開關(guān)柜散熱系統(tǒng)的研究

【摘要】近些年來隨著居民物質(zhì)生活水平的不斷提高，我國工業(yè)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(shù)量的增加必然會導(dǎo)致傳輸線上的電流的增大，電流的增大對于電力系統(tǒng)中的一些發(fā)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(xiàn)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(guān)機(jī)柜在對電能進(jìn)行控制的過程中，由于電流強大的增大導(dǎo)致開關(guān)機(jī)柜中很多的發(fā)熱元件極易發(fā)生損壞，傳統(tǒng)的開關(guān)機(jī)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(jī)柜以及明顯不能滿足應(yīng)用的要求，基于這種情況，本文對開關(guān)散熱機(jī)柜進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，以適應(yīng)目前電力發(fā)展的現(xiàn)狀。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);開關(guān)機(jī)柜;散熱;研究

1.引言

對于電力系統(tǒng)中的變電所而言，開關(guān)機(jī)柜的地位與作用十分的重要。開關(guān)機(jī)柜幾乎控制著所有的電能的輸出工作，其所負(fù)責(zé)的轄區(qū)所有的用電都從這里輸出。由于變電所所涉及的轄區(qū)一般都比較大那么該區(qū)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(guān)機(jī)柜運行的負(fù)荷就比較重，流經(jīng)開關(guān)機(jī)柜的電流一般都是大電流，這就對開關(guān)機(jī)柜提出了很高的要求，目前我國大多數(shù)的變電所所采用的機(jī)柜都是幾十年前研制的，這些機(jī)柜是根據(jù)幾十年前我國變電所轄區(qū)的用電情況而研制的，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，居民物質(zhì)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(yīng)用的機(jī)柜以及不能負(fù)荷高功率的輸出，這其中很大一部分原因是開關(guān)機(jī)柜中的某些發(fā)熱元件導(dǎo)致的，功率的增加所帶來的后果就是流經(jīng)機(jī)柜的電流的增大，電流的增大很多之前所設(shè)計的發(fā)熱元件在長期的大電流的作用下就極易由于發(fā)熱而燒毀，進(jìn)而會造成電力系統(tǒng)的故障，由于開關(guān)機(jī)柜元器件燒毀所造成的對于經(jīng)濟(jì)的直接損失是極其嚴(yán)重的，所以基于上述情況本文針對傳統(tǒng)的開關(guān)機(jī)柜散熱情況不佳的現(xiàn)狀對開關(guān)機(jī)柜進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，使得能夠繼續(xù)為電力系統(tǒng)工作，并減少電力系統(tǒng)故障的發(fā)生率。

圖1 變電所開關(guān)機(jī)柜

2.開關(guān)散熱機(jī)柜在工作過程中所存在的問題

根據(jù)筆者對所工作區(qū)域多年的實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，某110kV變電站10kV開關(guān)柜的散熱系統(tǒng)為自然風(fēng)冷式，在滿負(fù)載運行后，導(dǎo)電部件發(fā)熱嚴(yán)重，開關(guān)柜內(nèi)的發(fā)熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出自然風(fēng)冷式散熱系統(tǒng)的散熱能力，柜內(nèi)持續(xù)升溫高達(dá)70℃，造成開關(guān)柜嚴(yán)重發(fā)熱。由于在很多情況下變電所會處于一種滿負(fù)荷的工作狀態(tài)，在這種情況下開關(guān)機(jī)柜所流經(jīng)的電流會大大的增加，在短時間內(nèi)開關(guān)機(jī)柜的某些發(fā)熱元件會發(fā)出一定量的熱量，開關(guān)機(jī)柜的所有的發(fā)熱元件所發(fā)出的熱量綜合起來是極其可觀的，在開關(guān)機(jī)柜這樣一個相對密封的空間內(nèi)，由于短時間內(nèi)熱量無法散發(fā)出去，所導(dǎo)致的問題就是開關(guān)機(jī)柜內(nèi)部的溫度會急劇的上升，機(jī)柜內(nèi)部短時間內(nèi)的溫度上升可能暫時不會對機(jī)柜中的開關(guān)裝置造成明顯的損壞，但是這樣短時間的不間斷的持續(xù)的溫度上升最終會導(dǎo)致機(jī)柜內(nèi)部的元件老化，進(jìn)而大大增加開關(guān)機(jī)柜發(fā)生故障的危險，為有效地消除開關(guān)柜的發(fā)熱現(xiàn)象，針對開關(guān)柜散系統(tǒng)的設(shè)計缺陷，研制一種“開關(guān)柜強迫風(fēng)冷散熱系統(tǒng)”，使其能有效地消除開關(guān)柜發(fā)熱的現(xiàn)象。

3.開關(guān)散熱機(jī)柜散熱方案改進(jìn)

3.1 對于機(jī)柜頂板、后門封板和母線板改進(jìn)

