浅议实用型高压开关柜的散热性能设计获奖科研报告

浅议实用型高压开关柜的散热性能设计获奖科研报告

摘要：高压开关柜是一种组合式电器，它可以集断路器、负荷开关、接触器、隔离开关、熔断器、互感器、避雷器、电容器、母线以及相应的测量装置、信号装置、连锁装置以及通信系统等电气设备于一个长方柜型的金属外壳内。由于通电运行时高压开关柜内电压较高，造成控制柜内部温度较高，而目前高压开关柜大都为密封，使高压开关柜无法进行散热，当温度高于某一临界值时就会使高压开关柜发生故障，严重时甚至会引起火灾的问题。为了避免这些问题，本文对高压开关柜的散热性能的设计进行分析与研究。

关键词：实用型;高压开关柜;散热性能;风道改良

随着高新技术的日益进步，高压开关柜已经成为配电网系统中的一种主体形式。一般在运行的过程当中，由于开关柜会受到不同因素的影响，容易产生过热的问题，其至会出现绝缘的现象，同时也会严重影响设备的正常使用，进而导致安全事故的发生。高压开关柜作为接受与分配电网电能的重要装置，其核心功能是对系统实行控制、保护和监测，维持电力系统安全稳定的电能传输。在实际运用中，开关柜受各种因素的影响容易产生过热现象，严重时将大大降低设备绝缘，危及设备安全运行。电力企业如果对此防控不到位，发热故障将会扩大而引发重大的直接和间接经济损失。

一、开关柜进风通道的改进设计

早期的一些开关柜产品，其技术及结构上还存在不尽完善之处，导致开关柜温升异常，给运行留下很大的隐患。对该类设备，如投运年限过长、改造成本过大，则应立足于设备更换，如果局部改造就能满足运行要求的，则要立项改造，彻底消除开关柜过度温升缺陷。根据开关柜并柜仿真分析的结果，可以进行开关柜进风通道的优化改进设计，进而达到降温目的。采用风机进行强迫风冷是对开关柜较为有效的降温措施。改进开关柜强迫风冷方式，采用送风和抽风相结合的方式。增加进风口面积以及使用风机从外界吸入空气后吹入开关柜内，使得进风、出风相对应从而增强对流。对于多个风机情况，优化风机的布置位置，避免风机风力的相互抵消。改进后的进风通道设计的整体示意图如图1所示：

（1）串联风道是指将发热器件的结构单元重叠封闭放置时（一般取上下重叠），只形成一个进风口，一个出风口，风流依次冷却器件的风道。主要特点是结构简单，可用标准单元构件组成风道，也可设计整体式风道。其次是占用空间小，并且效果良好。现有技术中，专利CN205911621U提供了一种高效自散热高压开关柜，通过在柜体的侧面、背面和底面上设置通风口，以自然通风的方式使空气流动而不借助其他设备，其虽然具有一定的空气流动性，但空气流动性能差，导致柜体的散热性能较弱。

（2）并联风道是指将发熱器件的结构单元并列放置时，风流同时经过每个单元的风道。主要特点：1）冷却均匀。风流由进口进入后，流经每个单元到达出口时，各单元流经的风量、风速、温度都是相等的，故冷却均匀。2）风阻小，只有单层单元的风阻。3）散热效果。

二、实用型高压开关柜的散热性能设计

一种散热性能好的高压开关柜，包括开关柜本体，所述开关柜本体的正面活动安装有活动门，活动门的前表面固定安装有把手，开关柜本体的前表面固定安装有位于活动门上方的温度显示表，开关柜本体底部左右两侧的前后两侧均固定安装有支撑架，开关柜本体的左右两侧均固定安装有呈等距离分布的挡板，开关柜本体的左右两侧均开设有分别位于每个挡板的底部的透气孔，开关柜本体的左右两侧均开设有呈对称分布的通风孔，通风孔的内部固定安装有固定架，固定架的前表面固定安装有散热风机，开关柜本体的左右两侧均固定安装有数量为两个且呈对称分布的固定块，固定块的顶部开设有凹槽，凹槽的内部活动安装有一端延伸至凹槽外侧的L形块，所述L形块的内部开设有位于凹槽内部的通孔，通孔的内部活动安装有两端分别贯穿固定块并延伸至固定块左侧和右侧的卡杆，左侧所述L形块相对的一侧和右侧所述L形块相对的一侧均固定安装有防尘罩。

该高压开关柜通过改良后效果显著，通过在开关柜本体上开设透气孔，使外界空气可以流入柜体的内部，置换出轨内的高温空气。通过设置挡板，还可以有效防止在雨天等情况时雨水通过透气孔进入到高压开关柜内部引起故障的问题。通过在开关柜本体上开设通风孔，在通风孔内安装固定架和散热风机组成的散热装置，使散热风机可以转动将高压开关柜内部的高温空气吹出。通过设置防尘罩，避免了由于开关柜本体不密封造成灰尘从通风孔进入到高压开关柜内部的问题，防尘装置可以拆卸，在阻挡较多灰尘后造成堵塞不通风影响散热的情况时可以拆卸清理。避免了由于高压开关柜内部电压较高，造成控制柜内部温度进一步升高。

三、高压开关柜散热后期的运行维护

（1）维护触头。开关柜断路器手车的触头未正常接触，尤其是动静触头之间的咬合状态不理想，是导致开关柜发热事故的主要原因。检修人员一般都会特别关注对触头的维护，重点观察刀闸螺丝的紧固状况，必要时更换新的螺丝、弹簧等构件，防止弹簧经隔离触头多次分合后老化导致触头衔接过松，同时对隔离触头涂抹导电膏、凡士林以降低接触电阻。

（2）控制负荷，控制电流荷载，降低过载运行的次数也是降低高压开关柜温度的好方法。当前社会用电需求量持续增多，使大部分变电站长时间处于满负荷运行状态，特别是主变压器低压进线开关柜承担的电流值经常超标，荷载过重造成元器件发热次数增多进而导致异常温升。故运行管理上应做好负荷预测，合理安排运行方式和负荷割接，尽量避免开关柜满载或超载运行。

四、结语