高原地区 500千伏变电站端子箱加热器系统改进措施探讨

高原地区 500千伏变电站端子箱加热器系统改进措施探讨

刘志伟

国网西藏检修公司 西藏自治区昌都市 854000

摘要：高原地区昼夜温度大,变电站户外端子箱及开关刀闸机构箱等箱体内的加热器经常发生故障,端子箱在一次设备与二次设备中起连接中转作用，是变电站的重要辅助设备。因长期安置于环境恶劣的户外，难免受尘土、潮湿、温度、鼠虫等因素的影响，使端子箱内部的线缆和元器件遭受不同程度的损害。对此本文从防潮控温等方面综合考虑，提出了一系列户外端子箱的防护措施及其设计规范。采用了除湿调温自动控制系统。综上所提防护措施能全面保障户外端子箱的正常运行。

关键词：端子箱；温湿度控制加热器

引言：

端子箱为变电站重要的户外辅助设备，是变电站现场运行设备中控制、保护、测量、计量等回路模拟量提取的中转设备。保证户外端子箱的安全可靠运行是实现电力系统智能控制、稳定供电的基础。端子箱一般安置于环境恶劣的户外，易受自然环境以及人为因素的影响，如金属外壳锈蚀、内部潮湿、温差变化、虫鼠水土等物进入以及人为故意盗拆破坏等，这些影响都一定程度上给户外端子箱造成损害，不利于端子箱的安全稳定运行。对此有必要针对上述问题展开研究，提出全面有效的户外端子箱防护措施，这对维护电力系统的安全稳定运行具有重 要的意义。在对户外端子箱的防护研究中,目前大多数研究主要集中在端子箱内部的防潮与除湿上。目前的研究内容比较单一，缺乏综合考虑端子箱在箱体机械结构、内部温度湿度控制、带电维修更换等方面存在的问题。所以研究一套全面合理的防护措施当务之急。对此，本文对户外端子箱进行一系列综合性防护研究，提出了相应的户外端子箱的防护措施及其设计规范。论文首先从户外端子箱的整体出发，全面的分析了户外端子箱现存的问题，并针对问题就防护措施逐一进行了探讨，分别在端子箱箱体结构、箱内温湿度自动控制等方面提出了一系列防护措施与设计规范。

一、目前端子箱存在的问题

户外端子箱箱内温湿度的控制困难问题端子箱内部含有大量的接线端子、电缆、元器件等，由于端子箱内部的温度、湿度等环境因素无法控制，导致箱体内部温湿度变化较大。如四季气候更迭，昼夜温差变化，都可造成很大温度差。巨大的温差变化对端子箱内部的电缆和元器件来说是一种严峻的考验，它会加速端子箱内部元器件和电缆的老化速度，减少其使用寿命。而端子箱内部的湿度也会影响其运行状态。还有当端子箱内的湿空气达到露点温度时容易形成水雾，端子箱内的电气设备长期处于这种环境下，其绝缘能力将随之下降，影响了机械及电气性能。严重者会在绝缘体表面沿面放电或者发生故障。

端子箱整体的兼容性较差问题通常情况下，一个变电站中含有数几十个端子箱，然而端子箱厂家不同，直接带来了兼容性差的问题。不同厂家的端子箱尺寸和形状多种多样，导致变电站现场安装时所需的场地大小和安装方式等不同，给现场安装和更换带来了诸多不便。

二、箱内加热除湿系统现状

箱外环境变化会对箱内的温湿度造成一定的影响，从而影响内部元件的寿命，甚至导致故障。因此要采用相应的防护措施实现箱内温湿度稳定在适当的范

围以内。现今，端子箱的除湿调温方式主要有三种: 采用干燥剂、加热器、温湿度自动控制系统。( 1) 干燥剂是一种物理除湿方法。优点: 不需要接电源，应用方便简单; 缺点: 除湿效果不佳，需定期检查和更换，维护工作量大。 ( 2) 加热器除湿法就是加热使水汽化随空气溢出箱外。优点: 除湿效果较好; 缺点: 加热器须外接电源，长期加热会导致箱内温度过高，造成绝缘老化，缩短了设备寿命。且加热器需要人工开关，无法自动智能控制，不发保证箱内温度恒定。 ( 3)温湿度自动控制系统是分别用内置温度、湿度传感器采集的数据智能控制箱内温湿度。当箱内湿度高于设定值时，启动开关温湿控制器工作; 当箱内湿度低于设定值时，温湿控制器开关关闭。优点: 对箱内温湿度实现了智能控制，能很好的维持箱内温湿度的稳定，且无需运行人员的频繁操作。

综上所述，端子箱内部温湿度控制方面研究的是较多的。主要是因为温湿度对端子箱的影响确实很大，同时也说明电力行业对端子箱内部温湿度影响的重视。当箱内温度过低时，易导致外界湿润空气内流，出现凝露现象，破坏了干燥的内部环境，不利于内部设备的运行与保养; 为了保持箱体内部干燥环境，干燥剂按其除湿效果仅可用于辅助防潮除湿。最有效的方法还是采用加热器升高内部温度，使水汽化随热空气外流。此法确实有效的减小了内部的水分含量，但是温度过高极易加速内部元器件绝缘层老化，缩短了设备的应用寿命。目前系统内大部分均采用温湿度自动控制器来实现加热除湿，从而使箱内的温湿度达到要求范围内。

