智能變電站室外控制柜防潮措施研究

馮俊杰，趙 宇，張廣勇

（1.國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司，山西 太原030032；2.山西省黃河萬家寨水務(wù)集團(tuán)有限公司，山西 太原030001）

0 引言

智能變電站室外控制柜中的匯控柜裝設(shè)了大量二次接線端子以及智能終端合并單元等電子設(shè)備，智能變電站較為多見的GOOSE斷鏈等設(shè)備異常，都是由于電子設(shè)備異常所導(dǎo)致的。智能變電站設(shè)備區(qū)電子設(shè)備的安全可靠在智能變電站的運(yùn)檢工作中愈發(fā)重要。智能控制柜內(nèi)的空氣濕度對(duì)柜內(nèi)電子設(shè)備的安全運(yùn)行影響較大[1-2]，因此廠家在設(shè)計(jì)之初就有相應(yīng)的驅(qū)潮措施，防水遮掩及熱交換機(jī)都是降低柜內(nèi)空氣濕度的有效措施。但隨著運(yùn)行時(shí)間的不斷累加，柜體密封性能隨之下降，并且廠家設(shè)計(jì)較為通用不具備針對(duì)性，不同變電站所處自然環(huán)境不盡相同，特定環(huán)境下柜體相關(guān)驅(qū)潮措施并不能完全滿足現(xiàn)場實(shí)際要求[3-4]。部分控制柜內(nèi)依然存在結(jié)霧等異?，F(xiàn)象。

本文以某500 kV變電站的室外控制柜為對(duì)象，通過統(tǒng)計(jì)不同時(shí)間柜內(nèi)空氣濕度，提出了降低雨水季節(jié)控制柜內(nèi)空氣濕度的措施，通過數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了所提出驅(qū)潮（防潮）措施的有效性，為確保智能變電站的安全運(yùn)檢提供了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 影響變電站室外控制柜內(nèi)空氣濕度的因素

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況分析，影響柜內(nèi)空氣濕度的主要原因?yàn)橛晁疀_刷柜體，導(dǎo)致水分侵入柜體內(nèi)，即使變電站設(shè)備區(qū)的設(shè)備機(jī)構(gòu)箱以及控制柜會(huì)定期更換密封條，依然不能嚴(yán)格保證其防水防潮性能。某變電站500 kV HGIS設(shè)備區(qū)智能控制柜上方?jīng)]有GIS設(shè)備的遮擋，受雨水沖刷程度較大，220 kV設(shè)備區(qū)智能控制柜其上方有GIS設(shè)備遮擋，受雨水沖刷程度遠(yuǎn)小于500 kV設(shè)備區(qū)智能控制柜。我們以500 kV HGIS設(shè)備區(qū)的智能控制柜和220 kV設(shè)備區(qū)的智能控制柜為對(duì)象，設(shè)500 kV設(shè)備區(qū)為A1、A2、A3、A4、A5，220 kV設(shè)備區(qū)為B1、B2、B3、B4、B5，進(jìn)行研究。

該站地處中緯度內(nèi)陸黃土高原，屬暖溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，圖1為該站年降水分布圖，圖2為500 kV設(shè)備區(qū)以及220 kV設(shè)備區(qū)控制柜門內(nèi)壁結(jié)霧的詳細(xì)情況。從圖1可以看出，該站降雨主要集中在6月—9月。從圖2可以看出，在降雨比較集中的6月—9月，控制柜容易發(fā)生結(jié)霧情況，該現(xiàn)象主要出現(xiàn)在夜間溫度降低之后。另外，從圖2還可以看出500 kV設(shè)備區(qū)智能控制柜的結(jié)霧情況要比220 kV設(shè)備區(qū)智能控制柜的結(jié)霧情況嚴(yán)重，與現(xiàn)場實(shí)際以及運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)吻合，即220 kV設(shè)備區(qū)智能控制柜受上方GIS設(shè)備保護(hù)，受雨水沖刷程度較500 kV設(shè)備區(qū)智能控制柜弱。

圖1年降雨量圖

圖2設(shè)備區(qū)控制柜結(jié)霧天數(shù)

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及其對(duì)比分析可得，導(dǎo)致室外控制柜內(nèi)部空氣濕度升高的主要原因是雨水沖刷。如何減少由于雨水沖刷所導(dǎo)致的水分侵入成為雨水季節(jié)降低智能控制柜內(nèi)空氣濕度的主要措施。

2 降低變電站室外控制柜內(nèi)空氣濕度的方法

由于密封不夠嚴(yán)密以及雨水沖刷是導(dǎo)致室外智能控制柜空氣濕度升高的主要原因，本文從兩方面研究室外智能控制柜的防潮（驅(qū)潮）方法。

2.1 改善密封性

為了減少雨水侵入控制柜，廠家在設(shè)計(jì)之初都有相應(yīng)的防護(hù)措施，即柜門上設(shè)置了密封條（如圖3所示），柜體內(nèi)側(cè)設(shè)置有導(dǎo)水槽。即使雨水突破密封條的封堵，也會(huì)被導(dǎo)水槽引出，不會(huì)影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但由于控制柜上方的防雨遮擋較小，在強(qiáng)降水天氣下柜體承受長時(shí)間的雨水沖刷，無法保證柜體內(nèi)不被雨水侵入。

