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南方地区三相变压器-变电站凝露问题的解决方案

文章出处:www.bianyaqi8.com 人气:发表时间:2019-02-27 09:33

三相变压器-变电站户外箱体式设备和户内设备的绝缘裕度和防腐蚀等级相对较低,凝露会导致出现元器件腐蚀、放电、直流接地等一系列问题,严重影响到设备安全稳定运行。
 
目前三相变压器-变电站防凝露的方式效果均不理想,且未能形成系统的解决方案。本文通过焓湿图分析凝露现象形成的原因,提出针对南方地区防凝露问题系统性的解决方案,提高了电气设备的安全稳定运行水平。
 
三相变压器-变电站凝露问题长期困扰变电运检人员。户外敞开式设备的爬距、干弧距有足够的裕度,且防腐蚀等级也相对较高,凝露带来的影响较小。但户外箱体式设备和户内设备,其绝缘裕度和防腐蚀等级相对较低,凝露现象会带来放电、腐蚀、直流接地等一系列问题,严重影响到设备安全稳定运行。
 
目前三相变压器-变电站防凝露的几种方式效果均不理想,且未能形成系统的解决方案。本文通过分析凝露现象形成的原因,结合多年的防治经验,根据地区气候差异提出南方地区防凝露问题系统性解决方案,以提高电气设备的安全稳定运行水平。
 
1  与凝露相关的几个概念
 
空气的成份可以被看作是由空气、水气、尘埃三部分组成,空气的干湿程度叫湿度。
 
1)绝对湿度。指单位空气在一定压力及温度下所含的水气质量。
 
2)饱和湿度。指单位空气在一定压力及温度下所能包含最大水气质量,也可以理解为空气溶解水气的能力。
 
3)相对湿度。指在一定时间内,某处空气中的水蒸气量与该气温下饱和水蒸气量的百分比,也就是在同一时刻,绝对湿度与饱和湿度之比。
 
2  凝露形成的原因
 
2.1  焓湿图
 
单位空气的饱和湿度与温度相关,温度越低,饱和湿度越小。例如:30℃的空气,其饱和含水量为30.3g/m3,若此时空气的相对湿度为70%,则说明此时空气中的含水量为21g/m3。随着温度的逐步下降,其饱和湿度也逐渐下降,相当于溶解水气的能力逐渐下降。当饱和含水量小于21g/m3时,便形成凝露现象,此时相对湿度达到100%,此时的温度称为露点温度,通过图1焓湿图可以查找其对应关系。
 
焓湿图的使用如图2所示,若已知温度是30℃,相对湿度是60%,则由焓湿图对应为A点,可以查出
 
南方地区三相变压器-变电站凝露问题的解决方案
图1  焓湿图
 
南方地区三相变压器-变电站凝露问题的解决方案
图2  焓湿图应用举例
 
含湿量为16.15g/kg干(水蒸气分压力为25.50× 102Pa),露点温度对应C点,温度为21.8℃。
 
2.2  得出的几个结论
 
1)凝露是由温度差引起的,如果白天相对湿度较高,夜晚气温下降时就很容易产生凝露。
 
2)不管空气中的温度如何,形成凝露的露点温度始终低于环境温度。
 
3)防止凝露的手段不外乎3种情况:①降低绝对湿度;②提高饱和湿度;③通风降低温差。
 
3  三相变压器-变电站目前常见的防凝露措施
 
三相变压器-变电站需要防凝露的设备主要是高压开关柜、机构箱、端子箱。目前防凝露的方法主要有4种,分别为冷凝驱潮、分散型加热驱潮、集中控制型加热驱潮、低功率常投型加热驱潮。这4种方法各有优劣,详见表1。
 
南方地区三相变压器-变电站凝露问题的解决方案
表1  四种驱潮防凝露方法介绍
 
4  南方地区防凝露的要点
 
上述已提到防凝露的3种手段,其中通风手段在南方地区不合适。从图3中国年平均相对湿度分布图可以看出,南方地区年平均湿度在70%以上,尤其梅雨季节有3~4个月的时间,平均湿度在95%以上,通风设计将导致高湿度空气进入户内或者箱体内。
 
即便是通风,户内外以及箱体内外也不可能做到零温差,这些细小的温差足以导致高湿度的空气形成凝露。同时严重影响驱潮装置的工作效果,无论采用何种驱潮装置,都是一边驱潮,一边又有潮湿空气不断进入。
 
南方地区夏季平均温度30℃,且昼夜温度变化较大,从焓湿图得出温度下降3℃左右就达到露点温度,故南方地区夏季极易发生凝露。因此,通风只适应于北方地区的干燥气候,对于南方地区的潮湿气候而言,需要密封加驱潮,此为南方地区防凝露的要点。
 
南方地区三相变压器-变电站凝露问题的解决方案
图3  中国年平均相对湿度分布图
 
5  三相变压器-变电站目前防凝露工作存在的问题
 
5.1  密封不严严重影响驱潮效果
 
1)高压室门窗设计不够密封,如采用卷闸门,通风百叶窗,强排风机。
 
2)密封效果不良,如门窗破损;电缆沟至开关柜入口封堵不严。
 
3)箱体电缆入口封堵不严,无封条或密封条破损,箱体结构设计不良、材料偏薄变形引起密封不良等。
 
5.2  驱潮装置质量不佳影响正常运行
 
驱潮装置的质量不佳主要体现在控制器方面,分散型加热驱潮方式由于成本很低,运行2~3年后,故障率普遍高达30%,且数量庞大,给运检工作带来很大麻烦。集中控制型加热驱潮方式虽然解决了控制器的问题,但由于采样点与实际需要驱潮的箱体环境不一致,各箱体内的环境也不一致,所以实际使用效果也不好。
 
