张丹阳，林昂，韦浩洋

(国网金华供电公司，浙江　金华　321001)



户外端子箱的防护措施及其设计规范

张丹阳，林昂，韦浩洋

(国网金华供电公司，浙江金华321001)

端子箱在一次设备与二次设备中起连接中转作用，是变电站的重要辅助设备。因长期安置于环境恶劣的户外，难免受尘土、潮湿、温度、鼠虫等因素的影响，使端子箱内部的线缆和元器件遭受不同程度的损害。对此本文从箱体结构、防潮控温、维修更换等方面综合考虑，提出了一系列户外端子箱的防护措施及其设计规范。设计了“内胆式”端子箱双层箱体结构；采用了除湿调温自动控制系统；提出统一采购安装标准；安装全面实时监控设施等等。综上所提防护措施能全面保障户外端子箱的正常运行。

端子箱防护；温湿度调控；防潮除湿；防尘防锈；箱体结构

1　引言

端子箱为变电站重要的户外辅助设备，是变电站现场运行设备中控制、保护、测量、计量等回路模拟量提取的中转设备。保证户外端子箱的安全可靠运行是实现电力系统智能控制、稳定供电的基础[1]。

端子箱一般安置于环境恶劣的户外，易受自然环境以及人为因素的影响，如金属外壳锈蚀、内部潮湿、温差变化、虫鼠水土等物进入以及人为故意盗拆破坏等，这些影响都一定程度上给户外端子箱造成损害，不利于端子箱的安全稳定运行。对此有必要针对上述问题展开研究，提出全面有效的户外端子箱防护措施，这对维护电力系统的安全稳定运行具有重要的意义[2-3]。

在对户外端子箱的防护研究中，目前大多数研究主要集中在端子箱内部的防潮与除湿上[4-7]。如华北电力大学、重庆市电力公司等单位均对端子箱内部的除湿措施进行了研究。但是目前的研究内容比较单一，缺乏综合考虑端子箱在箱体机械结构、内部温度湿度控制、带电维修更换等方面存在的问题。所以研究一套全面合理的防护措施当务之急[8-10]。

对此，本文对户外端子箱进行一系列综合性防护研究，提出了相应的户外端子箱的防护措施及其设计规范。论文首先从户外端子箱的整体出发，全面的分析了户外端子箱现存的问题，并针对问题就防护措施逐一进行了探讨，分别在端子箱箱体结构、箱内温湿度自动控制等方面提出了一系列防护措施与设计规范。

2　户外端子箱现存问题分析

(1)箱体结构的锈蚀性问题

由于传统端子箱多采用铁制材料的缘故，置于户外的有氧潮湿环境下，端子箱铁制结构极易氧化锈蚀，这对端子箱的美观与机械性能等方面造成了极大的影响。针对箱体外壳锈蚀的传统防护措施为在箱壳外涂上防锈油漆。事实证明，随着时间的推移，油漆层容易脱落，导致很多端子箱外壳锈蚀更加严重，影响箱体的密封性导致端子箱渗水。更有甚者锈蚀直接影响端子箱的接地效果和屏蔽作用。故涂油漆是一种治标不治本的防锈措施，无法根本的解决箱体金属结构的锈蚀问题。

(2)箱内温湿度的控制困难问题

端子箱内部含有大量的接线端子、电缆、元器件等，由于端子箱内部的温度、湿度等环境因素无法控制，导致箱体内部温湿度变化较大。如四季气候更迭，昼夜温差变化，都可造成很大温度差。巨大的温差变化对端子箱内部的电缆和元器件来说是一种严峻的考验，它会加速端子箱内部元器件和电缆的老化速度，减少其使用寿命。而端子箱内部的湿度也会影响其运行状态。还有当端子箱内的湿空气达到露点温度时容易形成水雾，端子箱内的电气设备长期处于这种环境下，其绝缘能力将随之下降，影响了机械及电气性能。严重者会在绝缘体表面沿面放电或者发生故障。

(3)端子箱整体的兼容性较差问题

通常情况下，一个变电站中含有数个甚至数十个端子箱，然而端子箱厂家不同，直接带来了兼容性差的问题。以浙江金华供电公司为例，公司下属110kV以上变电站共135座，站内端子箱共计1000余个。这些端子箱来自不同的生产厂家。不同厂家的端子箱尺寸和形状多种多样，导致变电站现场安装时所需的场地大小和安装方式等不同，给现场安装和更换带来了诸多不便。

(4)端子箱带电操作困难问题

目前变电站用的端子箱基本为一体式结构，一般需要停电才能更换，且更换过程复杂，更换时间长。长时间停电，给供电公司和用户带来较大影响。由于变电站停电时间的限制，某些变电站无法在一次停电时将所有需要更换或维护的端子箱处理好，导致部分需要更换的端子箱依然在运行，给电网的安全稳定运行也埋下了巨大的隐患。

