開關柜散熱系統的研究

【摘要】近些年來隨著居民物質生活水平的不斷提高，我國工業化水平以及信息化水平的不斷提高每年所消耗的電能越來越多，用電數量的增加必然會導致傳輸線上的電流的增大，電流的增大對于電力系統中的一些發熱元件損壞就比較大，這種情況在一些我們國家的變電所體現的尤為明顯，作為變電所中一個重要的電能的控制裝置，開關機柜在對電能進行控制的過程中，由于電流強大的增大導致開關機柜中很多的發熱元件極易發生損壞，傳統的開關機柜由于其研制是在幾十年之前，隨著居民用電量的增加，這種機柜以及明顯不能滿足應用的要求，基于這種情況，本文對開關散熱機柜進行了優化改進，以適應目前電力發展的現狀。

【關鍵詞】電力系統;開關機柜;散熱;研究

1.引言

對于電力系統中的變電所而言，開關機柜的地位與作用十分的重要。開關機柜幾乎控制著所有的電能的輸出工作，其所負責的轄區所有的用電都從這里輸出。由于變電所所涉及的轄區一般都比較大那么該區域所消耗的功率一般來說就比較大，在這種情況下變電所的開關機柜運行的負荷就比較重，流經開關機柜的電流一般都是大電流，這就對開關機柜提出了很高的要求，目前我國大多數的變電所所采用的機柜都是幾十年前研制的，這些機柜是根據幾十年前我國變電所轄區的用電情況而研制的，隨著我國經濟的飛速發展，居民物質生活水平的不斷提高，我國居民的用電量也在飛速的增長，目前很多變電所所應用的機柜以及不能負荷高功率的輸出，這其中很大一部分原因是開關機柜中的某些發熱元件導致的，功率的增加所帶來的后果就是流經機柜的電流的增大，電流的增大很多之前所設計的發熱元件在長期的大電流的作用下就極易由于發熱而燒毀，進而會造成電力系統的故障，由于開關機柜元器件燒毀所造成的對于經濟的直接損失是極其嚴重的，所以基于上述情況本文針對傳統的開關機柜散熱情況不佳的現狀對開關機柜進行了相應的改進，使得能夠繼續為電力系統工作，并減少電力系統故障的發生率。

圖1 變電所開關機柜

2.開關散熱機柜在工作過程中所存在的問題

根據筆者對所工作區域多年的實踐經驗發現，某110kV變電站10kV開關柜的散熱系統為自然風冷式，在滿負載運行后，導電部件發熱嚴重，開關柜內的發熱量遠遠超出自然風冷式散熱系統的散熱能力，柜內持續升溫高達70℃，造成開關柜嚴重發熱。由于在很多情況下變電所會處于一種滿負荷的工作狀態，在這種情況下開關機柜所流經的電流會大大的增加，在短時間內開關機柜的某些發熱元件會發出一定量的熱量，開關機柜的所有的發熱元件所發出的熱量綜合起來是極其可觀的，在開關機柜這樣一個相對密封的空間內，由于短時間內熱量無法散發出去，所導致的問題就是開關機柜內部的溫度會急劇的上升，機柜內部短時間內的溫度上升可能暫時不會對機柜中的開關裝置造成明顯的損壞，但是這樣短時間的不間斷的持續的溫度上升最終會導致機柜內部的元件老化，進而大大增加開關機柜發生故障的危險，為有效地消除開關柜的發熱現象，針對開關柜散系統的設計缺陷，研制一種“開關柜強迫風冷散熱系統”，使其能有效地消除開關柜發熱的現象。

3.開關散熱機柜散熱方案改進

3.1 對于機柜頂板、后門封板和母線板改進

變電所的開關機柜內部的發熱是由居民用電的決定的所以在這種情況下，無法對內部的元器件進行調整，筆者將主要的改進方向放到了開關機柜的散熱上，開關機柜的散熱情況不好在很大程度上是由于開關機柜過于封閉造成的，所以筆者首先對開關機柜的機頂的頂板以及開關機柜后部的封板以及開關機柜的母線板進行了拆除以便進行下一步的改進工作。

