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發布時間：2021-11-09 13:08:22
戶外環網箱應用量大，已成配電網的重要組成部分，其運行可靠性直接關系供電質量與供電可靠程度。分析環網箱運行故障的原因可以發現,環網箱內出現的高溫、高濕、凝露和積灰等不良環境因素，引起開關柜絕緣劣化、設備銹蝕是導致事故發生的重要原因，這些環境因素也使設備壽命降低。本文通過對環網箱防凝露技術研究，消除上述不良環境因素，提高環網箱運行可靠性。
1現有環網箱防凝露技術分析
長期以來，人們通常把環網箱視作一個簡單的容器或附屬設備而很少給予足夠的重視，其內部微環境控制更是一個被長期忽略的問題，導致目前戶外環網箱內凝露嚴重。為了改善環網箱內部運行環境，目前國內采取的措施有以下幾種。
簡單密封。為了防止灰塵及昆蟲進入柜內，對箱體采取有限的密封。但箱體密封后破壞了散熱所需的對流條件，無法流通的靜止空氣會在設備或元件表面形成滯流層，而這個滯流層相當于熱絕緣層,會對設備或元件的散熱產生極為不利的影響，這也是一些戶內布置的保護屏即使在空調將室溫降得很低的情況下仍然過熱的重要原因。由于箱體密封并不嚴密，內部空氣的熱脹冷縮會導致呼吸現象，特別是在沒有呼吸孔的情況下灰污極易通過縫隙隨未經過濾的空氣無序地進入箱體并在箱體的各個部位沉積，而箱體設計又無自我凈化能力，故箱體內存在積灰、積污的不良條件﹔灰污中含有大量金屬微顆粒、金屬氧化物及各類酸性物質，有可能成為箱內電氣部件銹蝕、絕緣破壞、甚至引發污閃故障的重要物質條件。
增加通風設備。對于部分內部存在熱源的箱柜體，現有的措施是在箱體的某一個面設置進出風孔或安裝小、微型風機進行通風。但由于箱體內部設備、部件安裝的隨機性和氣流通道與空間的不確定性，使這類通風散熱方式因存在大量死角或無序紊流而難以達到預想效果，而且還會因灰塵與潮濕空氣大量進入引發更嚴重的問題。
加熱除濕。常投或間斷投入（溫控或濕控）電加熱器是目前環網箱普遍采用的除濕、降潮措施。其工作機理是通過加熱空氣提高空氣的濕容量（即]容納和吸收水蒸汽的能力)，從而降低相對濕度。但在現有的各類箱柜體中，加熱器的應用隨意性加大，如果再加上使用過程中缺乏科學的控制方法，有時會產生一些適得其反的結果:首先是箱體處于封閉狀態，箱體內空氣處相對于靜止狀態，內部沒有空氣對流，加熱器主要通過傳導、輻射來對空氣加熱，加熱器對空氣的加熱是局部的、不均勻和不完全的,造成箱體內部形成較大的溫度梯度和冷熱交界面,增加凝露出現的可能;其次是箱體內部缺乏含濕空氣的排放、逸出通道，下部又有電纜溝源源不斷地補充水汽。于是加熱的空氣吸收了更多水分并在箱體內滯留，加熱的溫度越高，吸收并滯留的水汽越多，一旦柜體內空氣溫度稍有降低便迅速飽和，給空氣凝露提供了條件﹔第三是由于加熱器的使用，使得箱體內部溫度往往高于箱體外部，在箱體內壁處產生顯著的溫度差，由于箱體由導熱性能較好的金屬材料制成,其內內壁形成冷表面，成為凝露的另一個重要條件，于是大量的、持續的凝露過程便無可避免了，嚴重情況下箱體內甚至還會發生局部積水現象。一旦箱柜體內積灰、積污與持續的凝露兩種效應相疊加，使箱內發生污閃、絕緣故障的概率大大提升，將嚴重威脅電氣設備的安全運行。
由此可見，加熱器的不合理使用，其效果幾乎是得不償失的。除此以外，還有在環網箱內安裝小型空調器的案例。安裝小型空調器只能形成局部對流，過度降溫還會加大溫度梯度和熱場分布不均勻的程度，冷風直接吹到的地方還會形成許多冷表面，反而促進凝露，其效果是得不償失的。而且這種方式因投入高、效率低、能耗大、費效比差而難以被市場所接受。
