远红外加热技术在配电站房防凝露除湿治理中的应用

国网江苏省电力有限公司南通市通州区供电分公司 朱富云 苏 剑

绿色电力，已经成为了我国电力发展过程中一个风向标，国家电网公司始终牢固树立“能源转型、绿色发展”理念，加快电网发展，加大技术创新，推动能源电力从高碳向低碳、从以化石能源为主向以清洁能源为主转变，加快电网向能源互联网升级，争排头、做表率，为实现“碳达峰、碳中和”目标作出国网贡献[1]。

1 凝露的形成原因及危害

大部分配电房都属于无人值守，因此配电房的环境对于电气设备极为重要，空气湿度（空气含水量）是影响电气设备的一个重要因素，空气湿度在30%～70%区间是最为适宜的。在一些气候环境下，配电房空气湿度超过了75%，再加上在电力负荷在运行过程中一直处于变化之中，因此会导致开关柜内部出现较大幅度的温度变化。在这种环境中，空气里的水气很容易在开关柜内部的电气设备以及控制设备元器件的表面形成一层水膜，严重的可导致高压开关柜内部出现凝露甚至淌水。开关柜的凝露见图1所示。

图1 高压开关柜中凝露现象严重

电气设备基本都是金属制品，而金属在水膜作用下，材料的腐蚀速度将会大大加快，严重影响了设备的使用寿命[2]；而空气中的水蒸汽在强电磁场的作用下，极易形成臭氧，臭氧聚集过多则会严重破坏电气设备的绝缘性能，绝缘性能的降低极易引发触电、电弧、设备起火甚至爆炸等严重事故。

另外凝露还会导致开关柜内部粉尘的堆积，因为粉尘体积非常小且具有荷电性，很容易在电气设备的绝缘层表面以及二次控制设备的内部凝集沉降，一旦粉尘堆积过多，就会降低电气设备的安全电气距离，破坏电气设备的绝缘强度，在电力负荷过高或者在电气设备操作过程中极易造成电弧击穿、设备起火等事故。有的粉尘还堆集在电子板内，造成电气误动、短路等，对其安全运行造成很大危害[3-4]。

2 常用的防凝露方式

根据国家电网对于变（配）电站房设计要求以及相关国家标准中都提出，柜体结构必须要采取防凝露措施，包括利用设备局部密封处理、配合无源除湿措施，柜体顶板防凝露设计及处理、做斜坡导水设计，电气元件采用密封技术制作或者用密封胶封堵等。

柜体内部也会加装加热器和温度控制器，在湿度≥75%或者温度≤5℃的时候启动设备，在湿度≤65%或者温度大于等于15℃的时候停止设备，可以有效的控制内部凝露的形成。

关于变配电站房以及值班室控制室等站房主体建筑物的防凝露治理，GB50053-2013《20kV及以下变电所设计》中6.3.5条规定：在采暖地区，控制室和值班室应设置采暖装置。配电室内温度低影响电气设备元件和仪表的正常运行时，也应设置采暖装置或采取局部采暖措施。GB50613-2010《城市配电网规划设计规范》中11.2.2条规定：变配电站内设置采暖、空调设备的房间宜采用节能措施。

目前传统变配电站房提高环境温度和防凝露除湿一般采取如下措施：采用空调或者电热油汀制热，来提高站房内的温度；采用空调除湿功能，或安装冷凝式除湿机除湿，来降低空气湿度；对空气中的粉尘没有什么好的办法。这些传统技术，不是耗能高，就是效果不明显，不能满足未来低碳节能、绿色发展的需求。

3 远红外加热除湿技术

太阳光其实就是电磁波，根据不同的波长把太阳光划分为了不同的波段，每一种波所携带的能量的不同，红外线就是太阳光其中一个波段内的电磁波，类似于无线电波和紫外线等。科学研究表示，而远红外线所携带的能量占据了太阳辐射所有能量的百分比高达72%，可见远红外线是一种高能量射线，远红外线的波长范围是红外线范围波段中最宽的，波长范围为4μm～1000μm，而其中最富含能量波段的波长范围为8μm～14μm（如图2所示）。

图2 太阳光波长图

研究证明远红外线有很强的渗透力和辐射力，非常容易被物体吸收并转化为物体的内能，当远红外线照射到被加热的物体时，由于真实世界中不存在完美的黑体，因此会有一部分射线被反射回来，而另外一部分远红外线则会穿透物体；远红外线又具有显著的温控效应和共振效应，当远红外线穿透物体表面时，就会导致被加热的物体内的分子或原子结构吸收远红外线的能量，而产生强烈的振动，这种振动会使物体内部和表面的温度升高，从而达到了加热物体的目的。

