冷点除湿方法在变电站室外箱体中的应用

1、    “冷点”除湿方法在变电站室外箱体中的应用    董肇晖翟博李秋实张亚晨【摘 要】此项目是针对室外箱体内设备湿度大，二次原件工作环境恶劣的特点，对现有驱潮加热器工作原件进行分析，查找设备除湿薄弱环节，从设备含湿变化原理出发，创新性提出室外箱体“冷点”除湿方法。原有的室外箱体除湿功能主要依靠驱潮加热器实现，其原理是通过提高箱体温度延缓箱体湿度达到饱和，并不能使箱内湿气有效排出箱体，如进入雨季，箱体环境温度突降，则很容易使箱内凝露，此时只能继续提高加热功率，如此使箱内在雨季进入高温高湿环境，更加不利于二次元件正常工作。为解决这一问题，本文提出利用电子制

2、冷器的制冷端在箱内制造一个“冷点”通过定点凝露的方式将潮气排出，再通过加热端将冷凝干燥后的空气加热排入箱内，实现箱体内循环除湿加热。【关键词】“冷点”除湿；循环除湿加热1 室外箱体理想工作环境与现状1.1 室外箱体理想工作环境在变电站中所谓室外箱体通常指一次设备的机构箱、端子箱、汇控箱、检修电源箱等设备。此类设备内承载控制一次设备动作、反应一次设备工况的各种二次系统元件，主要以端子排、继电器、接触器、微动开关、辅助节点、控制按钮和二次电缆为主。其工作电压通常为交、直流220v，绝缘介质一般为空气和绝缘塑料，绝缘距离一般为厘米级。为保障上述设备能够正常工作理想情况下希望设备在常温、干燥的环境中工

3、作。原因如下：如温度过高会影响塑料绝缘性能、降低使用寿命；如温度过低会使塑料变脆降低使用寿命，在元件动作时易发生设备开裂、产生节点卡涩、元件动作不正确的现象；如湿度过大不仅会加剧元件老化、修饰影响使用寿命，而且还会在低温下产生凝露，导通部分二次回路，导致二次回路误动作，如高湿遇到高温会加剧二次元件老化、锈蚀、卡涩，导致二次元件拒动可能性加大。所以室外箱体理想工作环境为干燥常温，其中干燥是关键、不能箱体内部不能凝露是基本要求。1.2 室外箱体实际工作环境在实际情况中室外箱体长期暴露在雨、雾、风、雪等环境中，自然环境中的水分会不断向箱体内侵入。为避免雨水侵入，箱体的二次电缆会从箱体下方进入箱体，此

4、时箱体会像一个罩子扣在电缆沟上方，沟内的潮气在烟囱效应下（指特点空间内空气沿着有垂直坡度的空间向上升，并不断将户外的空气抽入填补，造成空气加强对流的现象，也称拔火拔烟）不断进入箱体，在特定环境下箱内湿度会远大于大气湿度，而昼夜温差会使这一现象加剧，并在箱体内部产生凝露、结霜甚至结冰。1.3 目前治理方法及不足为应对上述现象，传统上室外箱体中会采取开通风孔、定期晾晒和安装驱潮加热器的方法进行治理，下降对这三种方法的工作原理和不足分别说明。通风孔：该方法是在箱体两侧对开两个小孔，使箱体与环境形成对流，将电缆沟升腾进入的水汽拍到室外，进而降低箱体湿度的方法，此方法能够将箱内湿度保持与大气基本一致，因

5、上面讲过，箱内湿度会远大于环境湿度，故此方法能降低箱内湿度。但该方法具有一定局限性，对于沿海、山区或其它潮湿地区或环境中，如大气湿度趋于饱和，则箱内湿度也会趋向饱和甚至过饱和，并在温差下产生凝露，不能完全满足箱体工作要求。定期晾晒：该方法是指在箱体工作一段时间，或者经过一段比较潮湿的时间后，在外界环境较好的情况下（通常指干燥、威风、日照足的环境）打开箱体进行晾晒，促使箱体内湿气迅速排出。该方法只能作为箱体内部受潮后的补救措施，并不能防止箱体内湿度过大，且晾晒时必须有人员看护，防止突然下雨或者有小动物、昆虫进入，影响设备正常运行。安装驱潮加热器：该方法是通过在箱体内部安装加入器，当湿度过大时通过

6、湿度控制器启动，迅速提高箱体内温度。根据温湿度曲线，温度上升湿度（饱和度）下降，以此防止设备凝露的应急手段。同时温度上升会提高箱体内的气压，使箱体內的气体向箱体外排出，以此降低箱体内的含水量。但是因箱体通常具有一定的密封性，此方法所产生的压差并不能有效的将箱体内的湿气排出，如一味提高加热功率还会是箱内产生高温，如停用加热器会使潮气更快速进入箱内，如此进入闷湿的恶性循环，而上面说过高温高湿、即使不凝露也会是二次元件生锈，如此时遇到气温突降，加热功率不能维持温度，会在箱体内产生更严重的凝露。2 室外箱体“冷点”除湿方法的使用及注意事项2.1 “冷点”除湿方法的使用本文创新性提出室外箱体“冷点”除湿

