無源防潮端子箱的研發(fā)

黎亮 陳新城 劉悅平

【摘 要】變電站戶外端子箱直接曝露在戶外工作環(huán)境下，必須經歷嚴厲的天氣環(huán)境考驗，要保證其能長期穩(wěn)定運行，需要研究現(xiàn)有端子箱的普遍特性，通過分析熱力學、凝露過程、加熱器的工作過程，突破性的設想出類似主變呼吸器的無源防潮端子箱這一技術理論研究。

【關鍵詞】戶外端子箱；箱體結構；防潮

1.前言

由于室外環(huán)境難以控制，例如潮濕、空氣污染、塵土顆粒都可能造成設備線路爬電、閃絡、腐蝕、絕緣損壞、電接觸可靠性降低等情況的發(fā)生。有鑒于此，本文針對現(xiàn)有室外端子箱的普遍特性如采取電阻絲加熱烘干等方法降低箱體內部的相對濕度，然而這種防潮方式當加熱器停止運行后，箱體內部相對濕度再次增加，嚴重時會造成水分凝露，加速電氣設備的腐蝕。就好比大禹治水，究竟是采用疏還是堵，這是個方向性問題，方向走錯了，再努力也枉然。因此，開發(fā)新型戶外配電箱解決防潮問題，具有重要的意義和實用價值。

2.現(xiàn)狀

對于戶外端子箱，我們需要做到防塵、防水、防靜電，隔絕這三大安全隱患后，電氣設備的安全運行就得到了有效保障。如果密封不良小動物或顆粒物會進入箱體，如果相對濕度過高會引起結露、爬電、閃絡、腐蝕加快等情況發(fā)生；相對濕度太低容易產生靜電，而且很容易吸附灰塵，因此需要將相對濕度控制在一個合適的范圍。而現(xiàn)有的戶外端子箱通常設計成：底部裝有加熱絲通過加熱控制器來控制其工況，頂部開出換氣口，通過加熱驅除箱內潮氣，停止加熱后，吸入戶外新鮮空氣保持箱內濕度適中。然而當空氣溫度為5～50℃ 的范圍內，但氣溫劇烈變化達6℃ 左右時，只要相對濕度達到65 %～75 %就可引起凝露且溫差越大引起凝露的相對濕度也越低。這也是最大的危險源所在！

3.不合理性分析

加熱器安裝位置和數(shù)量不合理?，F(xiàn)在使用的防潮裝置主要依賴溫濕度控制器啟動加熱器，從而達到驅潮效果。我們只在每個端子箱下方安裝一片加熱器，加熱的范圍過于集中，只能確保下方的端子不潮濕。下方空氣加熱，溫度上升，很容易造成箱體內上下溫度不一致；在春冬季節(jié)，熱氣上升，遇到上方冰冷的箱壁和端子排，反而造成端子箱、端子排上部出現(xiàn)水珠，危及設備安全運行。在南方潮濕天氣的環(huán)境里，通風也是必須考慮的一個重要因素。戶外端子箱，箱體空間較大，雖然有的端子箱設置百葉窗，但是百葉窗的位置和開孔大小并不滿足通風要求。另外，端子箱的水泥基礎四周密封，端子箱底板開通氣孔反而導致溝內濕氣從通氣孔涌入箱內，加上箱體內通風不良，容易造成端子排凝露，影響設備安全。另外，若加熱器的控制采用不間斷運行方法，這樣減少了相關的控制元件，但長期運行也容易導致加熱器燒毀；若加熱器靠溫濕感應控制器控制，這元器件的斷線、短路報警一般沒有考慮納入變電站監(jiān)控報警系統(tǒng)，相對運行可靠性不高。

4.改進方向

既然現(xiàn)有端子箱存在如此多的短板，實際使用起來太多不可控因素會影響運行的安全性、可靠性，那么，我們可試著反其道而行，疏的不行，我們來堵的。

4.1戶外端子箱的加工和裝配工藝：

（1）選用密封墊或密封條與門板粘接的膠粘劑時，所選的膠粘劑固化后應有一定的彈性，固化后的厚度越薄越好。密封條與箱溝板粘接時，應注意涂膠厚度薄而均勻，保證密封條接合面平整。（ 2 ）箱口與門板接合面應平整。在對箱體進行焊接加工時應考慮焊接工藝的影響，門板上的密封槽可采用點焊連接。在保證密封的前提下，箱門和箱體之間的焊縫截面積和長度應盡量小，以減小焊接變形。（3）端子箱上與外界環(huán)境相通的螺紋孔、緊固件的墊圈應采用尼龍或其它塑料制作的墊圈，既可保護外殼上的涂層、鍍層，又可形成良好的密封。

