关于开关柜凝露因素试验分析

国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司 李 然 钱树焕 劳凯峰

供电可靠性是考核供电系统电能质量的重要指标，是衡量国家经济发达程度的标准。开关柜在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换过程中起到开合、控制和保护用电设备的作用，是输变电系统的重要组成部分，因为开关柜结构日趋小型紧凑，所以对环境因素的要求逐渐变高，假如开关柜长期在闷热潮湿的环境中作业就会在内部结构中聚集水汽形成凝露，凝露现象容易对开关柜的电气绝缘造成影响，促使原本并不导电的区域转换为导电区域，出现逻辑脉冲混乱、电源短路、电子元器件失效等故障。

开关柜是输变电系统的重要组成部分，能够有效解决电网运行中产生的各种问题，开关柜的稳定运行直接关系到电网的供电质量。开关柜的运维是输变电系统日常运维的重要内容，但开关柜凝露的产生往往对开关柜的安全运行造成严重危害，开关柜绝缘性能会因为凝露现象的产生造成性能下降、加速设备老化速度、损坏设备、降低设备运行寿命。输变电系统运维部门要根据开关柜运行中产生凝露的现象，分析设备存在的运行问题，了解凝露现象产生的根本原因，同时可以采取科学的方法实现对开关柜凝露的治理，提升设备安全运行的水平。

文中搭建开关柜凝露因素试验分析系统，观察在不同温湿度条件下凝露的发生及发展过程，分析开关柜柜内温湿度、开关柜柜内外温差对凝露的影响及对策[1]。

1 开关柜凝露因素试验分析系统

1.1 凝露现象产生原因及危害

在自然条件下空气能够容纳水汽与环境温度呈现正比，环境温度越高、空气容纳水汽数量更多，露点温度主要指的是特定湿度空气出现凝露现象的最高温度。一旦开关柜设备表面温度低于开关柜周围空气的露点温度，无法继续容纳在空气中的水汽在开关柜设备表面出现冷凝现象，通过液态水的形式析出。在开关柜底部电缆沟湿气将会由电缆室通道持续上升，湿气在遇到设备内部顶板、端子等金属或塑料元器件时，在冷热交换界面产生凝露现象。

一旦析出的液态水和开关柜内部灰尘混合之后，会迅速产生相应的导电通道，对开关柜电气绝缘造成严重破坏，促使原本不导电区域转换为导电区域。混合了灰尘的凝露一旦附着在开关柜端子箱顶端，在凝露集结一定重量后会滴落在裸露的工作元件上，造成金属元件两极间形成通路，造成元件短路烧坏、失去正常的功能，一旦混合了灰尘的凝露附着在接线端子上，就会产生本不存在的导电通道，严重可造成火灾和炸机等严重事故[2]。

1.2 试验分析系统

温度和湿度是凝露形成的决定性因素，对开关柜电气设备的绝缘性产生根本性影响，对开关柜中的电气设备来说，湿度一旦超过60%就会产生凝露，因此，控制开关柜内外温湿度变化、记录不同温差及不同湿度下产生凝露需要的具体时间，能够分析出凝露与温湿度间的关系。开关柜凝露因素试验分析系统主要包含人工环境室、空气处理机组、开关柜、温湿度传感器&控制器、加热器、加湿器、水分检测试纸、监控、计算机。开关柜内部由温湿度控制器进行自动调节，温湿度控制器负责检测开关柜内的温湿度与设置目标之间的比较，通过加热器和加湿器控制开关柜温湿度。开关柜柜外温湿度主要通过人工环境室进行控制。

1.3 开关柜易发凝露部位

伴随试验进行，开关柜内壁水滴逐渐增多，边缘相对于中间水滴更多，开关柜内壁边缘更容易产生凝露，主要原因在于开关柜的边缘存在缝隙，开关柜柜体内壁边缘温度更低，当开关柜内高温高湿气体从边缘向外部流动，低温的内壁边缘部分接触到高温高湿气体就形成凝露。在试验过程中，开关柜柜内温湿度分布均匀，凝露大部分在开关柜柜内壁产生，开关柜柜内设备几乎未产生凝露，为了找出科学控制凝露的办法，分析开关柜湿度条件变化需要通过UT-A200W13微环境监测终端系统获取开关柜柜内温湿度数据，这套系统主要包含5281监控主机及配套的5284传感器，传感器将会通过无线传输方式将数据定式发送回传，主机进行扫描后实时收集上送，同时监测主机状态信息，通过干扰较少、信号服务质量好的NB-lot接入云平台进行数据展示、后台监控[3]。

