CN108134327A - 一种风冷除凝露系统及其除凝露方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风冷除凝露系统及其除凝露方法，属于电网配电线路运维检修技术领域，为了解决已有除凝露方法消除凝露范围小、开关柜工作环境未能得到改善、能量消耗大、成本高的不足，本发明的风冷除凝露系统，包括控制器，所述控制器的输入端设有安装在开关柜柜体中的柜体内壁温度传感器、安装在开关柜基础中的基础内温度、湿度传感器，控制器的输出端设有安装在进风口处的风机。该风冷除凝露系统是利用柜体外自然空气降低柜体基础内温度和湿度的方法，从而降低当时状态下的常压露点温度，最终实现除凝露的目的，结构简单、使用方便、安全可靠、节能低耗且高效去除配电网户外开关柜凝露，并且针对性强，作用面积大。

Description

一种风冷除凝露系统及其除凝露方法

技术领域

本发明涉及一种除凝露系统及其除凝露方法，具体说是一种风冷除凝露系统及基于调节常压露点温度的配电网户外开关柜的除凝露方法，属于电网配电线路运维检修技术领域。

背景技术

10kV开关柜是10kV配网电能分配、故障隔离的重要设备，在电网安全运行中起到重要作用。凝露是指环境温度低于当时的露点温度,空气中的水蒸气凝结成水珠。户外开关柜使用金属外壳保护，防护等级不足，无法隔绝户外高温与低温的影响，使开关柜工作温度与自然环境气温相同。开关柜基础为混凝土和砖混建造，无严密防水功能，配电运维经验表明，户外开关柜基础低于地面，导致基础内经常有积水存在，湿度较大，北方地区冬季户外温度为零下5摄氏度左右，即户外开关柜工作温度，而开关柜基础内温度受到大地热辐射和运行电缆热辐射的影响，基础内温度可以保持在1摄氏度以上，从而形成了一个类似蒸馏器的封闭系统，基础内的水蒸气上升进入开关柜柜体内，遇冷凝结在开关柜柜壁、电缆终端头、开关传动机构、二次端子等部件上，导致开关柜工作环境恶劣，设备寿命减少，甚至发生自动化设备、保护设备误动作，导致开关跳闸等电网安全事故的发生，危及工作人员人身安全，影响智能配网稳定运行。

目前，清除开关柜内凝露的方法主要有烘干法、吸湿法两种。烘干法是通过在开关柜内安装加热器，加热开关柜部分机构以提高露点，从而实现局部防凝露。这种方法的缺点是：清除凝露的范围较小，开关柜的整体工作环境依旧不能得到改善，加热器制热并达到消除凝露的状态需要消耗较多的电能，成本较高。吸湿法是通过在开关柜中安装除湿器，将柜内湿气吸收排出柜外，缺点是吸湿器的作用区域小，欲达到开关柜整体除湿需要较大的吸湿器，这与柜内有限的空间产生矛盾，其次吸湿器能量消耗较大，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于解决已有除凝露方法消除凝露范围小、开关柜工作环境未能得到改善、能量消耗大、成本高的不足，提供一种结构简单、使用方便、安全可靠、节能低耗且高效去除配电网户外开关柜凝露的风冷除凝露系统及其除凝露方法。

本发明的风冷除凝露系统是通过以下技术方案实现的：

一种风冷除凝露系统，其特殊之处在于：包括控制器8，所述控制器8的输入端设有安装在开关柜柜体1中的柜体内壁温度传感器6、安装在开关柜基础2中的基础内温度、湿度传感器7，控制器8的输出端设有安装在进风口4处的风机3；

为了保证系统的通风顺畅，本发明的一种改进是：所述进风口4设置在开关柜基础2伸出大地的部分，开关柜基础2伸出大地部分的另一侧设有与进风口4连通的出风口5；

所述进风口4、出风口5分别为百叶进风口、百叶出风口；

所述控制器8为单片机或PLC，包括数据传输模块8-1，数据传输模块8-1的输出端设有计算模块8-2，计算模块8-2的输出端设有判断模块8-3，判断模块的输出端设有控制模块8-4；

