淺議實用型高壓開關柜的散熱性能設計獲獎科研報告

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，高壓開關柜已經成為配電網系統中的一種主體形式。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，容易產生過熱的問題，其至會出現絕緣的現象，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生。高壓開關柜作為接受與分配電網電能的重要裝置，其核心功能是對系統實行控制、保護和監測，維持電力系統安全穩定的電能傳輸。在實際運用中，開關柜受各種因素的影響容易產生過熱現象，嚴重時將大大降低設備絕緣，危及設備安全運行。電力企業如果對此防控不到位，發熱故障將會擴大而引發重大的直接和間接經濟損失。

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）串聯風道是指將發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。現有技術中，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）并聯風道是指將發熱器件的結構單元并列放置時，風流同時經過每個單元的風道。主要特點：1）冷卻均勻。風流由進口進入后，流經每個單元到達出口時，各單元流經的風量、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不理想，是導致開關柜發熱事故的主要原因。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增多，使大部分變電站長時間處于滿負荷運行狀態，特別是主變壓器低壓進線開關柜承擔的電流值經常超標，荷載過重造成元器件發熱次數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