2防止凝露發生的措施
2.1凝露的產生
平常所論述的空氣是由干空氣和水蒸汽組成的濕空氣。水的存在形態主要取決于溫度和壓力，溫度增加或壓力降低，液態水將呈逐漸往氣態轉變,反之，當溫度下降或壓力增加，氣態水將向液態轉變。因此，我們可以發現，凝露實際上就是空氣中的水份由汽態向液態轉變的結果。當濕空氣接觸的物體表面溫度低于該空氣的溫度時，空氣將熱量傳遞給所接觸的物體，空氣溫度下降，同時其水的分壓力上升，物體表面溫度升高，但兩者升高速率不同，通常空氣熱容量低，降溫速度大于固體物體吸熱后的升溫速度。當空氣溫度降至水蒸汽分壓力下水的沸點溫度時，水蒸汽將從空氣中以液態形式析出，在物體表面形成凝露。
通過上述分析可以發現，形成空氣凝露的條件是濕空氣（水分)、物體與空氣的溫差，如果兩個條件都不滿足時就不會出現凝露。
2.2阻止環網箱內二次艙和電纜艙凝露產生
有效控制箱柜外熱濕空氣進入。通過對箱柜外空氣的溫濕度進行監測，當箱柜外的濕空氣含濕量(相對濕度）升高時，應逐步減少箱柜外空氣的進入量，直至關閉室外進風。為了實現有效控制，必須將傳統的自然進風改為有組織的機械進風，通過對機械進風裝置的控制實現對進風量的控制。
控制溫差。控制箱柜內與箱柜外、柜內與二次室內的溫差:環網箱柜安裝于露天，由于外界環境溫度、濕度變化對其運行會帶來許多不利影響，尤其是外界溫度突變時（如冬季出現的寒潮時）柜體溫度急劇變化，低于柜內表面空氣中水汽分壓力對應的沸點溫度時，空氣中的水汽就變成水滴在析出,形成凝露。為了減少外界的影響，控制箱柜內與箱柜外的溫差，減少凝露發生，最直接的辦法就是將箱柜外的空氣送入箱柜內，將箱柜內的空氣排出，減小箱柜內外的溫差﹔控制箱柜內與電纜溝、柜內與電纜室的溫差:控制箱柜內空氣與電纜溝內的溫差，減少電纜室凝露發生，最直接的辦法就是將二者的空氣進行有效的混合。箱柜內頂部的空氣溫度要高于箱柜內下部的溫度，因此將箱柜內頂部溫度相對較高的空氣通過通風設備送入電纜溝內，與電纜溝內的空氣混合后，空氣溫度升高，相對濕度下降，并通過排風口再次排入箱柜內，保持電纜溝干燥的同時也使箱柜內的空氣溫度更趨均勻。
3工程解決方案
基于上述分析結果，提出的系統方案如圖1所示。
3.1系統設計思路
將箱外新風根據系統參數和箱內溫、濕度控制要求，經微環境控制裝置(具有過濾、加壓、分配、降噪等功能）處理加壓后，送入環網箱內，通過進風射流與熱羽流的耦合及誘導，左右輪流送風，利用其良好的擴散性和彌漫特性，消除箱柜體內的通風死角，改善流場和溫場分布，使箱外、箱內、柜內溫度都能達到均衡。根據電纜溝內與箱內的溫差，系統將箱內空氣送人溝內，使溝內的空氣溫度得到提升，降低了溝內空氣濕度﹔源源不斷送入的空氣使電纜溝的壓力上升，通過在電纜溝與環網箱開設的回風口進入環網箱內，相較于送入電纜溝的空氣溫度得到降低，與環網箱下部空氣混合后，使環網箱下部區域空氣溫度趨于均勻。隨著運行時間的延長，環網箱上部空氣狀態參數超過設定值時，系統自動調整內循環和新風比例，將上部高溫的熱濕空氣溢出箱外。實現了箱內與電纜溝內整體的溫度均勻、降低箱內溫度梯度，同時也降低系統運行能耗。
3.2控制方式
控制方式中所涉及到的具體控制數據都為可設參數。
