一種免停電的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部降溫通風(fēng)裝置的研制

劉健　馮鎮(zhèn)生　鐘健樑

摘要 10kV開(kāi)關(guān)柜是一種重要的配電設(shè)備，10kV開(kāi)關(guān)柜的安全運(yùn)行直接關(guān)系到用戶(hù)的用電質(zhì)量。目前，10kV開(kāi)關(guān)柜的溫升問(wèn)題非常突出并且難以停電改造，為了在不停電的前提下降低開(kāi)關(guān)柜溫升，新研制一種免停電的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部通風(fēng)降溫裝置。該裝置在不停電的前提下能有效降低開(kāi)關(guān)柜溫升，保障了開(kāi)關(guān)柜的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)柜;免停電;降溫;智能控制

10kV開(kāi)關(guān)柜是一種重要的配電設(shè)備，包括斷路器室、二次保護(hù)室、母線室、電纜室，且數(shù)量眾多。開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行過(guò)程中接頭等金屬部位不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量熱量，同時(shí)開(kāi)關(guān)柜本身密封較好，以滿(mǎn)足IP4X防塵要求。當(dāng)開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行負(fù)荷電流較大時(shí)，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部積聚的熱量不能有效散發(fā)，造成開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部溫度較高，設(shè)備運(yùn)行工況較惡劣。

1 開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行的現(xiàn)狀

當(dāng)開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行電流超過(guò)斷路器額定電流的85%時(shí)，開(kāi)關(guān)柜柜面最高溫度最高可達(dá)90℃。開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱嚴(yán)重威脅到設(shè)備安全運(yùn)行，根據(jù)DLT 593-2016《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》，在正常操作中可觸及的部件不超過(guò)70攝氏度，不可觸及的部件不超過(guò)80攝氏度。為了處理大電流開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱問(wèn)題往往需要將整段母線全部停電，停電范圍廣，停電處理時(shí)間長(zhǎng)。在目前供電形勢(shì)下，將發(fā)熱嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)柜全部停電處理難以實(shí)現(xiàn)。

2 傳統(tǒng)大電流開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱處理

傳統(tǒng)的散熱處理往往在大電流開(kāi)關(guān)柜小室加裝固定式抽風(fēng)機(jī)，并通過(guò)開(kāi)關(guān)人工控制其投退，然而在開(kāi)關(guān)柜小室加裝固定式抽風(fēng)機(jī)時(shí)也存在一些問(wèn)題。開(kāi)關(guān)柜空間較小，安全距離不足，無(wú)法在不停電的前提下安裝抽風(fēng)機(jī)，然而在目前供電形式下開(kāi)關(guān)柜滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)又難以將開(kāi)關(guān)柜停電處理。

3 免停電的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部降溫通風(fēng)裝置

鑒于傳統(tǒng)大電流開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱處理的弊端，重新根據(jù)開(kāi)關(guān)柜現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)出一種新型免停電的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部通風(fēng)降溫裝置。

3.1 裝置的組成

免停電的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部通風(fēng)降溫裝置由新型安全風(fēng)罩、離心風(fēng)機(jī)和智能控制系統(tǒng)組成。

圖1免停電的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部降溫通風(fēng)裝置示意圖

散熱模式包括鼓風(fēng)和抽風(fēng)兩種模式。其中，鼓風(fēng)模式具備風(fēng)力集中的優(yōu)點(diǎn)，但容易形成積塵。同時(shí)，該模式將熱氣往下吹，散熱效率低，還存在把雜物吹入開(kāi)關(guān)柜的風(fēng)險(xiǎn)。抽風(fēng)模式雖然風(fēng)力分散，但它具備風(fēng)力均勻、不易形成積塵的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該方式將熱氣往上抽，散熱效率更高，且不存在把雜物吹入開(kāi)關(guān)柜的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2散熱模式

開(kāi)關(guān)柜頂部通風(fēng)口兼有泄壓通道功能，風(fēng)罩處于使用或停用狀態(tài)時(shí)不能阻塞原有泄壓通道。當(dāng)開(kāi)關(guān)柜泄壓通道停用時(shí)，氣泵工作，將風(fēng)罩的安全側(cè)板關(guān)閉，形成負(fù)壓將風(fēng)罩牢牢吸附在開(kāi)關(guān)柜頂部。當(dāng)開(kāi)關(guān)柜泄壓通道停用時(shí)，內(nèi)部負(fù)壓消失，風(fēng)罩的安全側(cè)板因重力自然打開(kāi)，使原有卸壓通道保持工作狀態(tài)。

