浅议实用型高压开关柜的散热性能设计

唐诚

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

提高实用型高压开关柜的散热性能，可以提高高压开关柜在电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中通断、控制或保护的功能。为发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等的发展提供更加坚实牢靠的基础。

参考文献：

[1] 高压开关柜并柜温升仿真计算及降温优化设计 任君鹏  电工材料.2018（03）

[2] 高压开关柜的发热处理与防控;林茂基 冶金与材料.2019（02）

[3] 高压开关柜发热原因及措施分析童春祖，李继发  开关柜的通风与散热 2018（03）

（作者身份证号码：440681199010250630）