(5)人或动物破坏

户外端子箱为公共供电设施，与人们的生活息息相关。但是人为故意破坏端子箱的恶劣现象仍时有发生。虫鼠等动物的误闯也会对端子箱造成不小的损害。目前对于此类现象的防护措施甚少，有必要对监控报警系统加以完善，有便于及时发现并阻止破坏事故的发生。

3　内胆式端子箱体结构改进方案

针对户外端子箱现存外物进入，金属锈蚀，温湿变化等问题。本文从端子箱的机械结构入手，提出了一种“内胆式”端子箱体结构。

“内胆式”端子箱体结构即端子箱由内外两层壳体结构组成。外层采用防锈的不锈钢材料，内层采用隔热阻燃性良好的玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料(以下简称为SMC)。将不常操作的电器元件安置于内部安装支架上；经常操作的电气开关、显示仪表等装置镶嵌置于内壳表面。具体结构图如图1所示。

图1　端子箱结构图

图1中箱体正面的为操作面，打开正面门就能实现常规操作。端子箱体侧面门主要是为了更换端子箱内胆而设置，平时处于关闭状态。箱内中部的网状支架用于安装电气设备。内壳顶部的出气孔用于内外气体流通，防止完全封闭造成的箱体内外气压不平衡现象。箱体底部置放的干燥剂用于辅助温湿控制器实现防潮功能。温湿控制器的主要作用是为了控制内部温湿度稳定在合适范围以内，内置温度与湿度传感器，根据传感器测得的温湿度实施控制措施。如：当箱内湿度过高时，通过加热使水汽上升从内壳顶端出口溢出，溢出的含水热气遇到冰冷的金属外壳壁液化成水，从内外壳之间夹缝中流下，直到顺着出水槽流出箱外，从而实现防潮除湿的功能。

端子箱外壳采用不锈钢材料作为箱体，可以很好的防止生锈。与普通铁制箱体相比而言，虽然采用不锈钢材料制成的箱体投入成本较高，但是寿命长，外表美观。改造替换下的材料还可以实现再利用。这里需要强调的是端子箱由不锈钢材料焊接制成，在焊接点处防锈能力相对较低，需要附加刷漆刷油等防锈措施。

端子箱的内层壳材料采用SMC。这种材料具有不易变形、机械强度高的特点，同时还有很好的隔热阻燃性。这能很好的避免外部昼夜温度的变化对箱内温湿度的影响。很好的克服不锈钢外壳导热性强的缺陷，从而使内外壳的性能达到相得益彰的效果。

不仅如此，由于端子箱具有内外两层壳，内壳封闭相对紧密，通气孔又留在内壳的箱顶，出水槽留在外壳的箱低，且安装有网罩与过滤体。能很好的防止虫鼠、灰尘等外物的进入。从空气的流通途径来看更加便于箱体内部的防潮。将操作开关和显示界面镶嵌装在内壳面上，复杂的电气安装以及操作少的电器设备置于内箱里。简化了操作界面，打开端子箱外门就能观看仪表并操作，操作简单，能很好的避免操作失误造成的其他故障。

4　箱内温湿度控制

箱外环境变化会对箱内的温湿度造成一定的影响，从而影响内部元件的寿命，甚至导致故障。因此要采用相应的防护措施实现箱内温湿度稳定在适当的范围以内。现今，端子箱的除湿调温方式主要有三种:采用干燥剂、加热器、温湿度自动控制系统。

(1)干燥剂是一种物理除湿方法。优点：不需要接电源,应用方便简单；缺点：除湿效果不佳,需定期检查和更换,维护工作量大。

(2)加热器除湿法就是加热使水汽化随空气溢出箱外。优点：除湿效果较好；缺点：加热器须外接电源，长期加热会导致箱内温度过高,造成绝缘老化,缩短了设备寿命。且加热器需要人工开关,无法自动智能控制，不发保证箱内温度恒定。

(3)温湿度自动控制系统是分别用内置温度、湿度传感器采集的数据智能控制箱内温湿度。当箱内湿度高于设定值时,启动开关温湿控制器工作；当箱内湿度低于设定值时,温湿控制器开关关闭。优点：对箱内温湿度实现了智能控制，能很好的维持箱内温湿度的稳定，且无需运行人员的频繁操作。

综上所述，国内外在端子箱内部温湿度控制方面研究的是较多的。主要是因为温湿度对端子箱的影响确实很大，同时也说明电力行业对端子箱内部温湿度影响的重视。当箱内温度过低时，易导致外界湿润空气内流，出现凝露现象，破坏了干燥的内部环境，不利于内部设备的运行与保养；为了保持箱体内部干燥环境，干燥剂按其除湿效果仅可用于辅助防潮除湿。最有效的方法还是采用加热器升高内部温度，使水汽化随热空气外流。此法确实有效的减小了内部的水分含量，但是温度过高极易加速内部元器件绝缘层老化，缩短了设备的应用寿命。经过对比发现温湿度自动控制器的优势明显。采用智能手段，能合理的自动控制箱内的温湿度。故在本文中采用的温湿度控制系统框图如图2所示。