圖3新型風(fēng)罩

系統(tǒng)固定方式選定橡膠墊固定方式，無(wú)需開(kāi)孔，無(wú)需對(duì)開(kāi)關(guān)柜柜頂進(jìn)行改造，不改變開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)，利用負(fù)壓原理使裝置吸附在柜頂，沒(méi)有安裝的次生風(fēng)險(xiǎn)。固定位置使用U型膠圈密封圈對(duì)裝置邊緣包裹嚴(yán)實(shí)，減少出現(xiàn)漏風(fēng)的可能性，產(chǎn)生震動(dòng)不易發(fā)生位移。

3.2 裝置的工作原理

在免停電的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部通風(fēng)降溫裝置啟動(dòng)時(shí)，風(fēng)壓傳感器動(dòng)作，閉門(mén)控制器工作，輸出壓縮空氣經(jīng)空氣管道到達(dá)氣缸，氣缸產(chǎn)生拉力關(guān)閉安全側(cè)門(mén)，安全側(cè)門(mén)關(guān)閉后觸發(fā)位置傳感器，位置傳感器動(dòng)作斷開(kāi)控制回路，閉門(mén)控制器停止工作，受大電流開(kāi)關(guān)柜臨時(shí)降溫系統(tǒng)啟動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)壓作用，安全側(cè)門(mén)保持關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)免停電的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部通風(fēng)降溫裝置出現(xiàn)故障或失去電源無(wú)法正常使用時(shí)，免停電的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部通風(fēng)降溫裝置無(wú)法產(chǎn)生負(fù)壓，安全風(fēng)罩在重力作用下自動(dòng)打開(kāi)安全側(cè)門(mén)，此時(shí)風(fēng)壓傳感器不動(dòng)作，保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，閉門(mén)控制器不工作，保證大電流開(kāi)關(guān)柜上方正常通風(fēng)散熱，進(jìn)一步保證大電流開(kāi)關(guān)柜可靠運(yùn)行。

4 應(yīng)用效果

選取佛山供電局多個(gè)變電站共計(jì)22面發(fā)熱嚴(yán)重的大電流開(kāi)關(guān)柜，來(lái)試驗(yàn)性安裝22套免停電的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部通風(fēng)降溫裝置。

為了驗(yàn)證該散熱通風(fēng)降溫裝置的效果，在2018年6月至9月的時(shí)間段內(nèi)，在已安裝該散熱通風(fēng)降溫裝置的22面開(kāi)關(guān)柜分別裝設(shè)一套溫度監(jiān)測(cè)裝置，24小時(shí)不間斷跟蹤開(kāi)關(guān)柜柜面溫度。其中，A站502開(kāi)關(guān)柜散熱系統(tǒng)溫濕度曲線如圖4所示。

圖4溫濕度曲線

從圖中可以看出：在安裝該散熱通風(fēng)降溫裝置后，原來(lái)發(fā)熱嚴(yán)重的A站502開(kāi)關(guān)柜柜面溫度最大值僅為44.1℃，平均溫度則為30.8℃，完全滿(mǎn)足佛山局所發(fā)文件要求的50℃。

為了進(jìn)一步說(shuō)明該散熱通風(fēng)降溫裝置的效果具有普遍性，對(duì)比了上述22面開(kāi)關(guān)柜在安裝該散熱通風(fēng)降溫裝置前后柜面最高溫度，其結(jié)果如圖5所示。

圖5安裝前后開(kāi)關(guān)柜柜面最高溫度對(duì)比

由圖6-3可以得出結(jié)論：該散熱通風(fēng)降溫裝置可以有效地實(shí)現(xiàn)大電流開(kāi)關(guān)柜的降溫，并且降溫效果完全可以滿(mǎn)足50℃的要求值。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)研究設(shè)計(jì)出一種新型免停電的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部通風(fēng)降溫裝置，該裝置實(shí)施簡(jiǎn)單，安裝便捷，施工期間無(wú)需設(shè)備停電或調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式，更不存在用戶(hù)停電風(fēng)險(xiǎn)。

該散熱通風(fēng)降溫裝置的應(yīng)用，解決了普遍存在的大電流開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱問(wèn)題，提高了大電流開(kāi)關(guān)柜的供電可靠性，消除了開(kāi)關(guān)柜因發(fā)熱導(dǎo)致線路跳閘、設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，保障了用戶(hù)用電，提高了企業(yè)社會(huì)形象。

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作者簡(jiǎn)介

劉 健 男，1993年生，學(xué)士，助理工程師，研究方向變電運(yùn)行。