淺議實(shí)用型高壓開(kāi)關(guān)柜的散熱性能設(shè)計(jì)

唐誠(chéng)

摘要：高壓開(kāi)關(guān)柜是一種組合式電器，它可以集斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、接觸器、隔離開(kāi)關(guān)、熔斷器、互感器、避雷器、電容器、母線以及相應(yīng)的測(cè)量裝置、信號(hào)裝置、連鎖裝置以及通信系統(tǒng)等電氣設(shè)備于一個(gè)長(zhǎng)方柜型的金屬外殼內(nèi)。由于通電運(yùn)行時(shí)高壓開(kāi)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(kāi)關(guān)柜大都為 密封，使高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)法進(jìn)行散熱，當(dāng)溫度高于某一臨界值時(shí)就會(huì)使高壓開(kāi)關(guān)柜發(fā)生故障，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸹馂?zāi)的問(wèn)題。為了避免這些問(wèn)題，本文對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的散熱性能的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析與研究。

關(guān)鍵詞：實(shí)用型;高壓開(kāi)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(kāi)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(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，由于開(kāi)關(guān)柜會(huì)受到不同因素的影響，容易產(chǎn)生過(guò)熱的問(wèn)題，其至?xí)霈F(xiàn)絕緣的現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)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(kāi)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(duì)系統(tǒng)實(shí)行控制、保護(hù)和監(jiān)測(cè)，維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的電能傳輸。在實(shí)際運(yùn)用中，開(kāi)關(guān)柜受各種因素的影響容易產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)將大大降低設(shè)備絕緣，危及設(shè)備安全運(yùn)行。電力企業(yè)如果對(duì)此防控不到位，發(fā)熱故障將會(huì)擴(kuò)大而引發(fā)重大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。

一、開(kāi)關(guān)柜進(jìn)風(fēng)通道的改進(jìn)設(shè)計(jì)

早期的一些開(kāi)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(kāi)關(guān)柜溫升異常，給運(yùn)行留下很大的隱患。對(duì)該類設(shè)備，如投運(yùn)年限過(guò)長(zhǎng)、改造成本過(guò)大，則應(yīng)立足于設(shè)備更換，如果局部改造就能滿足運(yùn)行要求的，則要立項(xiàng)改造，徹底消除開(kāi)關(guān)柜過(guò)度溫升缺陷。根據(jù)開(kāi)關(guān)柜并柜仿真分析的結(jié)果，可以進(jìn)行開(kāi)關(guān)柜進(jìn)風(fēng)通道的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，進(jìn)而達(dá)到降溫目的。采用風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷是對(duì)開(kāi)關(guān)柜較為有效的降溫措施。改進(jìn)開(kāi)關(guān)柜強(qiáng)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(jī)從外界吸入空氣后吹入開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，使得進(jìn)風(fēng)、出風(fēng)相對(duì)應(yīng)從而增強(qiáng)對(duì)流。對(duì)于多個(gè)風(fēng)機(jī)情況，優(yōu)化風(fēng)機(jī)的布置位置，避免風(fēng)機(jī)風(fēng)力的相互抵消。改進(jìn)后的進(jìn)風(fēng)通道設(shè)計(jì)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(shí)（一般取上下重疊），只形成一個(gè)進(jìn)風(fēng)口，一個(gè)出風(fēng)口，風(fēng)流依次冷卻器件的風(fēng)道。主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用標(biāo)準(zhǔn)單元構(gòu)件組成風(fēng)道，也可設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)柜，通過(guò)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(dòng)而不借助其他設(shè)備，其雖然具有一定的空氣流動(dòng)性，但空氣流動(dòng)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(shí)，風(fēng)流同時(shí)經(jīng)過(guò)每個(gè)單元的風(fēng)道。主要特點(diǎn)：1）冷卻均勻。風(fēng)流由進(jìn)口進(jìn)入后，流經(jīng)每個(gè)單元到達(dá)出口時(shí)，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(shí)用型高壓開(kāi)關(guān)柜的散熱性能設(shè)計(jì)