圖3變電站控制柜柜門密封條及柜體導(dǎo)水槽

為了驗(yàn)證現(xiàn)有密封條已滿足柜體防水要求，在降水較為集中的6月—9月，在10個(gè)降水量較大的日期對(duì)A1、A2以及B1、B2的柜體內(nèi)濕度進(jìn)行測量對(duì)比，結(jié)果如圖4a、圖4b所示，其中分別對(duì)A1、B1的密封條進(jìn)行加寬加厚處理，A2、B2的密封條不做任何處理。該站所處地區(qū)在6月—9月的空氣平均相對(duì)濕度分別為47%、60%、66%、74%。

由圖4可以發(fā)現(xiàn)，雖然加厚的密封條會(huì)一定程度上降低柜內(nèi)空氣濕度，但效果并不明顯。可見增加密封條的厚度并非是降低柜內(nèi)空氣濕度的一種有效措施。

2.2 減少雨水沖刷

由圖4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，雨水的沖刷程度是柜內(nèi)空氣濕度高的主要原因，減少雨水的沖刷將成為降低柜內(nèi)空氣濕度的重要措施。針對(duì)變電站設(shè)備區(qū)實(shí)際情況及安全生產(chǎn)的相關(guān)要求，本文提出一種利用防雨罩減少雨水對(duì)室外控制柜沖刷的方案，該方案經(jīng)濟(jì)可靠。

圖4變電站控制柜柜體內(nèi)空氣濕度對(duì)比圖

圖5是本文所設(shè)計(jì)的室外智能控制柜防雨罩。為了保證其不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行帶來危害，專門設(shè)計(jì)有相應(yīng)的固定措施，為了減少設(shè)備區(qū)感應(yīng)電可能帶來的不安全因素，所有部件均采用絕緣材質(zhì)。

圖5防雨罩細(xì)節(jié)圖

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)防雨罩的效果，加裝防雨罩之后對(duì)控制柜進(jìn)行了柜內(nèi)空氣濕度的測試。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，針對(duì)不同尺寸的智能控制柜，防雨罩的防潮性能不盡相同，這主要是由于防雨罩相比于控制柜的延伸寬度x（如圖6所示）不同所導(dǎo)致的。當(dāng)延伸寬度x值較大時(shí)，能夠較好地減少雨水對(duì)控制柜的沖刷，當(dāng)x值較小時(shí)無法保證所有雨水沖刷不到控制柜。

圖6防雨罩安裝示意圖（側(cè)面）

當(dāng)x越大時(shí)，雨水對(duì)控制柜的沖刷越小，但是x越大則防雨罩所承受的風(fēng)力越大，結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)固。理想情況下，降雨與水平面的夾角α滿足式（1）。

為統(tǒng)計(jì)6月—9月站內(nèi)降雨夾角平均值，設(shè)計(jì)了如圖7所示的裝置。裝置放置于站內(nèi)空曠處，記錄6月—9月降雨時(shí)的y值（降雨時(shí)每間隔30 min記錄1次），根據(jù)式（2）可計(jì)算β值（即6月—9月份降雨夾角平均值）。

其中，n為降雨次數(shù)即統(tǒng)計(jì)次數(shù)。由式（1）得實(shí)際測量H=2 m，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得β≈79°，可得

圖7降雨夾角測試示意圖（m）

3 效果檢驗(yàn)

2018年完成相關(guān)的防潮措施后，2019年6月—9月的20個(gè)降雨日對(duì)其效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，結(jié)果見圖8。

圖8防雨罩降低控制柜內(nèi)空氣濕度的效果測試

如圖8所示，分別對(duì)500 kV設(shè)備區(qū)6個(gè)智能控制柜（3個(gè)加裝防雨罩，3個(gè)不加裝防雨罩）以及220 kV設(shè)備區(qū)6個(gè)智能控制柜（3個(gè)加裝防雨罩，3個(gè)不加裝防雨罩）進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明，該防雨罩能夠有效降低雨水季節(jié)變電站室外控制柜內(nèi)的空氣濕度。

4 結(jié)論

本文從變電站常見的室外控制柜內(nèi)部結(jié)霧這一現(xiàn)象出發(fā)，著手于降低變電站室外控制柜內(nèi)的空氣濕度以降低柜內(nèi)電子設(shè)備出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，研制了一種降低變電站室外控制柜內(nèi)空氣濕度的裝置，并結(jié)合站內(nèi)具體設(shè)備和氣候情況對(duì)裝置進(jìn)行了優(yōu)化。由最后的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，該裝置可以明顯降低雨季變電站室外控制柜內(nèi)的空氣濕度，對(duì)變電站的安全運(yùn)維提供了一定的保障。