4.2電氣配電箱箱內干燥劑的選用及放置

對配電箱進行密封可以確保箱外的潮濕空氣不向箱內滲透，但是配電箱的開關門操作將使外部的潮濕空氣迸入箱內。若不進行處理，箱內的潮濕空氣將無法排出配電箱，長期的潮濕環(huán)境將會使箱內的電氣設備遭到破壞，形成危害。因此，在對電氣配電箱進行密封的同時還必須考慮對箱內的潮濕空氣進行干燥吸濕，通常采用的方法就是在配電箱內放置干燥劑。

4.3干燥劑的選用

按反應的形式可以將干燥劑分為物理吸附型和化學吸附型。物理吸附型干燥劑是利用物質的多孔性進行水蒸汽的吸收，即使吸收水分達到飽和狀態(tài)，也不會發(fā)生潮解和形態(tài)的變化，可再生使用，如硅膠干燥劑，粘土干燥劑等?；瘜W吸附型干燥劑是利用化學反應或潮解性吸收水分，急劇吸收時會有發(fā)熱現(xiàn)象，不可再生使用，如石灰干燥劑，鹽系干燥劑等。

石灰干燥劑是通過化學反應原理吸收水分的，吸濕后膨脹且伴有發(fā)熱升溫現(xiàn)象，不宜用作配電箱內的吸濕材料。鹽系干燥劑是通過其潮解性吸收水分的，干燥劑本身及其潮解物與金屬接觸都有可能會促進金屬的腐蝕，所以不適用于金屬的保管。硅膠干燥劑的原料為酸性，長期與金屬制品共同保存也不太適宜。粘土干燥劑吸濕后不潮解，形狀不變化，與水接觸不發(fā)熱，對金屬無腐蝕作用，但使用成本高，且不能循環(huán)使用，方便性不如硅膠干燥劑。

4.4 日常運行時密封端子箱內外壓差防護設計

對于戶外端子箱，歷經日曬雨淋，由于端子箱內空氣的熱脹冷縮，箱體內外會形成較大的壓力差，如不進行處理，會影響箱體的整體防護性能，加速密封件的損壞。為避免這種情況，可在配電箱內設置防止內外空氣直通的裝置（如變壓器呼吸器〕來消除因為空氣的熱脹冷縮而造成箱內外的壓力差。變壓器呼吸器是一種利用油封隔離空氣的裝置，其結構包括油杯、干燥劑筒和上下呼吸管道等，如圖1所示。

端子箱采用變壓器呼吸器作為箱體呼吸裝置。變壓器呼吸器的基本工作原理是：油杯中的變壓器油將上下呼吸管道中的空氣隔離，保證箱體的密封；當箱內設備發(fā)熱，內部空氣溫度升高產生熱外壓力差時，內部空氣經干燥劑筒和油封排出，實現(xiàn)箱體內外壓力平衡；反之，當內部溫度降低，空氣收縮產生壓力差時，外部空氣經油封進入并通過干燥筒內的干燥劑吸濕后，再進入箱內，實現(xiàn)箱內外壓力平衡，并確保進入箱內的空氣干燥。

5.結語

本文提出的采用箱體密封內置干燥劑無源防潮技術從理論上解決了傳統(tǒng)端子箱的防塵、防水、防靜電的老大難問題。

該端子箱已按：1. 環(huán)境溫度-20°C ～55°C；對空氣濕度：90～95%；海拔高度2000m；地震基本烈度8度（0.2g）；戶外安裝；按全生命周期40年考慮。2.箱體尺寸：250×400×500（深x寬x高），不含升高座。3. 箱體外殼防護等級滿足GB4208-93中規(guī)定的IP55的要求。

若考慮量產，需要模具來生產呼吸器，價格暫未能估量。傳統(tǒng)端子箱的賣價從1000到3000元不等。

特點分析：優(yōu)點在上文已經分析得很透徹了，且實際現(xiàn)場試驗時用消防喉噴淋20分鐘保證內部不受潮。補充說明運行時注意事項：由于內部完全密封，擴充接線時要注意用防火泥進行封堵且檢查封堵質量。內部散熱問題：據公司巡視制度500kV變電站每日一巡，220kV變電站每5日一巡，110kV變電站每10日一巡，可以結合巡視打開箱門檢查內部器件順帶散熱。干燥劑更換周期可根據當?shù)貧夂驙顩r按實際情況考慮。

研發(fā)出樣品在持續(xù)使用過程中檢驗其實用價值，期望在不久將來進入大規(guī)模量產并改善變電運行工作質量。