2 不同条件下的开关柜凝露试验研究

2.1 高低压加热器投停对凝露现象的影响

温度持续上升，对开关柜内湿度产生影响，主要选取典型间隔对开关柜内湿度进行研究，观察开关柜内湿度伴随高低压加热器投停产生的变化曲线（图1）。在开关柜加热器开始投入后，湿度在1个小时以内产生明显下滑，下滑程度相比初始达20%左右，在2个小时以内能够快速降低开关柜内湿度，直至与柜外温度接近；在开关柜加热器退出投入后，开关柜内湿度在2个小时以内快速上升，上升程度达30%左右；高低压加热器一旦投入再退出，开关柜内的湿度会产生先下滑再上升的情况，最后开关柜内湿度和高低压加热器投入前相差达10%左右。

图1 开关柜加热器投入/退出时湿度变化曲线图

2.2 开关柜前柜门开合对凝露现象的影响

假如开关柜为中置式金属封闭开关柜，那么开关柜内的水汽将无法通过循环系统排出，在冬季密闭的室内环境将会在开关柜门形成凝露，如果空气流通和通风条件尚可，那么湿度将会明显减轻。当开关柜前柜门开合时湿度变化较为明显（图2）。

图2 开关柜前柜门开合柜内湿度变化曲线

在室内环境湿度变化不明显的前提下，开关柜的前柜门在打开阶段柜内的温度显著下滑达15%左右；在开关柜的前柜门闭合之前，开关柜的柜内温度与室内温度接近；在开关柜柜门闭合之后，开关柜柜内温度开始上升，恢复到与开关柜前柜门打开前的水平。在柜内外温差15℃下，相对湿度不变，柜内湿度越高凝露所需时间越短，柜内温度升高凝露所需时间呈现减小趋势（表1）。

表1 不同开关柜内外温差及柜内温度下凝露时间

2.3 开关柜前下柜柜门对凝露现象的影响

根据试验监测得到的数据，对开关柜前下柜柜门的开闭对湿度的影响进行分析（图3）。打开开关柜前下柜柜门的7小时之内，开关柜内湿度并没有产生十分明显的减弱，最大的减弱幅度仅达到2%，当开关柜内外温差达5℃时，柜内相对湿度达90%才能产生凝露，可以就此忽略开关柜前下柜柜门的影响[4]。

图3 开关柜前下柜柜门开闭时柜内湿度变化曲线

3 电缆沟疏堵解决凝露现象的研究

根据凝露产生的机理，可以得知通过对湿度和温度等形成条件产生破坏后，可以消除凝露的发生，只要破坏其中任何一个形成条件都不会出现凝露现象。结合这个前提条件对开关柜内外影响湿度的条件进行综合分析，在开关柜设备底盘进线孔采取密封剂或密封胶进行防潮、防凝露的密封，可以有效防止电缆沟湿气通过电缆室通道进入开关柜内部，造成开关柜内部湿度过大产生凝露。

为了便于观察电缆沟疏堵产生的影响，在电缆沟东侧、中间及西侧分别设置监测装置，分别对晴、雨两种天气的湿度进行分析，电缆沟无论是在晴天还是在雨天均处于湿度数据相对较高的状态，电缆沟存在极大程度上的疏堵不良的状态。在进行电缆沟疏堵检查以后，改进复合电缆盖板设计，电缆沟四角采用具有通风工效的镂空篦子型电缆沟盖板，等间距排列，有效降低电缆沟内集聚的热量，改善电缆的运行环境，便于电缆沟气体与室内气体交互，促使电缆沟湿度下降。

电缆室内表面、底面和隔离墙双侧面做防水处理，电缆室底部平台增高台阶高度不小于20厘米，电缆穿越后进入设备内部时要做好进出线的疏堵工作。在进行改造后连续十天的阴雨天气期间，对开关柜湿度监测观察，开关柜湿度变化幅度明显变小，开关柜内湿度明显下降到70%以下，这种情况明显说明疏堵电缆沟后开关柜的湿度明显改善，有效避免水汽进入开关柜，改进设计简单可行，能够有效避免开关柜凝露现象，有较高的推广价值[5]。

4 结语

通过文中的分析和研究，利用试验找出开关柜凝露易发位置，清晰记录开关柜在不同温湿度和内外温差下形成凝露需要的具体时间，通过分析可以了解到，高低压加热器的投入和推出、开关柜前柜门开合及电缆沟疏堵对于开关柜湿度产生明显的影响，对于开关柜降低湿度产生十分重要的作用，一旦温度过高时，环境温度的细微变化都会造成凝露的产生，凝露现象几乎都是产生在开关柜的内壁上，并且开关柜内壁的边缘相对于中间更容易产生凝露。

在开关柜产生凝露之前必须要采取科学的措施方式抑制凝露的产生，凝露主要是因为开关柜内外温差及柜内温湿度共同作用产生的，一旦开关柜柜外的湿度差升高，开关柜柜内温度和湿度随之变高，凝露的形成时间就相对短暂，电缆沟盖板更换成镂空篦子状的电缆盖板、做好开关柜进线封堵、利用人工智能环境控制器控制高低压加热器投退、加强开关柜柜内气体流动均可充分抑制凝露产生，确保电气设备、电网的安全平稳运行[6]。