所述柜体内壁温度传感器6的输出端并联有控制器8的数据传输模块8-1、判断模块8-3。

利用上述风冷除凝露系统除凝露方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

一、标准值的输入：将标准数据△T_开启、△T_关闭输入控制器8的判断模块8-3中，使得△T_关闭＝△T_开启-4；

△T_开启为开启风机的阀值，它的取值小于0，确保在T₀和T₁接近时提前开启风机阻止凝露生成，柜体内壁温度高于基础内空气的常压露点温度或未达到开启阀值，凝露不会产生，风机关闭；

△T_关闭为关闭风机的阀值，它的取值为△T_开启-4，确保吸入柜外自然空气后一段时间内常压露点温度不会再次接近T₁；

二、数据的采集及传输：通过柜体内壁温度传感器6和基础内温度、湿度传感器7采集T₁、T₂、f的实时数据，柜体内壁温度传感器6采集到的柜体内壁温度T₁的实时数据同时传输到数据传输模块8-1、判断模块8-3中，基础内温度、湿度传感器7采集到的基础内温度T₂、柜体基础相对湿度f的实时数据传输到数据传输模块8-1中；

三、数据的计算：数据传输模块8-1将数据实时传输到计算模块8-2，计算模块8-2通过测得柜体内壁温度T₁、基础内温度T₂和柜体基础相对湿度f计算得出此时的常压露点温度T₀；计算模块8-2将计算出的数据传输到判断模块8-3，判断模块将计算得出的常压露点温度T₀与柜体内壁温度T₁相比较，得出的差值与△T_开启、△T_关闭、比较，其结果作为控制依据传输给控制模块8-4；

柜体基础内常压露点温度T₀的计算：

(1)水(冰)表面的饱和水蒸汽压可采用下式计算：

式中

E₀—空气温度为0℃时的饱和水蒸汽压，取E₀＝6.11hPa；

T₂—基础内温度，单位℃；

b—参数，对于水面(T2>0℃)，a＝7.5，b＝237.3；对于冰面(T2≤0℃)，a＝9.5，b＝265.5。

在柜体基础相对湿度f下，柜体基础内空气的水蒸汽压可按下式计算：

e＝f·E_s (2)

式中

e—柜体基础内空气的水蒸气气压，单位hPa；

f—柜体基础相对湿度，单位％；

Es—空气的饱和水蒸汽压，单位hPa。

柜体基础内空气在T2和f情况下的露点温度可按下式计算：

式中

T₀—柜体基础内空气的露点温度(℃)；

四、风机的控制：控制模块8-4根据计算模块8-3的结果控制风机3的开启和关闭，以及开启时间。

风机开启判断逻辑：

当T₀-T₁<ΔT_开启时，即柜体内壁温度高于基础内空气的常压露点温度或未达到开启阀值，凝露不会产生，风机关闭。

T₀-T₁≥ΔT_开启时，即柜体内壁温度接近基础内空气的常压露点温度且已经超过开启阀值，凝露即将在柜体内壁凝结，此时开启风机。

风机关闭判断逻辑：

当风机开启后，柜体外的自然干冷空气进入柜体基础内，使T₂和f降低，从而使T₀降低。

T₀-T₁≤ΔT_关闭时，即柜体内壁温度高于基础内空气的常压露点温度且存在一定的温度差，凝露不会产生，关闭风机。

T₀-T₁>ΔT_关闭时，即柜体内壁温度与基础内空气的常压露点温度差值没有达到关闭风机的阀值，风机继续开启。

本发明的风冷除凝露系统及其除凝露方法，是利用柜体外自然空气降低柜体基础内温度和湿度的方法，从而降低当时状态下的常压露点温度，最终实现除凝露的目的，结构简单、使用方便、安全可靠、节能低耗且高效去除配电网户外开关柜凝露，并且针对性强，作用面积大。

