. 变电站现有除湿的控制措施

目前，变电站除湿的控制措施有：室外端子箱、机构箱装了带温湿度控制的加热装置、配电室有抽风装置，还按配电室空间及设备潮湿情况配置了一定数量的除湿机及空调。另外还结合天气情况安排对配电室进行通风，在密闭的开关柜上开透气孔等。都有点亡羊补牢，没有装置从源头控制水蒸气，导致部分设备依然受潮锈蚀，严重的导致设备事故，影响设备的安全运行。

五、解决方案

结合以上分析，清除电缆沟及电缆层内的潮湿空气，阻断端子箱、机构箱、汇控箱及开关柜与电缆沟及电缆层的联系尤为重要。

1. 针对变电站室外端子箱及机构箱电缆孔，箱式变电站开关柜电缆孔采用环氧树脂进行填充，确保电缆孔的密闭性，保证端子箱及机构箱与电缆沟隔离、开关柜与电缆层隔离，防止水蒸气进入。

2. 保证室外端子箱及机构箱的除湿装置运行正常，控制好端子箱及机构箱的湿度及温度。

3. 认真排出电缆沟及电缆层的排水系统，确保排水系统畅通，电缆沟及电缆层无积水。

4. 做好电缆沟、电缆层与配电室、继保室的封堵，减少水蒸气涌入、配电室、继保室而进入开关柜和保护屏柜。

5. 由于电缆沟大部分在室外，加强电缆沟及电缆层的除湿，是最大的难题，在电缆沟及电缆层边缘合理布置一些类似于烟囱的管道无源除湿装置。如图2：同时在电缆沟的盖板上开一定数量的透气孔（但是要满足防小动物的要求），保证电缆沟及电缆层空气流通。在变电站源头上进行除湿，保证电缆沟及电缆层空气流通，使电缆沟及电缆层内温度与外界温度一致。这样就减少了配电室、继保室、端子箱及机构箱水蒸气的聚集，也就减少了凝露的产生，保持设备空气干燥，保证电网的安全运行。

图2：

六、无源除湿装置工作原理及制作方法

1、无源除湿装置工作原理：无源除湿装置是结合水蒸气的特点，利用烟囱效应的工作原理。（烟囱效应，是指户内空气沿着有垂直坡度的空间向上升或下降，造成空气加强对流的现象。烟囱效应的产生。在有共享中庭、竖向通风（排烟）风道、楼梯间等具有类似烟囱特征——即从底部到顶部具有通畅的流通空间的建筑物、构筑物（如水塔）中，空气（包括烟气）靠密度差的作用，沿着通道很快进行扩散或排出建筑物的现象，即为烟囱效应。）

2、无源除湿装置制作方法：在电缆沟及电缆层的侧面开口，安装适量垂直一地面，直径200mm，高度高于端子箱2米左右（总高3-4米）的管道。为了防止雨水的滴落以及小动物、鸟类的进入，加快了水蒸气的排出。在此管道顶加装了无动能风帽（如图）。

图
2：无动能风帽

另 外，高温气体上升遇到低温外壳时，会有凝露产生。同样烟管及无动能风帽也会产生凝露，凝露聚集形成水滴。势必要往下流，返回电缆沟。在管道的根部加装了凝露收集排放装置（如图3）。它的制作原理是，取管道同直径的管道一小段，在内部加一个倒的漏斗。上漏斗口经量大，下漏斗口和管壁贴合。在管道与漏斗下口贴合处的上方开一个直径16-25mm孔，外接存水弯后，用管子将收集的凝露引至排水沟即可。存水弯在此的主要作用是密封，防止排水管水蒸气经过排水管进入除湿装置，造成二次凝露。

图3

7. 无源除湿装置的应用及效果

本无源除湿装置试制后，在110kV大营变电站电缆沟旁、进配电室电缆沟旁进行了安装（如图4），

图4

并分期对其实际效果进行了测试（见表一）。经测量可见，安装此无源除湿装置的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。

表一：在110kV大营变电站电缆沟进行的相对湿度测量结果

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】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，2013.2

【3】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，2016.8