環網箱內與開關柜外部凝露積水控制:第一要控制溫差。當環網箱箱頂部溫度高于環網箱外部溫度且環網箱箱頂部溫度超過25℃時風機1開啟，系統根據溫度自動調節風機開啟時間，然后開啟風機2同風機1。若環網箱外部濕度低于85%時，進風口打開、回風閥關閉，風機開啟時為外進風模式，將環網箱頂部熱空氣排出，減小環網箱和開關柜內外的溫差，破壞環網箱內壁與開關柜外部凝露條件。如果環網箱箱頂部溫度一直低于25℃時，系統定時2小時開啟一次風機，外進風運行一個周期，使環網箱內外溫度平衡;第二要控制室外熱濕空氣進入。當環網箱外部濕度高于85%或者溫度高于環網箱箱頂部溫度時，進風口( 3.1）關閉，回風閥打開，風機開啟內循環模式，防止室外高溫高濕空氣進入箱內，從而破壞環網箱內與開關柜外部凝露條件，同時減小環網箱內上下溫差。
二次室防凝露控制:第一要控制溫差。當環網箱箱頂部溫度超過25℃或環網箱頂部溫度和開關柜頂面溫度溫差超2℃時風機1開啟，系統根據溫度自動調節風機開啟時間，然后開啟風機2同風機1，左右交替送風。若環網箱外部溫度低于環網箱箱頂部溫度并且環網箱外部濕度低于85%時，進風口打開、回風閥關閉，風機開啟時為外進風模式，將環網箱頂部熱空氣排出，減小環網箱內外的溫差，同時減少了外界對二次艙的影響，從而也減小了環網箱內與二次室內的溫差，破壞二次室凝露條件。當環網箱箱頂部溫度超過45℃時，同時開啟風機1和風機2，周期性開啟，快速將環網箱頂部熱空氣排出，直到環網箱箱頂部溫度低于42℃時退出該模式;第二要控制室外熱濕空氣進入。當環網箱外部濕度高于85%或溫度高于環網箱箱頂部溫度時，進風口關閉、回風閥打開，風機開啟內循環模式，防止室外高溫高濕空氣進入箱內破壞二次室凝露條件，同時減小環網箱內上下溫差。
電纜室防凝露控制:第一要控制溫差。當電纜溝內溫度低于開關柜下部溫度1℃時，開啟下風道風機，提高電纜溝溫度，使電纜溝內溫度與開關柜下部溫度平衡。當電纜溝內濕度低于85%時箱底回風閥打開，電纜溝內空氣進入環網箱內部，如果此時進風口是打開狀態，可以排除環網箱頂部高溫空氣。如果此時進風口是關閉狀態，可將環網箱內空氣與電纜溝內空氣綜合，使環網箱內部和電纜溝內部溫度平衡﹔第二要控制電纜溝內濕度。當電纜溝內濕度超過90%時開啟下風道風機，打開進風口，關閉箱底回風閥，將電纜溝內高濕空氣從箱底旁路排風口排出，直到電纜溝濕度低于85%，恢復正常模式。
4實際運行效果
基于上述設計思路，將風機、循環窗等設備與溫濕度傳感器集成在一個智能系統平臺，并固化在微環境控制裝置上。通過監測環網箱內、箱外和電纜溝的狀態參數，自動調整新風（箱外進風)、回風(環網箱中部區域空氣）和排風（環網箱頂部的熱濕空氣）的風量，從而阻止箱外大量熱濕空氣的侵入，保持箱內干燥，溫度均勻，徹底杜絕凝露的發生。
為檢驗上述方案的實際運行效果，在福州象山站安裝了一套上述微環境控制裝置（圖2)。為便于對比，在福州福飛路1號站安裝了環境監控裝置，檢測柜內環境參數。兩個環網站在同一天中，柜內相同位置處最高溫濕度對比結果（表1）表明，安裝微環境控制裝置后，通過系統自動調控風機運行的時間，降低環網箱內空氣溫度，可促進箱內和電纜溝內的溫濕度趨于均衡，減少電纜溝內潮濕空氣通過電纜接線孔進人開關柜，從而防止開關柜內電氣元件表面的閃絡現象發生。系統運行后二次艙和電纜艙凝露完全消除。
5結語
根據對凝露機理的分析，分析總結出戶外環網箱內產生凝露的主要因素是外部潮濕空氣的進入和箱內空氣與柜體壁面形成的溫差。從防止潮濕進入和消除溫差的兩個方面提出了防止箱內凝露的主要措施,并提出了采用以微環境控制裝置為核心，結合溫濕度傳感器、控制風閥、空氣處理設備等構建智能控制系統，形成環網箱微環境控制系統。通過在工程中的應用，表明該系統可以有效地控制環網箱內的溫度和濕度參數，消除凝露產生的因素，降低環網箱因凝露發生故障的風險，微環境控制系統運行能耗顯著下降，電氣設備運行環境得到有效改善，維護工作量顯著降低，環境控制的智能化水平得到提高。