附图说明

图1：本发明系统总体示意图；

图2：本发明的模块间连接示意图。

图中：1、开关柜柜体，2、开关柜基础，3、风机，4、进风口，5、出风口，6、柜体内壁温度传感器，7、基础内温度、湿度传感器，8、控制器，8-1、数据传输模块，8-2、计算模块，8-3、判断模块，8-4、控制模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1。参考图1。一种风冷除凝露系统，包括控制器8，所述控制器8的输入端设有安装在开关柜柜体1中的柜体内壁温度传感器6、安装在开关柜基础2中的基础内温度、湿度传感器7，控制器8的输出端设有安装在进风口4处的风机3。

实施例2。本实施例的风冷除凝露系统与实施例1的结构基本相同，其不同之处在于：所述进风口4设置在开关柜基础2伸出大地的部分，开关柜基础2伸出大地部分的另一侧设有与进风口4连通的出风口5；所述进风口4、出风口5分别为百叶进风口、百叶出风口。

实施例3。参考图2。本实施例的风冷除凝露系统与实施例1的结构基本相同，其不同之处在于：所述控制器8为单片机或PLC，包括数据传输模块8-1，数据传输模块8-1的输出端设有计算模块8-2，计算模块8-2的输出端设有判断模块8-3，判断模块的输出端设有控制模块8-4；

所述柜体内壁温度传感器6的输出端并联有控制器8的数据传输模块8-1、判断模块8-3。

利用上述风冷除凝露系统除凝露方法，包括以下步骤：

一、标准值的输入：将标准数据△T_开启、△T_关闭输入控制器8的判断模块8-3中，使得△T_关闭＝△T_开启-4；

△T_开启为开启风机的阀值，它的取值小于0，确保在T₀和T₁接近时提前开启风机阻止凝露生成，柜体内壁温度高于基础内空气的常压露点温度或未达到开启阀值，凝露不会产生，风机关闭；

△T_关闭为关闭风机的阀值，它的取值为△T_开启-4，确保吸入柜外自然空气后一段时间内常压露点温度不会再次接近T₁；

二、数据的采集及传输：通过柜体内壁温度传感器6和基础内温度、湿度传感器7采集T₁、T₂、f的实时数据，柜体内壁温度传感器6采集到的柜体内壁温度T₁的实时数据同时传输到数据传输模块8-1、判断模块8-3中，基础内温度、湿度传感器7采集到的基础内温度T₂、柜体基础相对湿度f的实时数据传输到数据传输模块8-1中；

三、数据的计算：数据传输模块8-1将数据实时传输到计算模块8-2，计算模块8-2通过测得柜体内壁温度T₁、基础内温度T₂和柜体基础相对湿度f计算得出此时的常压露点温度T₀；计算模块8-2将计算出的数据传输到判断模块8-3，判断模块将计算得出的常压露点温度T₀与柜体内壁温度T₁相比较，得出的差值与△T_开启、△T_关闭、比较，其结果作为控制依据传输给控制模块8-4；

柜体基础内常压露点温度T₀的计算：

水(冰)表面的饱和水蒸汽压可采用下式计算：

式中

E₀—空气温度为0℃时的饱和水蒸汽压，取E₀＝6.11hPa；

T₂—基础内温度，单位℃；

b—参数，对于水面(T2>0℃)，a＝7.5，b＝237.3；对于冰面(T2≤0℃)，a＝9.5，b＝265.5。

在柜体基础相对湿度f下，柜体基础内空气的水蒸汽压可按下式计算：

e＝f·E_s (2)