冷凝驱潮的效果虽然最好,但也存在质量不佳故障较高的问题,2016年试点应用时安装了45台,运行1年以后有12台出现了故障,且因成本较高,推广难度较大。
 
5.3  加热器功率偏小、分布不均匀影响驱潮效果
 
目前各厂商对机构箱、端子箱加热器的功率配置并没有严格的计算,普遍都是简单地配置一个100~150W的加热器,加热器附近效果明显,远离加热器的位置照样发生凝露,实际使用效果并不理想。
 
少部分合资品牌的断路器,其机构箱采取了多个小功率加热器分散布置的设计,如图4所示,西门子断路器采用6个22W的加热电阻分散布置在机构箱空间内,防凝露效果比较好。
 
南方地区三相变压器-变电站凝露问题的解决方案
图4  机构箱加热装置为低功率常投型分散布置
 
5.4  运维方式影响驱潮效果
 
按规定,三相变压器-变电站运维人员需要定期对设备进行巡视,巡视中需打开机构箱门、端子箱门检查驱潮装置工作正常,箱内密封良好。有时候还进行雨天后特巡,造成大量水气进入箱体内,使箱体内的绝对湿度达到了95%以上,此时除了冷凝除湿尚有效果外,其他加热除湿的方式几乎全部无效。
 
从焓湿图可以看出,在温度25℃、湿度95%的环境下,其露点温度为23.9℃,也就是说温度只要下降1.1℃就会起凝露。而箱体内的加热器功率只有100~150W,启动后只能保持箱体内温度平均上升6℃左右,很难抵消环境温度的变化和昼夜温度的变化。例如前面所说西门子断路器驱潮效果比较好,但由于雨天打开过机构箱门,经过一个晚上后照样严重凝露,如图5所示。
 
南方地区三相变压器-变电站凝露问题的解决方案
图5  因雨天开门,西门子断路器机构箱凝露严重
 
6  解决方案
 
6.1  机构箱、端子箱驱潮方案
 
首先要遵循南方地区采用密封方式的原则,做好机构箱、端子箱的密封。箱体结构要厚实不易变形,顶部需带有雨檐,箱体与门的结合部位需带有排水槽,重视缝隙处的封堵,密封条应固定牢靠密封良好,密封条老化后需及时更换。
 
不考虑价格、成本等因素,优选冷凝驱潮装置。从实际应用情况来看,采用的是降低绝对湿度的方式,效果比较理想。可以采用质量评比、优中选优、延长质保期等管理手段提高装置的质量。
 
综合考虑各方面因素,还是采用分散型加热驱潮方式,但同时需解决3个问题:
 
①提高控制器的质量,采用适当提高采购成本、质量评比、优中选优、延长质保期等管理手段;
 
②采用多个加热器分散布置,按照箱体体积大小,将箱体内加热器总功率提高到200~600W。例如端子箱内采用左右底部各布置一个100W的加热器,小型机构箱布置两个100~150W加热器,大型机构箱布置3~4个100~150W加热器;
 
③遇到雨天或者湿度很大的天气时,规定巡视中不能打开箱门,通过观察孔巡视即可。如果必须打开,就应在环境湿度下降后立即再次打开箱门通风15min左右,降低箱内绝对湿度。平时遇到低温、干燥的天气时,应打开箱门通风驱散箱内潮气。
 
通过实践,对某三相变压器-变电站户外机构箱及端子箱进行密封改造,封堵通风孔,更换密封条,采用分散型加热驱潮,箱内空气湿度保持在40%~50%较低值,未发现箱内有凝露现象,改造前后湿度对比见表2。
 
南方地区三相变压器-变电站凝露问题的解决方案
表2  某三相变压器-变电站机构箱、端子箱改造前后湿度对比
 
6.2  高压开关柜驱潮方案
 
高压开关柜的结构相对紧凑且电压等级高,各功能室又相对独立,驱潮方式有一定局限性:①母线室不宜安装加热器;②仪表室一般都没有安装加热器;③断路器室、电缆室由于空间狭小,都不宜分散安装多个低功率加热器;④因排水的局限性不宜采用冷凝驱潮。
 
目前常用的驱潮方式是分散型加热驱潮和低功率常投驱潮,在开关柜的电缆室、断路器室安装加热器,常投型采用50W,带控制器的采用100~150W,效果均不是很理想。因此,高压开关柜比较好的防凝露方式是高压室整体驱潮。
 
1)加强高压室的密封效果,修补破损门窗,对通风窗进行改造,建议改成推拉窗型式,分别如图6、图7所示。可根据需要变更通风、密封方式。
 
南方地区三相变压器-变电站凝露问题的解决方案
图6  推拉窗拉开状态
 
南方地区三相变压器-变电站凝露问题的解决方案
图7  推拉窗关闭状态
 
2)加强开关柜一、二次电缆入口的封堵,电缆沟内潮湿程度远大于地面,而且是天然的风道,封堵不严会造成大量潮气进入开关柜。
 
3)在高压室内安装工业除湿机,除湿机的功率按3000W/百平方米配置,一般需安装两台以上除湿机。
 
通过实践,对某三相变压器-变电站高压室全封闭改造,安装除湿机等各项治理措施后,采用温湿度自动检测记录仪进行了跟踪,从实测的数据来看,高压室的开关柜内外温度保持平稳,空气湿度基本能保持一致,均在40%~70%之间,巡视过程也未发现设备产生凝露现象,改造前后湿度对比见表3。
 
南方地区三相变压器-变电站凝露问题的解决方案
表3  某三相变压器-变电站高压室全封闭改造前后湿度对比

此文关键字:三相变压器,变电站凝露

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