远红外加热除湿装置就是利用远红外温控效应和共振效应的技术通过科学方法研制的，选用接近于完美黑体的半导体材料，同时将非金属半导体电材料经过纳米技术和特殊工艺制作成特殊浆料，再利用网印技术、高温烧结等工艺，将半导体浆料完美的贴合在高透防爆的微晶玻璃表面，制成一层无机非金属远红外导体电阻层，不同的半导体材料的用量会形成不同功耗的装置。

远红外加热除湿装置上的无机非金属远红外导体电阻层在电场的作用下，会辐射大量的波长为8μm～14μm的俗称“生命光线”的远红外线，配电房内的电气设备以及地面墙体等均处于其辐射范围之内，在电气设备接收到远红外线辐射之后，远红外线的能量被吸收转换为设备的热能，使电气设备内部和表面的温度升高，这样辐射的加热速度快于空气传热，周围物体处于一起升温的状态，因此会使配电房内部的环境温度更均衡。

远红外加热除湿的优势如下：

电热转换率高：远红外线的传热形式是辐射传热，由电磁波传递能量，因为没有传输介质，中间不会损耗能量。电热转换率高达98%以上，红外辐射率可达85%以上。

热效率高：发热层原料中半导体胶能产生大量的远红外线，使之热效率提高了120～180%。

空间利用率高：远红外加热除湿装置采用悬挂吊顶方式安装，主要安装于需加热的设备之上，非常适用于空间有限的小型化站房（预制舱）。

升温速率快：远红外加热除湿装置在通电后，3分钟左右表面温度可以达到180度以上，快速形成较强的远红外热辐射，因为是辐射制热，所以会快速的使受体表面温度上升。

工作能耗低：远红外加热除湿装置可根据实际情况设计成不同功率的产品，额定功率在1300W～1800W之间，低于空调制热和电热油汀制热的功率，因电能全部转化成热能，本身无损耗，比其他供暖产品节能60%以上。

环境影响小：远红外除湿装置在工作过程中，完全静音，相比于空调外机工作中会发出噪音和电热油汀会产生浮尘等设备，不会产生浮尘和噪音，对于周围居民以及配电站房内部的电气设备无任何影响。

使用寿命长：远红外加热除湿装置的结构简单，元器件少，不需要维护，使用寿命长，一般使用寿命在20年以上。而传统的空调的寿命差不多在6～10年，电热油汀的寿命差不多的5～8年左右。

4 应用方式及治理效果

变（配）电站房防凝露治理是一个多系统多设备相结合的工作，如何将多重设备根据科学有效的配置方式，实现精细化的管理，使其工作在合理的方式上，既达到了有效的防凝露除湿的效果，又极大的提高了设备的工作效率，降低设备的能耗，达到节能环保的效果。

一个智能化的环境监控系统加上节能型的设备，无人看守，远程查看，采用多个高精度环境传感器，实时精确的采集配电房中各个位置的环境参数，可以根据实时环境的变化来联动轴流风机、水泵、远红外加热除湿装置等辅助设施，完成自动的闭环控制和告警。

图4 治理前和治理后对比

一旦湿度超过了75%，则同时打开风机和远红外加热装置，提高电气设备表面温度，增大周围空气的含水量，同时通过风机将高湿的气体排出，减少了空气中的水汽量绝对值；当湿度低于45%时，则同时停止设备，降低了能耗。环境温度低于5℃时，打开远红外加热装置，提高电气表面温度，使其不容易在低温下产生凝露，同时也减少了设备因为低温造成的影响；当温度达到15℃的时候，则停止设备。

一般配电站房内部，会按照一排高压柜、两排低压柜的形式进行设备布局，为了使得红外辐射的效果最大化，分别在每一排高、低压柜上方安装2套至3套1300～1500w左右的大的远红外加热除湿装置。也可以按照每30平米的面积，配置1套远红外加热除湿装置来匹配。如图3所示。

图3 高压柜和低压柜安装方式

治理之前配电房的湿度基本维持在70%-75%，通过节能型的环境监控系统治理之后，基本湿度维持在50%以下。

5 结语

远红外加热除湿装置有明显的性价比优势，相比于原先配电站房（预制舱、办公楼等）使用传统的空调或电油汀来提升室内温度，采用远红外加热的方式具有低功耗、升温快、无噪音、电热转换率高、无扬尘以及使用寿命长等优点。完全符合国家电网“能源转型、绿色发展”的理念，在实现国家“碳达峰、碳中和”的目标过程中，具有非常重要的作用。