式中

e—柜体基础内空气的水蒸气气压，单位hPa；

f—柜体基础相对湿度，单位％；

Es—空气的饱和水蒸汽压，单位hPa。

柜体基础内空气在T2和f情况下的露点温度可按下式计算：

式中

T₀—柜体基础内空气的露点温度(℃)；

四、风机的控制：控制模块8-4根据计算模块8-3的结果控制风机3的开启和关闭，以及开启时间。

风机开启判断逻辑：

当T₀-T₁<ΔT_开启时，即柜体内壁温度高于基础内空气的常压露点温度或未达到开启阀值，凝露不会产生，风机关闭。

T₀-T₁≥ΔT_开启时，即柜体内壁温度接近基础内空气的常压露点温度且已经超过开启阀值，凝露即将在柜体内壁凝结，此时开启风机。

风机关闭判断逻辑：

当风机开启后，柜体外的自然干冷空气进入柜体基础内，使T₂和f降低，从而使T₀降低。

T₀-T₁≤ΔT_关闭时，即柜体内壁温度高于基础内空气的常压露点温度且存在一定的温度差，凝露不会产生，关闭风机。

T₀-T₁>ΔT_关闭时，即柜体内壁温度与基础内空气的常压露点温度差值没有达到关闭风机的阀值，风机继续开启。

实施例4。本实施例的风冷除凝露系统与实施例2的结构基本相同，其不同之处在于：所述控制器8为单片机或PLC，包括数据传输模块8-1，数据传输模块8-1的输出端设有计算模块8-2，计算模块8-2的输出端设有判断模块8-3，判断模块的输出端设有控制模块8-4；

所述柜体内壁温度传感器6的输出端并联有控制器8的数据传输模块8-1、判断模块8-3。

利用上述风冷除凝露系统除凝露方法，包括以下步骤：

一、标准值的输入：将标准数据△T_开启、△T_关闭输入控制器8的判断模块8-3中，使得△T_关闭＝△T_开启-4；

△T_开启为开启风机的阀值，它的取值小于0，确保在T₀和T₁接近时提前开启风机阻止凝露生成，柜体内壁温度高于基础内空气的常压露点温度或未达到开启阀值，凝露不会产生，风机关闭；

△T_关闭为关闭风机的阀值，它的取值为△T_开启-4，确保吸入柜外自然空气后一段时间内常压露点温度不会再次接近T₁；

二、数据的采集及传输：通过柜体内壁温度传感器6和基础内温度、湿度传感器7采集T₁、T₂、f的实时数据，柜体内壁温度传感器6采集到的柜体内壁温度T₁的实时数据同时传输到数据传输模块8-1、判断模块8-3中，基础内温度、湿度传感器7采集到的基础内温度T₂、柜体基础相对湿度f的实时数据传输到数据传输模块8-1中；

三、数据的计算：数据传输模块8-1将数据实时传输到计算模块8-2，计算模块8-2通过测得柜体内壁温度T₁、基础内温度T₂和柜体基础相对湿度f计算得出此时的常压露点温度T₀；计算模块8-2将计算出的数据传输到判断模块8-3，判断模块将计算得出的常压露点温度T₀与柜体内壁温度T₁相比较，得出的差值与△T_开启、△T_关闭、比较，其结果作为控制依据传输给控制模块8-4；

柜体基础内常压露点温度T₀的计算：

水(冰)表面的饱和水蒸汽压可采用下式计算：

式中

E₀—空气温度为0℃时的饱和水蒸汽压，取E₀＝6.11hPa；

T₂—基础内温度，单位℃；

b—参数，对于水面(T2>0℃)，a＝7.5，b＝237.3；对于冰面(T2≤0℃)，a＝9.5，b＝265.5。

在柜体基础相对湿度f下，柜体基础内空气的水蒸汽压可按下式计算：

e＝f·E_s (2)

式中

e—柜体基础内空气的水蒸气气压，单位hPa；

f—柜体基础相对湿度，单位％；

Es—空气的饱和水蒸汽压，单位hPa。

柜体基础内空气在T2和f情况下的露点温度可按下式计算：

式中

T₀—柜体基础内空气的露点温度(℃)；

四、风机的控制：控制模块8-4根据计算模块8-3的结果控制风机3的开启和关闭，以及开启时间。

风机开启判断逻辑：

当T₀-T₁<ΔT_开启时，即柜体内壁温度高于基础内空气的常压露点温度或未达到开启阀值，凝露不会产生，风机关闭。

T₀-T₁≥ΔT_开启时，即柜体内壁温度接近基础内空气的常压露点温度且已经超过开启阀值，凝露即将在柜体内壁凝结，此时开启风机。

风机关闭判断逻辑：

当风机开启后，柜体外的自然干冷空气进入柜体基础内，使T₂和f降低，从而使T₀降低。

T₀-T₁≤ΔT_关闭时，即柜体内壁温度高于基础内空气的常压露点温度且存在一定的温度差，凝露不会产生，关闭风机。

T₀-T₁>ΔT_关闭时，即柜体内壁温度与基础内空气的常压露点温度差值没有达到关闭风机的阀值，风机继续开启。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种风冷除凝露系统，其特征在于：包括控制器(8)，所述控制器(8)的输入端设有安装在开关柜柜体(1)中的柜体内壁温度传感器(6)、安装在开关柜基础(2)中的基础内温度、湿度传感器(7)，控制器(8)的输出端设有安装在进风口(4)处的风机(3)。