變電所的開關(guān)機(jī)柜內(nèi)部的發(fā)熱是由居民用電的決定的所以在這種情況下，無法對內(nèi)部的元器件進(jìn)行調(diào)整，筆者將主要的改進(jìn)方向放到了開關(guān)機(jī)柜的散熱上，開關(guān)機(jī)柜的散熱情況不好在很大程度上是由于開關(guān)機(jī)柜過于封閉造成的，所以筆者首先對開關(guān)機(jī)柜的機(jī)頂?shù)捻敯逡约伴_關(guān)機(jī)柜后部的封板以及開關(guān)機(jī)柜的母線板進(jìn)行了拆除以便進(jìn)行下一步的改進(jìn)工作。

3.2 機(jī)柜加開相應(yīng)的風(fēng)扇排氣窗口

對于大多數(shù)幾乎所有的開關(guān)機(jī)柜而言都具有風(fēng)扇裝置來對開關(guān)機(jī)柜內(nèi)部所散發(fā)的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)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(guān)機(jī)柜所具有的的排氣窗不夠所導(dǎo)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(guān)機(jī)柜的散熱。

3.3 排氣風(fēng)扇以及過濾網(wǎng)的安裝

機(jī)柜的排氣窗增加之后，筆者還針對目前機(jī)柜發(fā)熱嚴(yán)重的問題增加了排氣風(fēng)扇以增加熱量的向外排放，一定數(shù)量的排氣風(fēng)扇加上散熱窗可以有效的改進(jìn)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(jìn)入到開關(guān)機(jī)柜中進(jìn)而造成開關(guān)機(jī)柜發(fā)生故障的風(fēng)險，所以筆者在防護(hù)窗上安裝了防護(hù)過濾網(wǎng)以防止上述情況的出現(xiàn)。

3.4 機(jī)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(jī)柜頂板和后門的封板以及母線板再開一定數(shù)量的散熱窗并加上防護(hù)過濾網(wǎng)，完成之后將上述的三塊板在進(jìn)行回裝。

3.5 相應(yīng)電源線的布置

對于機(jī)柜內(nèi)部的導(dǎo)線以及電源線進(jìn)行重新的布置，防止出現(xiàn)導(dǎo)線過于靠近或者是交叉在一起的情況，這情況的出現(xiàn)都會導(dǎo)致開關(guān)機(jī)柜內(nèi)部發(fā)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(guān)柜的加工

對于出線柜以及開關(guān)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(guān)柜的加工方式示意圖

3.7 風(fēng)冷裝置的安裝

上述加工過程中要為風(fēng)冷裝置的安裝打一定數(shù)量的安裝孔，以便于風(fēng)冷裝置的安裝，風(fēng)冷裝置對于開關(guān)機(jī)柜散熱作用十分顯著，是開關(guān)機(jī)柜進(jìn)行散熱所不可缺少的設(shè)備，對其進(jìn)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(fēng)冷裝置不能與開關(guān)機(jī)柜內(nèi)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(guān)元件。

圖3 風(fēng)冷裝置安裝示意圖

3.8 散熱實驗

為了測試上述改進(jìn)的實際效果，筆者將上述改進(jìn)的機(jī)柜應(yīng)用到筆者工作的變電所，然后開始針對滿負(fù)荷時改進(jìn)后的開關(guān)機(jī)柜的散熱實驗，在開關(guān)柜滿負(fù)載運行后，柜內(nèi)溫度降低保持在40℃左右，這說明對于上述開關(guān)機(jī)柜改進(jìn)使得開關(guān)機(jī)柜在滿負(fù)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(guān)機(jī)柜的使用壽命，同時也大大減少了開關(guān)機(jī)柜在使用過程中發(fā)生故障的危險，這就在某種意義上減少了可能的由于開關(guān)機(jī)柜故障所造成了對于經(jīng)濟(jì)的影響，也方便居民的生活。

4.結(jié)束語

目前很多正在運行的機(jī)柜在滿負(fù)荷運作時其內(nèi)部的溫度高達(dá)70°，這對于開關(guān)機(jī)柜內(nèi)部的元件是一個潛在的威脅，在高溫的作用下開關(guān)機(jī)柜內(nèi)部元件使用壽命會大大縮減，進(jìn)而會造成開關(guān)系統(tǒng)的故障，本文筆者根據(jù)自身多年的工作經(jīng)驗對開關(guān)機(jī)柜從多個方面進(jìn)行改進(jìn)，最終使得開關(guān)機(jī)柜在滿負(fù)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(jī)柜都具有較為明顯的降溫作用，其散熱效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)的好于傳統(tǒng)的散熱機(jī)柜，經(jīng)過對于開關(guān)機(jī)柜的改進(jìn)達(dá)到預(yù)期的改進(jìn)效果，該改進(jìn)大大延長了開關(guān)機(jī)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(wěn)定了電力系統(tǒng)安全的運作。

參考文獻(xiàn)

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