变电站户外控制箱、端子箱箱体内部微环境控制解决方案的初步研究--赛孚电力

变电站户外控制箱、端子箱箱体内部

微环境控制解决方案的初步研究

1 概述 2 现状描述 3 分析与推断 4 若干解决思路

无锡赛孚电力环境控制设备有限公司

1、 概述

（1）本研究着眼于为电力系统变电站控制箱、端子箱、配电箱等密闭箱体内部微环境改造项目提供可选方案，也可为相关箱制造提供参考。

（2）本研究给出了我方对上述各类箱体内部微环境现状的考察分析意见，作为本研究的需求分析和设计依据之一。

（3）本研究根据本公司多年的环境控制设备制造经验和本公司运用的先进技术作出，对本研究所运用技术具有知识产权。

（4）本研究中所列微环境控制措施中，如有与现有规范或技术标准抵触时，由用户决定是否采纳。

（5）本研究所述微环境系指通过箱体或其它围护结构与户外大环境或户内小环境相隔离的空间。

（6）本研究仅限于一般的定性描述，具体的详细设计需在进一步研究后提出。

（7）本研究提出的各种可选方案需经模拟和实际环境下的实验测试，证明可行、有效后方可投入应用。 2、 现状描述

应部分用户邀请，我们对多个不同电压等级变电站的户外控制箱、端子箱、配电箱等进行了考察调研，其现状如下：

（1）箱体内热环境不良，缺乏散热所需的对流条件。有可能导致高温时节箱内设备产生过热问题。

（2）一些与一次设备就近布置的保护/智能设备箱、柜大多也缺乏合理的散热、控温设计。部分虽装有小型或微型空调，但普遍存在维护量大、可靠性差及效率低下等诸多问题。

（3）户外控制箱、端子箱箱体内潮湿、积尘、污垢、锈蚀等情况比较普遍。尤以箱体下部接近电缆沟处较为严重。

（4）箱体大多设有加热器，作为主要的除湿措施，部分箱体内还设有由湿度或温度控制的加热装置。但这些加热器的设置似乎带有很大的随意性，其布置位置、功率大小、控制阈值等都缺乏周密的考虑和有效的设计。

（5）部分箱体上部没有呼吸通道。

因而，由于端子箱内的运行环境太差而导致的二次回路绝缘故障、直流接地等异常存在较高的发生概率。 3、 分析与推断

根据上述现状和现实情况，我们提出如下分析意见和推断：

（1）长期以来，人们通常把户外控制箱、端子箱等一类箱体视作一个简单的容器或附属设备而很少给予足够的重视，其微环境控制更是一个被长期忽略的问题，相关研究乏人问津，是目前户外箱体普遍存在问题的重要原因。

（2）由于箱体缺乏散热所需的对流条件，静止的空气会在设备或元件表面形成“滞流层”，而这个“滞流层”相当于热绝缘层，会对设备或元件的散热产生极为不利的影响。这也是一些户内布置的保护屏即使在空调将室温降得很低的情况下任然或过热的重要原因。

（3）由于箱体密封不严，特别是在没有呼吸孔的情况下灰污极易随未经过滤的空气无序进入箱体并在箱体的各个部位沉淀，而箱体设计又无自我净化能力，故箱体内存在积灰、积污的不良条件；灰污中含有大量金属微颗粒、金属氧化物及各类酸性物质。有可能成为箱内电气部件锈蚀、绝缘破坏、甚至引发污闪故障的重要物质条件。

（4）常投或间断投入（温控或湿控）的加热器，是电气设备常用的除湿、降湿措施，控制箱、端子箱也不例外。其工作机理是通过加热空气，提高空气的湿容量（即容纳和吸收水蒸汽的能力），从而降低相对湿度。但在现有的各类户外箱体中，加热器的应用十分随意，甚至可以说是乱用一气，从而难以达到预期的降湿效果。

首先是箱体处于封闭状态，内部没有空气对流，箱体内空气处于静止状态，加热器只能通过辐射来对空气加热，而静止的空气是一种热绝缘体，其作用会阻滞热量传递，因此在这种情况下，加热器对空气的加热是局部的、不均匀和不完全的。造成箱体内部形成较大的温度梯度和冷热交界面，反而加剧了凝露现象。

其次是箱体内部缺乏含湿空气的宣泄、逸出通道，下部又有电缆沟源源不断地补充水气。于是，加热的空气吸收了更多水气，并在箱体内滞留，加热的温度越高，吸收并滞留的水汽越多，一旦柜体内空气温度稍有降低便迅速饱和，形成

凝露的重要条件之一。

第三，由于加热器的使用，使得箱体内部温度往往高于箱体外部，产生温度差，并在箱体内壁形成冷表面，成为凝露的另一个重要条件，于是，大量的、持续的凝露过程便无可避免了。严重情况下，箱体体内甚至还会发生局部积水现象。

更为严重的是，上述（3）所述的箱体内积灰、积污与持续的凝露两种效应相叠加，将使箱内发生污闪、绝缘故障的概率大大提升，将严重威胁电气设备二次回路的安全运行。

由此可见，加热器的不合理使用，其效果几乎是得不偿失的。 4、 若干解决思路

户外控制箱、端子箱的散热、防尘、防污、防潮等微环境控制措施对于提高二次回路的绝缘和电气性能，防止因二次回路绝缘和老化问题引发的各种缺陷与异常，确保主设备及其系统的安全运行具有重要意义。目前，上述户外箱体内部微环境的主要问题首先是散热，这对于装有电子设备的控制箱、端子箱尤为重要。尽管现在电子元件的的工作温限可以达到85℃–90℃，但在夏季并缺乏对流的环境下仍然难以保证其正常工作。其次是湿度控制，这一需要对于南方高湿地区尤其突出。虽然从理论上说，以现有技术条件解决上述问题并不存在大的瓶颈或障碍，但要同时满足经济、高效、简单、可靠等多种要求却实属不易。需要从多方面入手进行综合治理。具体思路如下：

（1）在箱体内部建立弱的空气对流。对流的空气不仅能有效破坏“滞流”层的形成，提高设备或元件的散热效果，还能为湿度控制创造必要条件。

（2）通过破坏凝露条件而不是单纯降低箱体内空气的含湿量来达到有效控制箱体内微环境湿度的目的（如降低或消除箱体内外及各部位温差和冷表面）。

（3）合理使用加热器。所谓加热器的合理使用系指尽可能满足和准确把握能使加热器发挥效用的各种条件。这些条件包括：

1）隔离湿空气源或者含有大量水蒸气的热空气得以通过某个途径排出； 2）箱体内部形成弱对流的气流形态。

3）将加热器应用所产生的热压差作为气流驱动的动力源。

（4）对户外箱体在不影响其原有技术特性的前提下进行必要的局部技术改造。增设进出气流通道，利用常热型加热器并有效地控制、导引因局部加热空气

产生的压差在箱体内部形成的自然对流。减小箱体内外的温度差，破坏凝露条件。

（5）改善箱体密封情况，尽可能减少由各种缝隙形成的无序进出气流通道，在设定的进风孔道道处设置空气过滤器，使箱内微环境保持洁净；

（6）通过射流控制或诱导措施使设备元件随机分布的箱体内部实现较均匀的气流分布。

5、 可选技术方案

（以下内容未经验证及涉及公司技术机密暂略）