淺議實用型高壓開關(guān)柜的散熱性能設(shè)計獲獎科研報告

淺議實用型高壓開關(guān)柜的散熱性能設(shè)計獲獎科研報告

摘要：高壓開關(guān)柜是一種組合式電器，它可以集斷路器、負(fù)荷開關(guān)、接觸器、隔離開關(guān)、熔斷器、互感器、避雷器、電容器、母線以及相應(yīng)的測量裝置、信號裝置、連鎖裝置以及通信系統(tǒng)等電氣設(shè)備于一個長方柜型的金屬外殼內(nèi)。由于通電運行時高壓開關(guān)柜內(nèi)電壓較高，造成控制柜內(nèi)部溫度較高，而目前高壓開關(guān)柜大都為密封，使高壓開關(guān)柜無法進(jìn)行散熱，當(dāng)溫度高于某一臨界值時就會使高壓開關(guān)柜發(fā)生故障，嚴(yán)重時甚至?xí)鸹馂?zāi)的問題。為了避免這些問題，本文對高壓開關(guān)柜的散熱性能的設(shè)計進(jìn)行分析與研究。

關(guān)鍵詞：實用型;高壓開關(guān)柜;散熱性能;風(fēng)道改良

隨著高新技術(shù)的日益進(jìn)步，高壓開關(guān)柜已經(jīng)成為配電網(wǎng)系統(tǒng)中的一種主體形式。一般在運行的過程當(dāng)中，由于開關(guān)柜會受到不同因素的影響，容易產(chǎn)生過熱的問題，其至?xí)霈F(xiàn)絕緣的現(xiàn)象，同時也會嚴(yán)重影響設(shè)備的正常使用，進(jìn)而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。高壓開關(guān)柜作為接受與分配電網(wǎng)電能的重要裝置，其核心功能是對系統(tǒng)實行控制、保護(hù)和監(jiān)測，維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的電能傳輸。在實際運用中，開關(guān)柜受各種因素的影響容易產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，嚴(yán)重時將大大降低設(shè)備絕緣，危及設(shè)備安全運行。電力企業(yè)如果對此防控不到位，發(fā)熱故障將會擴大而引發(fā)重大的直接和間接經(jīng)濟損失。

一、開關(guān)柜進(jìn)風(fēng)通道的改進(jìn)設(shè)計

早期的一些開關(guān)柜產(chǎn)品，其技術(shù)及結(jié)構(gòu)上還存在不盡完善之處，導(dǎo)致開關(guān)柜溫升異常，給運行留下很大的隱患。對該類設(shè)備，如投運年限過長、改造成本過大，則應(yīng)立足于設(shè)備更換，如果局部改造就能滿足運行要求的，則要立項改造，徹底消除開關(guān)柜過度溫升缺陷。根據(jù)開關(guān)柜并柜仿真分析的結(jié)果，可以進(jìn)行開關(guān)柜進(jìn)風(fēng)通道的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計，進(jìn)而達(dá)到降溫目的。采用風(fēng)機進(jìn)行強迫風(fēng)冷是對開關(guān)柜較為有效的降溫措施。改進(jìn)開關(guān)柜強迫風(fēng)冷方式，采用送風(fēng)和抽風(fēng)相結(jié)合的方式。增加進(jìn)風(fēng)口面積以及使用風(fēng)機從外界吸入空氣后吹入開關(guān)柜內(nèi)，使得進(jìn)風(fēng)、出風(fēng)相對應(yīng)從而增強對流。對于多個風(fēng)機情況，優(yōu)化風(fēng)機的布置位置，避免風(fēng)機風(fēng)力的相互抵消。改進(jìn)后的進(jìn)風(fēng)通道設(shè)計的整體示意圖如圖1所示：

（1）串聯(lián)風(fēng)道是指將發(fā)熱器件的結(jié)構(gòu)單元重疊封閉放置時（一般取上下重疊），只形成一個進(jìn)風(fēng)口，一個出風(fēng)口，風(fēng)流依次冷卻器件的風(fēng)道。主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，可用標(biāo)準(zhǔn)單元構(gòu)件組成風(fēng)道，也可設(shè)計整體式風(fēng)道。其次是占用空間小，并且效果良好?，F(xiàn)有技術(shù)中，專利CN205911621U提供了一種高效自散熱高壓開關(guān)柜，通過在柜體的側(cè)面、背面和底面上設(shè)置通風(fēng)口，以自然通風(fēng)的方式使空氣流動而不借助其他設(shè)備，其雖然具有一定的空氣流動性，但空氣流動性能差，導(dǎo)致柜體的散熱性能較弱。