2.根据权利要求1所述一种风冷除凝露系统，其特征在于：所述进风口(4)设置在开关柜基础(2)伸出大地的部分，开关柜基础(2)伸出大地部分的另一侧设有与进风口(4)连通的出风口(5)。

3.根据权利要求2所述一种风冷除凝露系统，其特征在于：所述进风口(4)、出风口(5)分别为百叶进风口、百叶出风口。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述一种风冷除凝露系统，其特征在于：所述控制器(8)为单片机或PLC，包括数据传输模块(8-1)，数据传输模块(8-1)的输出端设有计算模块(8-2)，计算模块(8-2)的输出端设有判断模块(8-3)，判断模块的输出端设有控制模块(8-4)。

5.根据权利要求4所述一种风冷除凝露系统，其特征在于：所述柜体内壁温度传感器(6)的输出端并联有控制器(8)的数据传输模块(8-1)、判断模块(8-3)。

6.权利要求1-5所述一种风冷除凝露系统的除凝露方法，其特征在于：包括以下步骤：

一、标准值的输入：将标准数据△T_开启、△T_关闭输入控制器(8)的判断模块(8-3)中，使得△T_关闭＝△T_开启-4；

二、数据的采集及传输：通过柜体内壁温度传感器(6)和基础内温度、湿度传感器(7)采集T₁、T₂、f的实时数据，柜体内壁温度传感器(6)采集到的柜体内壁温度T₁的实时数据同时传输到数据传输模块(8-1)、判断模块(8-3)中，基础内温度、湿度传感器(7)采集到的基础内温度T₂、柜体基础相对湿度f的实时数据传输到数据传输模块(8-1)中；

三、数据的计算：数据传输模块(8-1)将数据实时传输到计算模块(8-2)，计算模块(8-2)通过测得柜体内壁温度T₁、基础内温度T₂和柜体基础相对湿度f计算得出此时的常压露点温度T₀；计算模块(8-2)将计算出的数据传输到判断模块(8-3)，判断模块将计算得出的常压露点温度T₀与柜体内壁温度T₁相比较，得出的差值与△T_开启、△T_关闭、比较，其结果作为控制依据传输给控制模块(8-4)；

四、风机的控制：控制模块(8-4)根据计算模块(8-3)的结果控制风机(3)的开启和关闭。

7.根据权利要求6所述一种风冷除凝露系统的除凝露方法，其特征在于：步骤三中，柜体基础内常压露点温度T₀的计算：

水(冰)表面的饱和水蒸汽压可采用下式计算：

在柜体基础相对湿度f下，柜体基础内空气的水蒸汽压可按下式计算：

e＝f·E_s

柜体基础内空气在T2和f情况下的露点温度可按下式计算：

8.根据权利要求6或7所述一种风冷除凝露系统的除凝露方法，其特征在于：步骤四中，风机开启判断逻辑：

当T₀-T₁<ΔT_开启时，即柜体内壁温度高于基础内空气的常压露点温度或未达到开启阀值，凝露不会产生，风机关闭；

T₀-T₁≥ΔT_开启时，即柜体内壁温度接近基础内空气的常压露点温度且已经超过开启阀值，凝露即将在柜体内壁凝结，此时开启风机；

风机关闭判断逻辑：

当风机开启后，柜体外的自然干冷空气进入柜体基础内，使T₂和f降低，从而使T₀降低；

T₀-T₁≤ΔT_关闭时，即柜体内壁温度高于基础内空气的常压露点温度且存在一定的温度差，凝露不会产生，关闭风机；

T₀-T₁>ΔT_关闭时，即柜体内壁温度与基础内空气的常压露点温度差值没有达到关闭风机的阀值，风机继续开启。