智能除湿装置的研发

摘 要：文章详细介绍了35千伏开关柜智能除湿装置的研发背景、原因、设计安装以及使用效果。通过该装置的开发，可以有效降低由于水汽凝露导致变电设备绝缘降低进而引发的故障发生几率。

关键词：开关柜；除湿；故障

1 背景调查

慈溪市地处北亚热带南缘，属季风型气候。在夏季尤其在梅雨季节气候潮湿、高热，柜体内部断路器等设备长期运行会产生热量，最终使得变电所里的高低压柜产生凝露，由于高低压柜相对密封，产生的凝露会挂在柜顶，当凝露积聚一定的数量时，形成水珠，水珠就会掉落到高压开关或其它供电设备上，造成绝缘降低，引发开关跳闸或电气损坏。根据我们的生产系统显示，由于水汽使绝缘降低引起的故障发生几率较往年增加。我们对慈溪市35kV未安装任何除湿设备的变电所发生的缺陷进行调查（详情见表1）。

针对以上问题的产生，为了有效防止凝露的产生，解决因凝露产生造成的危害，减少突发事故停电的概率，智能除湿装置的开发迫在眉睫。

目前慈溪地区变电所的开关柜带有加热装置或温控装置，用安装加热板的形式来作为除湿装置，当开关柜内的湿度达到设定值时，加热板工作。但是开关柜相对封闭，当柜内温度升高，水蒸气上升，到柜顶形成水珠，水珠滴落，周而复始，还是会引发开关跳闸或造成设备损坏（见图1）。

2 方案提出

运用“头脑风暴法”针对开关柜除湿装置方案提出了各种初步选型方案，并用亲和图归纳整理（详情见图2）。

根据以上分析，我们从可靠性、灵活性、经济性以及实用性方面提出以下方案。

方案一：温度控制原理解决除湿，开关柜内很多元器件对温度和湿度是有要求的，温度过低元器件不能正常工作或损坏；温度过高会在元器件的表面形成凝露，降低绝缘而放电。温度控制原理设计可以提供适合电器元件运行的温度，延长产品使用寿命，它的设计原理较为简单，当达到设定的临界温度时会报警，而且制作安装费用也不高。温度控制原理参考的是环境温度，临界温度也是按照环境温度设定。而电气设备运行时，自身会产生很多热量，有时会远远高于预先设定的温度警戒线，造成误报，给操作和检修带来很大的不确定因素，因此必须要进行停电检查。

方案二：采用加热原理设计，当开关柜内的湿度达到设定值时，加热板工作使柜内环境温度升高，空气能容纳更多水分，防止水汽在柜内凝结。但是遇到突然降温时，柜体内部断路器等设备运行产生的热量与一直停留空气中的水分凝露于电气设备表面，使电气设备存在较大的隐患，容易引发事故。该方案实际原理较复杂，产品设计安装费用较第一个方案要大。

方案三：冷凝原理是采用空气冷凝技术，通过风扇吸收空气，经过半导体制冷元件凝结空气中的水分，并排出柜体外，产生的干燥气体排出除湿装置外，如此循环，使开关柜的潮湿空气不断减少，空气湿度显著下降，直至柜体内空气湿度达到要求。即使环境温度发生极大的变化也不会再产生凝露，避免因潮湿而引发的安全事故。该方案的设计原理较第二个方案简单，费用相当，安装较之前二个方案简单，选择余地大。

综上所述，我们选择方案三。

3 方案优化

3.1 冷凝原理设计的在线除湿装置其主要核心分为传感部分和控制部分

传感部分主要有传感器组成，按照实际需要，其主要作用是采集温度、湿度的实际量值，并把数据传输到控制中枢。所以以物理量为判断标准的温湿度传感器是最好的选择。

3.2 控制部分分中央处理器和执行器

中央处理器（CPU）通过数据的输入，把模拟量转化为数字信号，然后进行比较、运算、判断，作出执行命令。执行器为各个独立的执行器件，主要由半导体制冷片、冷凝片、散热片、风扇等组成。

3.2.1 多元平形流冷凝器（见图3）

冷媒以水平方向流动，在流动的过程中，降温降压。冷媒的回路不是单一的一个循环，而是经过多个回路循环的。能够节约成本。半导体制冷片冷热端的温差可以达到40～65度，因此在制冷片的热端持续散热，能进一步降低制冷片冷端的温度。

3.2.2 内属于翅片管式冷凝器（见图4）

属于热交换设备，包括立式壳体、带有尾气进口的上管箱、带有冷凝水出口的下管箱，冷水进口、热水出口结构限制变形以后容易堵，所需空间较大。

3.2.3 管带式冷凝器

根据相关资料的调查和仿真算法，相比平形流冷凝器，管带式冷凝器的单位迎风面积和单位体积传热量下降51%和45.8%。

根据以上分析，小组决定采用以多元平形流冷凝器为主要技术核心的除湿手段。

4 方案实施

4.1 图纸设计

4.2 装置制作安装

将装置的各组件进行组装安装。特别要注意的是，由于开关柜型号的不同，必须注意CT或者高压电缆头的运行位置与本装置的距离。导水管通过高压电缆沟，安装完毕后及时进行封堵（见图6、图7、图8、图9）。

（1）采用M4螺钉或4mm铆钉固定安装支架，安装时保证除湿器水平，不得倾斜。除湿器正面和两侧与柜面间应保留5cm以上的空间，确保两侧进风与正面出风畅通，整机与其他运行设备或线路保持足够的安全距离。

（2）将出水管一端接入除湿器的排水口，出水管应保持顺直，不得缠绕，出水管另一端通向柜体外。

（3）接线端子接入AC220V电源。

4.3 装置试验调试

5 效果检查

表2 35kV变电所开关柜缺陷抽查表

6 结束语

在沿海地区，由于凝露的原因导致变电设备绝缘降低的故障发生几率逐年上升，已成为电力部门亟待解决的难题。本装置应用了抽湿的反向思维，使用效果非常理想，对保证电网安全稳定运行，具有积极的意义，在电力行业内具有很高的推广价值。

作者简介：何整杰（1986-），男，湖北孝感人，研究生，工程师，长期从事电力一线生产工作。