一種散熱性能好的高壓開(kāi)關(guān)柜，包括開(kāi)關(guān)柜本 體，所述開(kāi)關(guān)柜本體的正面活動(dòng)安裝有活動(dòng)門，活 動(dòng)門的前表面固定安裝有把手，開(kāi)關(guān)柜本體的前表 面固定安裝有位于活動(dòng)門上方的溫度顯示表，開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)柜本體的左右兩側(cè)均開(kāi)設(shè)有分 別位于每個(gè)擋板的底部的透氣孔，開(kāi)關(guān)柜本體的左右兩側(cè)均開(kāi)設(shè)有呈對(duì)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(jī)，開(kāi)關(guān)柜本體的左右兩側(cè)均固定安裝有數(shù) 量為兩個(gè)且呈對(duì)稱分布的固定塊，固定塊的頂部開(kāi) 設(shè)有凹槽，凹槽的內(nèi)部活動(dòng)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(kāi)設(shè)有位于凹槽 內(nèi)部的通孔，通孔的內(nèi)部活動(dòng)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(duì)的一側(cè)和右側(cè)所述 L 形塊相對(duì)的一 側(cè)均固定安裝有防塵罩。

該高壓開(kāi)關(guān)柜通過(guò)改良后效果顯著，通過(guò)在開(kāi)關(guān)柜本體上開(kāi)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(guò)設(shè)置擋板，還可以有效防止在雨天等情況 時(shí)雨水通過(guò)透氣孔進(jìn)入到高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部引起故 障的問(wèn)題。通過(guò)在開(kāi)關(guān)柜本體上開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔，在通風(fēng)孔內(nèi) 安裝固定架和散熱風(fēng)機(jī)組成的散熱裝置，使散熱風(fēng) 機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng)將高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的高溫空氣吹出。通過(guò)設(shè)置防塵罩，避免了由于開(kāi)關(guān)柜本體不密 封造成灰塵從通風(fēng)孔進(jìn)入到高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的問(wèn) 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(shí)可以拆卸清理。避免了由于高壓開(kāi)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(kāi)關(guān)柜散熱后期的運(yùn)行維護(hù)

（1）維護(hù)觸頭。開(kāi)關(guān)柜斷路器手車的觸頭未正常接觸，尤其是動(dòng)靜觸頭之間的咬合狀態(tài)不理想，是導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱事故的主要原因。檢修人員一般都會(huì)特別關(guān)注對(duì)觸頭的維護(hù)，重點(diǎn)觀察刀閘螺絲的緊固狀況，必要時(shí)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(guò)松，同時(shí)對(duì)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(guò)載運(yùn)行的次數(shù)也是降低高壓開(kāi)關(guān)柜溫度的好方法。當(dāng)前社會(huì)用電需求量持續(xù)增多，使大部分變電站長(zhǎng)時(shí)間處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，特別是主變壓器低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜承擔(dān)的電流值經(jīng)常超標(biāo)，荷載過(guò)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(yùn)行管理上應(yīng)做好負(fù)荷預(yù)測(cè)，合理安排運(yùn)行方式和負(fù)荷割接，盡量避免開(kāi)關(guān)柜滿載或超載運(yùn)行。

四、結(jié)語(yǔ)

提高實(shí)用型高壓開(kāi)關(guān)柜的散熱性能，可以提高高壓開(kāi)關(guān)柜在電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、電能轉(zhuǎn)換和消耗中通斷、控制或保護(hù)的功能。為發(fā)電廠、變電站、石油化工、冶金軋鋼、輕工紡織、廠礦企業(yè)和住宅小區(qū)、高層建筑等的發(fā)展提供更加堅(jiān)實(shí)牢靠的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高壓開(kāi)關(guān)柜并柜溫升仿真計(jì)算及降溫優(yōu)化設(shè)計(jì) 任君鵬? 電工材料.2018（03）

[2] 高壓開(kāi)關(guān)柜的發(fā)熱處理與防控;林茂基 冶金與材料.2019（02）

[3] 高壓開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱原因及措施分析童春祖，李繼發(fā)? 開(kāi)關(guān)柜的通風(fēng)與散熱 2018（03）

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