7、方法。即在箱体内人为制造一个冷点，将空气中的水分通过定点冷凝再排出箱外，具体实现方法如下：利用制冷器（推荐使用电子制冷器）的制冷端在箱内特点位置制造一个“冷点”通过定点凝露的方式将潮气中的水分凝结并通过排出箱体，再通过加热端将冷凝干燥后的空气加热排入箱内，根据焓湿变化原理，制冷器制冷端的制冷量不大于散热端的散热量，而退水后的干空气热容量小于脱水前的湿空气。所以除湿装置的出口风温会大于入口风温，对于整个箱体而言，“冷点除湿”实际相当于一个加热器脱水装饰，实现箱体内循环除湿加热功能。此种方法直接针对箱体内部的水分，可将水分排出箱体，而所产生的温升实际上相当制冷器的有功消耗，相对于大功率的加热器，此

8、种方法的温升相对较小，能够基本满足室外箱体干燥常温的工作环境要求。2.2 “冷点”除湿方法与加热除湿方法的焓湿图对比为了更清楚的对比“冷点”除湿与加热防凝露两种方法的效果，用焓湿图进行两个方式的工况变化模拟。假定室外箱体为密封状态，箱体内温度为26、相对湿度90%、含湿量19g/kg，总体焓增4kj/kg（总体热力学耗能）两种温方式焓湿图变化情况如下：如图1所示，加热器驱潮工作时，加热器附近气体经过a过程水分含量未发生变化，相对饱和度随着温度变化从90%下降到70%。如图2所示，当“冷点”除湿器工作时，除湿器附近气体首先经过b过程，水分含量未发生变化，相对饱和度随着温度下降到达100%，而后经

9、过c过程，部分水分在冷凝器上凝结排出，含水量从19g/kg降到16g/kg，最后经过d过程，在散热器上升温，温度升至37左右，相对饱和度为40%。 经过对比可知相同“冷点”除湿器工作中气体含水量下降，箱体内气相对干燥、且更加节能。2.3 “冷点”除湿方法的注意事项对“冷点”除湿装置在使用过程中需注意制冷方式选择、气体循环控制、启动湿度控制三个方面，具体说明如下。制冷方式选择：现有的制冷形式有压缩机制冷、光化学制冷和电子制冷几种，理论上讲任何一种制冷形式都可以满足上述工作要求，但针对本文说描述的室外箱体，以电极制冷作为合适。如选用压缩机制冷，不仅造价高，在压缩机工作时会产生震动，对箱体内二次元件

10、会产生影响，如果以氨等危化品作为制冷剂会存在还安全隐患。如选用光化学制冷，首先产生的温差较小，凝露脱水效果不佳，且制冷装置不易小型化，而光化学制冷剂通常为危化品，一旦发生泄漏对损害箱體内二次元件。本文建议选用电子制冷，该方式制冷器通过电效应制冷，不需要制冷剂，且体积小、制冷温差大，对箱体布局影响小，便于后期改造安装。气体循环控制：“冷点”除湿装置工作原理时需要不断的有湿空气接触制冷端冷凝，并将脱水后的干空气不断送入散热端加热，以此保证除湿连续性，需注意空气流动方向不能反，空气流动不宜过快或过慢，如先经过散热端后过制冷端，则不能实现凝露脱水。如空气流动速度过快则不利于气体热量交换，降低凝露效果。

11、流动过慢则会在制冷和散热两端形成温度极值，不利于除湿装置使用。启动湿度控制：在装置控制中建议参与湿度控制装置启动，不采用长期运行的方式。因为任何制冷器都有一定的工作寿命和最低制冷度，如设备长期投入使用则一方面会降低设备使用寿命，另一方面在较低的湿度下启动制冷器，因制冷温度有效，会使凝露效果不佳，很难除湿。且箱体内出现高湿情况通常在特定时期，正常情况下只存有低量的的水分，这对箱体内二次元件影响不大，故不必要使除湿装置长期运行。散热、散冷器选择：为了保证装置正常运行，且保证出口风温事宜，应根据箱体具体情况选择散热器与散冷器，但基本原则是散热器换热量应大于散冷器换热量，如散热器换热量小于散了器，会导致装置寿命下降，散热器越大出口风温越大。但散热器过大，会占用更大的空间，不利于装置安装。换热计算公式如下：q=a*k*tq：换热量a：有效换热面积k：传热系数t：温差3 治理效果及意义该方法已经在北京地区500kv变电站进行试用，试装设备在雷雨季节未发生箱内湿度过高的现象，相对于未试装的箱体，“冷点”除湿装置能有效提高室外箱体干燥程度，提高设备安全稳定运行能力。随着一次电力设备逐步改进，变电系统短板已逐步项室外箱体内二次设备转移。究其原因，皆因室外箱体二次元件工作环境恶劣所致，如果“冷点”出发方法能在系统中得到推广，将势必提高二次系统整体绝缘水平、降低二次