淺議實用型高壓開關柜的散熱性能設計

唐誠

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

關鍵詞：實用型;高壓開關柜;散熱性能;風道改良

隨著高新技術的日益進步，高壓開關柜已經(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中，由于開關柜會受到不同因素的影響，容易產(chǎn)生過熱的問題，其至會出現(xiàn)絕緣的現(xiàn)象，同時也會嚴重影響設備的正常使用，進而導致安全事故的發(fā)生。高壓開關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，開關柜受各種因素的影響容易產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，嚴重時將大大降低設備絕緣，危及設備安全運行。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、開關柜進風通道的改進設計

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

（1）串聯(lián)風道是指將發(fā)熱器件的結構單元重疊封閉放置時（一般取上下重疊），只形成一個進風口，一個出風口，風流依次冷卻器件的風道。主要特點是結構簡單，可用標準單元構件組成風道，也可設計整體式風道。其次是占用空間小，并且效果良好?，F(xiàn)有技術中，專利CN205911621U提供了一種高效自散熱高壓開關柜，通過在柜體的側面、背面和底面上設置通風口，以自然通風的方式使空氣流動而不借助其他設備，其雖然具有一定的空氣流動性，但空氣流動性能差，導致柜體的散熱性能較弱。

（2）并聯(lián)風道是指將發(fā)熱器件的結構單元并列放置時，風流同時經(jīng)過每個單元的風道。主要特點：1）冷卻均勻。風流由進口進入后，流經(jīng)每個單元到達出口時，各單元流經(jīng)的風量、風速、溫度都是相等的，故冷卻均勻。2）風阻小，只有單層單元的風阻。3）散熱效果。

二、實用型高壓開關柜的散熱性能設計

一種散熱性能好的高壓開關柜，包括開關柜本 體，所述開關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 柜本體底部左右兩側的前后兩側均固定安裝有支 撐架，開關柜本體的左右兩側均固定安裝有呈等距 離分布的擋板，開關柜本體的左右兩側均開設有分 別位于每個擋板的底部的透氣孔，開關柜本體的左右兩側均開設有呈對稱分布的通風孔，通風孔的內 部固定安裝有固定架，固定架的前表面固定安裝有 散熱風機，開關柜本體的左右兩側均固定安裝有數(shù) 量為兩個且呈對稱分布的固定塊，固定塊的頂部開 設有凹槽，凹槽的內部活動安裝有一端延伸至凹槽 外側的 L 形塊，所述 L 形塊的內部開設有位于凹槽 內部的通孔，通孔的內部活動安裝有兩端分別貫穿 固定塊并延伸至固定塊左側和右側的卡桿，左側所 述 L 形塊相對的一側和右側所述 L 形塊相對的一 側均固定安裝有防塵罩。

該高壓開關柜通過改良后效果顯著，通過在開關柜本體上開設透氣孔，使外界空氣 可以流入柜體的內部，置換出軌內的高溫空氣。通過設置擋板，還可以有效防止在雨天等情況 時雨水通過透氣孔進入到高壓開關柜內部引起故 障的問題。通過在開關柜本體上開設通風孔，在通風孔內 安裝固定架和散熱風機組成的散熱裝置，使散熱風 機可以轉動將高壓開關柜內部的高溫空氣吹出。通過設置防塵罩，避免了由于開關柜本體不密 封造成灰塵從通風孔進入到高壓開關柜內部的問 題，防塵裝置可以拆卸，在 阻擋較多灰塵后造成堵塞不通風影響散熱的情況時可以拆卸清理。避免了由于高壓開關柜內部電壓較高，造成控制柜內部溫度進一步升高。

三、高壓開關柜散熱后期的運行維護

（1）維護觸頭。開關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，是導致開關柜發(fā)熱事故的主要原因。檢修人員一般都會特別關注對觸頭的維護，重點觀察刀閘螺絲的緊固狀況，必要時更換新的螺絲、彈簧等構件，防止彈簧經(jīng)隔離觸頭多次分合后老化導致觸頭銜接過松，同時對隔離觸頭涂抹導電膏、凡士林以降低接觸電阻。

（2）控制負荷，控制電流荷載，降低過載運行的次數(shù)也是降低高壓開關柜溫度的好方法。當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荷運行狀態(tài)，特別是主變壓器低壓進線開關柜承擔的電流值經(jīng)常超標，荷載過重造成元器件發(fā)熱次數(shù)增多進而導致異常溫升。故運行管理上應做好負荷預測，合理安排運行方式和負荷割接，盡量避免開關柜滿載或超載運行。

四、結語

提高實用型高壓開關柜的散熱性能，可以提高高壓開關柜在電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、電能轉換和消耗中通斷、控制或保護的功能。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)展提供更加堅實牢靠的基礎。

參考文獻：

[1] 高壓開關柜并柜溫升仿真計算及降溫優(yōu)化設計 任君鵬? 電工材料.2018（03）

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

[3] 高壓開關柜發(fā)熱原因及措施分析童春祖，李繼發(fā)? 開關柜的通風與散熱 2018（03）

（作者身份證號碼：440681199010250630）