3.2 機柜加開相應的風扇排氣窗口

對于大多數幾乎所有的開關機柜而言都具有風扇裝置來對開關機柜內部所散發的熱量進行轉移，但是往往散熱效果并不是那么的明顯，這其中很大一部分原因就是開關機柜所具有的的排氣窗不夠所導致的，所以筆者在剛才拆除的頂板上部開了一個小窗以便于開關機柜的散熱。

3.3 排氣風扇以及過濾網的安裝

機柜的排氣窗增加之后，筆者還針對目前機柜發熱嚴重的問題增加了排氣風扇以增加熱量的向外排放，一定數量的排氣風扇加上散熱窗可以有效的改進上述散熱不佳的情形，但是排氣窗的增加勢必會造成某些小動物或者其他物體容易進入到開關機柜中進而造成開關機柜發生故障的風險，所以筆者在防護窗上安裝了防護過濾網以防止上述情況的出現。

3.4 機柜頂板和后門封板以及母線板的回裝

完成上述步驟后，將機柜頂板和后門的封板以及母線板再開一定數量的散熱窗并加上防護過濾網，完成之后將上述的三塊板在進行回裝。

3.5 相應電源線的布置

對于機柜內部的導線以及電源線進行重新的布置，防止出現導線過于靠近或者是交叉在一起的情況，這情況的出現都會導致開關機柜內部發熱量的增加，重新布置可有效熱量的增加。

3.6 出線柜以及開關柜的加工

對于出線柜以及開關柜的加工可以參照圖1所示的開窗方式，在寬約300毫米，長約900毫米，厚度約為100毫米的面板上開三個圓形的小窗，三個窗口的大小一致，并且三個窗口之間要留有一定的間距，如下圖所示：

圖2 出線柜及開關柜的加工方式示意圖

3.7 風冷裝置的安裝

上述加工過程中要為風冷裝置的安裝打一定數量的安裝孔，以便于風冷裝置的安裝，風冷裝置對于開關機柜散熱作用十分顯著，是開關機柜進行散熱所不可缺少的設備，對其進行安裝可以參照如圖2所示的安裝的方式，在安裝的過程中主要風冷裝置不能與開關機柜內部一些元件距離過近，并且在安裝的過程中盡量靠近對于溫度較為敏感的開關元件。

圖3 風冷裝置安裝示意圖

3.8 散熱實驗

為了測試上述改進的實際效果，筆者將上述改進的機柜應用到筆者工作的變電所，然后開始針對滿負荷時改進后的開關機柜的散熱實驗，在開關柜滿負載運行后，柜內溫度降低保持在40℃左右，這說明對于上述開關機柜改進使得開關機柜在滿負荷運作時平均的溫度下降了30°，溫度的降低大大延長了開關機柜的使用壽命，同時也大大減少了開關機柜在使用過程中發生故障的危險，這就在某種意義上減少了可能的由于開關機柜故障所造成了對于經濟的影響，也方便居民的生活。

4.結束語

目前很多正在運行的機柜在滿負荷運作時其內部的溫度高達70°，這對于開關機柜內部的元件是一個潛在的威脅，在高溫的作用下開關機柜內部元件使用壽命會大大縮減，進而會造成開關系統的故障，本文筆者根據自身多年的工作經驗對開關機柜從多個方面進行改進，最終使得開關機柜在滿負荷運行時其溫度保持在40°作用，并且通過多次的實驗驗證，其對于變電所的變電機柜都具有較為明顯的降溫作用，其散熱效果遠遠的好于傳統的散熱機柜，經過對于開關機柜的改進達到預期的改進效果，該改進大大延長了開關機柜的使用壽命，也避免了很多由于散熱原因所造成的散熱的故障，穩定了電力系統安全的運作。

參考文獻

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