（2）并聯(lián)風(fēng)道是指將發(fā)熱器件的結(jié)構(gòu)單元并列放置時，風(fēng)流同時經(jīng)過每個單元的風(fēng)道。主要特點：1）冷卻均勻。風(fēng)流由進(jìn)口進(jìn)入后，流經(jīng)每個單元到達(dá)出口時，各單元流經(jīng)的風(fēng)量、風(fēng)速、溫度都是相等的，故冷卻均勻。2）風(fēng)阻小，只有單層單元的風(fēng)阻。3）散熱效果。

二、實用型高壓開關(guān)柜的散熱性能設(shè)計

一種散熱性能好的高壓開關(guān)柜，包括開關(guān)柜本體，所述開關(guān)柜本體的正面活動安裝有活動門，活動門的前表面固定安裝有把手，開關(guān)柜本體的前表面固定安裝有位于活動門上方的溫度顯示表，開關(guān)柜本體底部左右兩側(cè)的前后兩側(cè)均固定安裝有支撐架，開關(guān)柜本體的左右兩側(cè)均固定安裝有呈等距離分布的擋板，開關(guān)柜本體的左右兩側(cè)均開設(shè)有分別位于每個擋板的底部的透氣孔，開關(guān)柜本體的左右兩側(cè)均開設(shè)有呈對稱分布的通風(fēng)孔，通風(fēng)孔的內(nèi)部固定安裝有固定架，固定架的前表面固定安裝有散熱風(fēng)機，開關(guān)柜本體的左右兩側(cè)均固定安裝有數(shù)量為兩個且呈對稱分布的固定塊，固定塊的頂部開設(shè)有凹槽，凹槽的內(nèi)部活動安裝有一端延伸至凹槽外側(cè)的L形塊，所述L形塊的內(nèi)部開設(shè)有位于凹槽內(nèi)部的通孔，通孔的內(nèi)部活動安裝有兩端分別貫穿固定塊并延伸至固定塊左側(cè)和右側(cè)的卡桿，左側(cè)所述L形塊相對的一側(cè)和右側(cè)所述L形塊相對的一側(cè)均固定安裝有防塵罩。

該高壓開關(guān)柜通過改良后效果顯著，通過在開關(guān)柜本體上開設(shè)透氣孔，使外界空氣可以流入柜體的內(nèi)部，置換出軌內(nèi)的高溫空氣。通過設(shè)置擋板，還可以有效防止在雨天等情況時雨水通過透氣孔進(jìn)入到高壓開關(guān)柜內(nèi)部引起故障的問題。通過在開關(guān)柜本體上開設(shè)通風(fēng)孔，在通風(fēng)孔內(nèi)安裝固定架和散熱風(fēng)機組成的散熱裝置，使散熱風(fēng)機可以轉(zhuǎn)動將高壓開關(guān)柜內(nèi)部的高溫空氣吹出。通過設(shè)置防塵罩，避免了由于開關(guān)柜本體不密封造成灰塵從通風(fēng)孔進(jìn)入到高壓開關(guān)柜內(nèi)部的問題，防塵裝置可以拆卸，在阻擋較多灰塵后造成堵塞不通風(fēng)影響散熱的情況時可以拆卸清理。避免了由于高壓開關(guān)柜內(nèi)部電壓較高，造成控制柜內(nèi)部溫度進(jìn)一步升高。

三、高壓開關(guān)柜散熱后期的運行維護(hù)

（1）維護(hù)觸頭。開關(guān)柜斷路器手車的觸頭未正常接觸，尤其是動靜觸頭之間的咬合狀態(tài)不理想，是導(dǎo)致開關(guān)柜發(fā)熱事故的主要原因。檢修人員一般都會特別關(guān)注對觸頭的維護(hù)，重點觀察刀閘螺絲的緊固狀況，必要時更換新的螺絲、彈簧等構(gòu)件，防止彈簧經(jīng)隔離觸頭多次分合后老化導(dǎo)致觸頭銜接過松，同時對隔離觸頭涂抹導(dǎo)電膏、凡士林以降低接觸電阻。

（2）控制負(fù)荷，控制電流荷載，降低過載運行的次數(shù)也是降低高壓開關(guān)柜溫度的好方法。當(dāng)前社會用電需求量持續(xù)增多，使大部分變電站長時間處于滿負(fù)荷運行狀態(tài)，特別是主變壓器低壓進(jìn)線開關(guān)柜承擔(dān)的電流值經(jīng)常超標(biāo)，荷載過重造成元器件發(fā)熱次數(shù)增多進(jìn)而導(dǎo)致異常溫升。故運行管理上應(yīng)做好負(fù)荷預(yù)測，合理安排運行方式和負(fù)荷割接，盡量避免開關(guān)柜滿載或超載運行。

四、結(jié)語