以高原地区500千伏澜沧江变电站为例，分部对其加装温湿度自动控制加热器和未加装加热器的户外端子箱进行24小时温湿度监测，得出结果如下图所示：

图一 安装加热器温湿度曲线

图二 未安装加热器温湿度曲线

从上图曲线反应看，加装加热器的端子箱湿度控制明显好于未加装加热器的端子箱，湿度平均值较少47.2%,湿度最大值较少32.4%,但从24小时内的湿度曲线看仍有较大变化，变化率在35.8%(天),由此可见目前的温湿度自动控制加热器仍有一定的弊端，为此需要对端子箱内加热器工作策略进行改进及优化。

三、箱内加热系统改进措施

通过分析监测数据后发现，汇控柜内温度和湿度呈负相关，湿度最高值出现在早晨，最低值出现在下午。只有使物体的表面温度始终高于环境温度或者让柜内保持恒温，才能有效的降低柜内湿度，从而防止凝露的发生。而本次研究对象出现较大的湿度变化,主要原因有以下两点:

1.加热器启动值设置不合理。经现场研究发现，加热器启动值设置在0℃，即低于0℃，加热器开始加热除潮。但从图一观察得知，在0℃时，湿度已经呈上升趋势，且加热器达到除潮效果需要一定的时间，故在此阶段箱内湿度在持续上升。

2.温度传感器位置设置不合理。经现场观测发现，温度传感器安装在箱体下部，且与加热器距离小于10cm，造成温度传感器较快达到加热器停止工作定值（20℃），造成加热器工作时间较短。

为此对端子箱加热器系统提出相应整改方案:

1.考虑到对箱体整体温度的控制，将温度传感器安装于端子箱的中上部。

2.考虑到温度低于0℃后加热器开始启动到除湿状态会有一定的时间，这个阶段箱内湿度会有上升趋势。故将加热器启动值改为5℃，从而增加加热除湿时间。

四、整改效果及后续计划

根据上述整改和优化，通过近一段时间的运行观察，发现端子箱内湿度明显低于整改前，具体图下图所示：

图三 加热器整改后温湿度曲线

与之前对比如下:

通过上述图表对比，加热器整改后的端子箱最高湿度、平均湿度及湿度变化率均有所下降，湿度曲线较整改前趋于平稳，除湿效果明显优于整改前，达到预期效果。

为了更加优化端子箱除湿效果，对加热器运行维护也需要一定要求：

1.应注意端子箱机构箱密封防尘，灰尘落在自动温湿度控制器的湿度感应器上会降低其敏感性，以致测不出正确的湿度。

2.加热器的选择及安装。一般应根据箱体的体积大小选择加热器的功率，功率选择小了效果减弱，选择大了会使箱体内设备温度过高而影响寿命。加热器应安装在箱体内部下方，因为热空气较轻会往上流动，且加热器应远离设备尤其是二次线及橡胶部分，二次线的绝缘外皮及其它橡胶部分在高温下会加速老化，从而影响其性能。

后续将会继续从柜体设计，密封封堵，通风对流，柜内温度控制等方面深入研究防凝露整改措施，为电力设备安全稳定运行提供强大的保障。具体如下：

1.端子箱箱体设计

建议后续户外端子箱采用坡度设计，当降雨时，雨水从柜顶部顺沿着柜顶往下流动，不会在顶部积水。当斜风雨从柜体正面飘落时，雨水有可能也会进入到箱门缝的凹槽的里面，为了防止雨水通过转角槽钢处与端子箱内部的通道流入整个箱底盘，在凹槽底部打出水孔。

2.端子箱底部密封设计

建议今后投产汇控柜底部电缆井进行改进设计，防止汇控柜柜体底部积水，同时对柜体底部进行有效的防潮密封处理，用防火水泥进行浇筑，将电缆缝隙完全堵住，从源头上杜绝底部湿气进入柜体内。

3.箱内温度控制力度和密封

继续深入研究箱内加热器布局模式，合理的改变加热器布局和功率，呈分散式多个低功率加热器常投，考虑到端子箱体积较大，中上部温度低于底部，热空气上升后有可能在上部再次凝露，所以适当在柜体中部布置加热器，使整个箱内温度保持均衡。同时在箱体四周加装保温材料，如隔热棉等，防止箱内温度随着环境温度的波动。

五、 总 结

以上对高原变电站端子箱加热系统的改进及优化措施进行了探讨及研究，在变电运行中凝露会产生较大的危害，必须引起我们的重视，对户外端子箱机构箱及室内开关柜采取积极且有效的防凝露措施，能在很大程度上提高我们的变电站设备安全运行水平，增强供电可靠性。