大型设备高压滑环箱微环境监测与治理解决方案

李冬冬，赵 兵，李 宏，杨 凯

（山东港口集团青岛港董家口矿石码头有限公司，山东青岛 266000）

0 引言

M4040 门座式起重机属于码头装卸设备，常年在海边潮湿露天环境下工作。若滑环箱箱体密封不良，在雨天或大雾天气，雨水或者雾气进入箱体，造成箱体内湿度急剧增大。过高的湿度会导致三相高压抽头或滑环之间绝缘降低，致使相间或相对地短路放电，给设备及生产安全带来极大隐患。

1 项目背景

1.1 关于滑环箱导致的事故统计

据统计，2017 年以来，山东港口青岛港共发生因大机用电设施引起的系统接地事故26 次，其中由滑环箱直接导致的有10 次，占故障总数的38.5%。故障均引起系统电压瞬间波动，影响供电系统安全运行，对设备和生产安全造成极大隐患。

1.2 M4040 门座式起重机高压滑环箱现状

高压滑环箱是门座式起重机高压供电系统非常重要的部位。高压滑环箱内虽然有加热除湿装置，但装置仅仅降低了滑环箱内的相对湿度，并没有减少单位体积内空气中水的含量。一旦温度降低还会产生凝露，附着在绝缘表面，导致绝缘降低甚至爬电、短路事故，造成设备严重故障。因此，需要改造除湿装置，消除设备安全隐患。

2 基础解决方案

2.1 方案设计思路

2.1.1 影响滑环箱绝缘的因素

对青岛港董家口矿石码头有限公司23 台门机滑环箱开展跟踪研究，发现滑环箱内绝缘器件及电缆终端头的绝缘值与箱内湿度存在直接关系。春秋季节，当箱内湿度在60%以下时，滑环箱内各相间及各相对地绝缘在500～2500 MΩ；夏季，当箱内湿度在60%以上时，滑环箱内各相间及各相对地绝缘在50～500 MΩ，甚至更低。虽是粗略统计，但充分说明滑环箱内箱内湿度是绝缘值的决定性因素。

2.1.2 滑环箱微环境的治理

解决问题的关键是收集箱内水分并排出箱外。在滑环箱内安装BTCS 系列排水型除湿器，BTCS 除湿设备为国内首次应用。该系统充分利用温差较大时水分易凝露的特点，除湿器工作时内置半导体凝水面温度＜-30 ℃，使空气中的水分冷凝在凝水面，并通过排水口使箱内水分不断排出箱外，从而保证箱内空气持续干燥。

2.2 方案实施方法

2.2.1 箱内装置的安装

在箱内将半导体凝水装置安装于N 相侧的箱内壁上。风扇安装在凝水装置前方，可以将箱内湿度大的空气送到凝水装置的低温面。空气中的水汽在冷凝面上凝结，受重力作用向下流入集水槽。集水槽下部开有小孔，在靠近凝水装置一侧的箱壁上较低位置开一个直径6 mm 的排水孔。将胶管一头连接在集水槽下部的小孔，另一头通过箱壁上的排水孔穿到箱壁外。在箱内远离凝水装置的位置安装温湿度传感器，将凝水装置、风扇、温湿度传感器的线路由电缆通过穿线管连接到箱外控制箱。

2.2.2 除湿装置控制箱的安装

在门机方箱内，人员操作方便的位置安装控制箱。箱门外装设控制开关、运行指示灯、湿度显示器及湿度设定面板。将除湿装置的控制集成电路板安装在箱内，并将线路引到接线端子台，分别与凝水装置、风扇、温湿度传感器连接。当滑环箱内湿度大于设定湿度时，凝水装置及风扇自动启动进行除湿；当湿度低于设定湿度时，凝水装置及风扇停止运行，实现对箱内凝水装置的控制及箱内微环境的实时监测。

2.3 方案效果及优势

本项目应用于门机高压滑环箱微环境监测与治理。通过降低箱内湿度，保证滑环箱内绝缘，使门机高压滑环箱故障率降低80%，有效提高了设备的安全系数，保证设备本质安全。进一步提高设备供电系统安全性，减少了检查频次，由原来的每季度检查1 次缩短为每半年检查1 次，大大减少了人工检查风险。

本方案施工方便，只需对现有设备进行极小改动。造价低廉，成本为0.48 万元/台，可实现实时监控箱内湿度，验证除湿效果。自动控制除湿器，保持箱内干燥，提高绝缘性能。

3 基于基础方案的智能控制方法

3.1 智能环境监控系统主机

智能控制方法需在基础方案的基础上，增设环境监控系统主机，实现智能监控的目标。通过模拟量输入接口，实时监测滑环箱内的温湿度数值。通过开关量的输入输出功能，控制箱内除湿装置的启停。记录监测的数据，通过GPRS 方式上传数据，实现远程监控。

3.2 智能控制系统的功能

3.2.1 实时记录功能

系统连续如实采集和记录高压环网箱内温度、湿度、漏水等各项参数情况，以数字和图形方式进行实时显示和记录监测信息。

3.2.2 数据存储功能

将所有采集的数据记录到主计算机上，数据可以按照使用人员的要求，定时自动保存、备份、打印和归档等。

3.2.3 超限报警功能

当出现参数超限时，系统进行微信报警和系统提示报警。

3.2.4 远程手动控制功能

当数据超限时，系统可通过云平台进行手动远程控制除湿装置。

3.2.5 手机APP 功能

系统可通过手机APP 实时查看数据。

3.2.6 打印/报表功能

系统可自动打印日报表，或者根据客户需要，实时导出历史数据报表。