如图2本温湿度控制系统主要由三部分组成：电源转换部分、控制部分、除湿调温部分。

电源转换部分主要是将220V交流电转换成5V或者10V的直流电，为控制系统中的电子设备提供电能。

图2　温湿度自动控制系统

控制部分主要由温湿度采集器、微处理器、控制开关、通信设备、监控操作平台组成。一般控制路径设置有两种：路径一，由温湿度采集器实时采集箱内温湿度数据，将数据传至处理器，在处理器内与设定值进行逻辑比较，启动或者关闭开关装置，从而达到控制除湿调温装置的目的。此控制方式主要用于平时温湿度的智能自动控制；路径二，由温湿度采集器实时采集箱内温湿度数据，将数据传至监控平台，由工作人员进行人为分析后，根据需要发出控制除湿调温装置的开关命令，从而实现箱内温湿度的控制。此路径主要是应对特殊状况(如电气试验，或者人工应急备用式操作)。

除湿调温部分主要是通过温度变化来控制水的状态，从而保证在温度不至过高的基础上实现除湿防潮的功能。如图2所示，将制冷部分装于端子箱内壳与外壳之间。结合图1所示的机械结构介绍除湿流程如下：当控制系统闭合开关之后，除湿调温装置开始工作，内壳外部的制冷片使内外壳之间的温度下降，空气中的水液化，壳内的散热风扇使得内部温度升高，且加快了内部空气流动，热空气上升，经过内壳上端的出气孔溢出内壳外，热空气遇冷，液化成水顺着壳壁流下，通过排水槽流出箱外，从而实现了箱内的除湿防潮功能。由于内部主要是吹的热风温度不至过高，不会损坏内部的绝缘设备。

5　其他防护措施

根据端子箱的防护要求，本文除了在端子箱的结构上提出内胆式结构、除湿调温方面采用温湿度自动调控系统。本文还相应的提出了一系列辅助防护措施。

(1)为了克服现存端子箱种类多样、兼容性较差的问题。在端子箱的购置时就应该做好长远规划。形成变电站端子箱生产、采购、安装、维护等过程中的统一标准，形成相应的规范和规程，用以规范生产厂家所生产端子箱的材料、尺寸、接口，安装工具与方式等。规范的目的就是统一端子箱形状、尺寸、以及接口等标准，提高端子箱的兼容性，便于安装维修以及更换。

(2)对于维修更换复杂，带电操作困难的问题，文中提出的“内胆式”端子箱结构能很好的解决。端子箱的外壳可以固定安装在户外，当端子箱故障需要更换时，可直接更换相同型号的“内胆”。如此维修更换设备极为方便，且可以基本做到带电作业，对正常供电运行造成的影响小。

(3)为了防止不良人为破坏，可在端子箱附近安装监控设备，在端子箱外装报警设备。并对端子箱附近的居民做好端子箱防护科普教育，动员广大群众的力量共同监督维护公共设施不受损害。同时对故意损害公共设施的不法行为，诉诸于法律，给予相应的法律制裁。

(4)为防止虫鼠对端子箱的破坏，可以在端子箱周围置放樟脑丸等非剧毒性除虫驱鼠药物。

6　结论

本文提出端子箱“内胆式”箱体结构、智能温湿控制系统、统一端子箱配置规范等一系列措施。能很好的解决端子箱金属箱体锈蚀，兼容性差，防潮控温，带电维修更换等问题。不仅如此，还对人为故意破坏和动物误闯等现象提出了相应的对策，并安装了全方位实时监控设施。本文措施能全面的防护户外端子箱不受损害，纵使箱内设备的更换与维修也能做到快速方便操作，且兼容性好。这对维护电力系统的安全稳定运行具有重要的意义。

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Protection Measures of Outdoor Terminal Box and Its Design Specification

ZHANGDan-yang,LINAng,WEIHao-yang

(State Grid Jinhua Power Supply Company,Jinhua 321001,China)

Terminal box act as connection and transit between primary equipment and secondary equipment,which is the important auxiliary equipment of substation.Because of being set on extreme outdoor environment,terminal box suffer from dust,moisture,temperature and pests that damage the cable and components in different degree.So this paper come up with a series of protection measures of outdoor terminal box and it′s design specification in comprehensively consider of the enclosure structure,moisture temperature control,maintenance and replacement.Design inner tank type terminal box double enclosure structure.Introduce desiccant air-conditioning automatic control system.Propose unified purchasing installation standard.Install a comprehensive real-time monitoring facilities.Based on the proposed protective measures can guarantee the normal operation of the terminal box.

terminal box protection;temperature and humidity control;moistureproof dehumidification；dust and rust prevention;box structure

1004-289X(2016)02-0007-04

TM63

B

2015-11-06