随着电网供电可靠性要求的不断提高, 设备停电时间不断减少, 设备检修时间被严格限制在规定的检修期内^[1-2]。如果检修期间天气状况不佳, 受制于工期限制, 试验人员往往须要在湿度较大的环境中开展试验工作。

电压互感器、电流互感器等设备二次端子盒由于密封圈老化、盖板锈蚀等原因, 在高湿度环境下容易进水受潮^[3-6]。二次端子盒一旦受潮, 不仅会引起二次端子间绝缘电阻值下降, 还会导致介质损耗试验数据不准确, 不利于正确评估设备运行状态^[7-11]。

以往遇到此类情况, 试验人员常采用热风枪对端子盒进行烘干, 但是此方法难以控制加热温度及加热时间, 容易对二次端子造成损害。如果烘干时间过长, 还会导致二次端子盒及中间变压器温度过高, 引起介质损耗试验数据偏大。因此, 试验人员只能等到二次端子盒及中间变压器冷却完毕再进行试验, 耽误了大量的工作时间。

另外, 长时间登高作业还容易引发试验人员心理焦虑, 增加高坠和烫伤风险。为此, 研发一套能够智能高效地实现对设备二次端子盒智能烘干装置, 对于提升检修工作效率以及避免安全事故(事件)的发生有着重大的意义。

本文从二次端子盒受潮传统处理方法的不足出发, 研发了一种由加热、除湿、温湿度控制、电源等模块组成的智能温控干燥装置。理论分析与现场实践表明, 所研装置原理简单, 操作方便, 有效提升了现场作业的高效性与安全性, 具有良好的应用前景和推广价值。

1.   传统烘干方法的不足及改进思路

传统二次端子盒烘干主要采用热风枪烘干、自然风干或吸湿材料吸附等方法。其中, 热风枪烘干的缺点主要在于试验人员须要一直高处作业, 且干燥温度和时间难以控制, 还容易因温度过高导致二次端子受损。自然风干和吸湿材料吸附需要的时间较长, 会给本就紧张的检修工作带来更大压力。

根据理论研究可知, 物料干燥过程中无法再去除的水分被称为平衡水分, 物料中的平衡水分随温度升高而减少, 随空气湿度的增大而增大^[12]。因此, 要使得物料去除更多的水分, 就必须提高温度, 在新装置中设计加热装置。为降低端子盒内空气湿度, 还须要利用除湿装置增加空气流通, 迅速将析出的湿气排出。另外, 要解决温度难以控制的问题, 就必须在新装置中增加温度采集和控制模块, 实现对烘干温度的精确控制。

2.   智能温控干燥装置

2.1   智能温控干燥装置的组成结构

针对传统烘干方法的不足, 考虑到功能性、智能型和安全性, 智能温控干燥装置主要包括: 遥控装置、干燥装置、密封布、风道及电线、端子箱外壳等部分, 其组成结构如图 1所示。

图  1  智能温控干燥装置的组成结构

①-遥控装置；②-干燥装置；③-密封布；④-风道及电线；⑤-端子箱外壳

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2.2   智能温控干燥装置的研制

2.2.1   加热模块的选择

干燥装置的加热模块应具备在短时间内将被试品快速加热的功能, 加热过程应可控, 且最高温度不宜过高, 以免损坏被试品绝缘。通过对火焰烘烤、热风枪加热、电阻丝加热以及电磁感应加热等方式的模拟试验, 最终选择采用电阻丝加热方式。

2.2.2   除湿模块的选择

干燥装置的除湿模块应具备降低被试品表面空气湿度的功能, 且成本不宜过高, 重量不宜过大。通过文献分析和市场调研的方式对冷却除湿、压缩除湿、除湿剂吸附、正压式除湿、负压式除湿进行对比分析。其中, 冷却除湿和压缩除湿与改进思路相悖, 除湿剂吸附所须时间过长且须频繁更换吸附剂, 正压式除湿和负压式除湿从实际除湿效果看负压式除湿更具优势。

2.2.3   电源模块的选择

鉴于检修期间往往有几十台电压互感器和电流互感器同时停电, 因此所研装置必须具有较强的续航能力, 蓄电池供电显然没有外接电源有优势。

2.2.4   温湿度控制模块的选择

温湿度监测模块应有足够的精度, 可为后续温湿度控制提供信号源, 因此温湿度传感器在测量精度、范围以及提供温度信号方面均比温湿度计更有优势。

考虑到硬件控制元件配置困难, 且无法实现人机交互, 不利于进一步开发, 因此温湿度控制模块选择软件控制方案。

2.2.5   装置外形的选择

干燥装置的材质应有足够的硬度和热稳定性, 不应在加热过程中变形。相较于塑钢和不锈钢, 碳钢在硬度、获取难度以及成本上更有优势。

考虑到二次端子盒的外形较多, 干燥装置与二次端子盒的连接固定方式采用弹性材料耦合方式, 以提升所研制装置的普适性和可推广价值。

最终, 智能温控干燥装置研制方案如图 2所示。

图  2  智能温控干燥装置的研制方案

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3.   现场应用

自装置研发成功以来, 已累计在金华市110 kV及220 kV变电站检修作业中实施32次, 平均用时13.4 min, 较传统烘干用时36 min有显著提升。现场实践表明, 智能温控干燥装置能智能、快捷地去除二次端子盒受潮缺陷, 有效提升了现场作业的高效性、安全性以及设备供电的稳定性, 社会经济效益突出, 具有良好的应用前景和推广价值。

4.   结束语

基于二次端子盒传统烘干方法存在不足的分析, 提出了智能温控烘干装置的研发思路, 详细介绍了智能温控烘干装置的组成结构、方案选择以及现场实际应用情况, 得出结论如下。

利用智能温度采集和控制功能, 实现了对二次端子盒除湿过程中温度的精准远程控制, 避免了高温烘干的不利影响。

利用除湿模块增加表面空气流通, 提升了除湿速度, 现场实践表明所研制装置显著提升了现场作业效率。

规避了作业人员长时间高处作业的风险, 有效降低了人员高坠风险, 保证了现场作业的本质安全。