密闭型智能汇控柜散热仿真分析

宋兴华 谢春洋 殷帅兵

摘 要：为避免避免柜内凝露及进尘问题，开发了密封型智能汇控柜可以。通过CFD软件对智能汇控柜进行建模并仿真，得到了智能汇控柜内温度场及流体轨迹。结果表明：密闭型柜体可以满足在环境温度为45℃情况下柜内温度控制的要求，柜内温升处于合理区间，对工程应用给出了指导意见。

关键词：智能汇控柜;仿真;温度场;流体轨迹

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）19-0062-02

1 概况

智能GIS汇控柜是智能变电站的重要组成部分，能够实现变电站内智能GIS设备间信息共享和操作。智能汇控柜内设智能控制装置，如开关模块、模拟模块、信号模块、操作模块等[1，2]。可以实现对GIS设备的位置信号采集和监视、模拟量信号采集与显示、远方/就地控制、信号操作事件记录与上传、谐波分析、在线监测等功能。旧式汇控柜采用呼吸器通风散热结构对柜内温度进行调节，但会出现凝露、风沙问题严重等情况[3，4]，但如果采用空调进行降温会增加成本和整体的不可靠性，因此我司在保证柜内装置安全可靠的前提下，通过优化设计降低了单位面积的功耗，提出采用非空调方案进行温度控制的方案。本文对采用自然散热和全密闭柜体进行了仿真分析，得出了两种方案的温度场及流体轨迹，肯定了全密封方案的效果。

2 试验背景

2.1 柜体概况

汇控柜根据柜内功能和模块不同，采用不同柜型和排布方式，但柜内发热量主要集中在就地化模块装置上，本次仿真型号为110kv汇控柜和间隔汇控柜。柜体边框采用双层结构，主要材质为不锈钢。中间填充阻燃保温材料，传热系数约0.04w/m2·k。柜体表面无开孔，无温控附件，柜体防护等级可达到IP55。汇控柜类型及尺寸表如表1所示。

2.2 仿真条件

仿真条件设置如下：

（1）环境温度：户外环境为45℃。（2）太阳辐射：按照上海地区，夏至日下午3点钟光照强度设置。光照强度约为：967w/m2。（3）柜内各模块发热量及尺寸如表2所示。

3 仿真结果分析

3.1 110KV汇控柜仿真分析

图1为110kv汇控柜仿真分析结果。图1（a）为柜内模块排布示意图，柜内模块采用双排分布，柜内其余部分为端子排、走线槽等，由于发热量较小，因此在柜内未体现。

图1（b）为柜内流体轨迹图，显示为热空气上升，冷空气下降的趋势。由于柜体无通风孔，因此柜内空气与柜外环境无空气交换，柜内空气在温度影响下实现流动。

图1（c）为距前门0.2m处温度分布截面图，柜顶温度约为60℃，柜子中部温度约为57℃，柜子底部约为53.5℃。图1（d）为距前门0.6m处温度分布截面图，柜顶温度约为62～65℃，柜子中部温度约为57℃，柜子底部约为53℃。可以看出由于热空气上升，柜内温度呈现上热下冷的现象，且越靠近发热模块的截面，平均温度越高。

3.2 间隔汇控柜

图2为间隔汇控柜仿真分析结果。图2（a）为各模块发热量设置及分布，间隔汇控柜内智能模块较少，排布较为均衡。图2（b）为柜内流体轨迹图，显示为热空气上升，冷空气下降的趋势。通风情况与110kv汇控柜相同。

图2（c）和图2（d）分别为距前门0.2m、0.4m处温度分布截面图，柜顶温度约为51.3℃，柜子中部温度约为49.5℃，柜子底部约为47.4℃。可以看出由于热空气上升，柜内温度呈现上热下冷的现象，由于间隔汇控柜内发热量较小，柜体尺寸也较小，因此不同截面温度差异较小。

图2（e）为柜内流体轨迹图，显示为热空气上升，冷空气下降的趋势。通风问题与110kv汇控柜相同。

4 结语

（1）110kv汇控柜柜顶温度约为62～65℃，柜子中部温度约为57℃，柜子底部约为53℃。（2）间隔汇控柜柜顶温度约为51.3℃，柜子中部温度约为49.5℃，柜子底部约为47.4℃。（3）通过柜内控制模块优化设计，降低功耗，全密闭型智能汇控柜完全可以满足日常使用中的散热需求。

参考文献

[1] 須雷，黄俊，赵希才.GIS智能化汇控柜在水电站中的应用[J].西北水电，2012（4）：66-69.

[2] 王家军.数字化变电站室外汇控柜温控方案探讨[J].贵州电力技术，2014，17（4）：46-49.

[3] 杜崇杰，范庆池.500kV HGIS汇控柜凝露原因分析及改进措施[J].河北电力技术，2009，28（6）：6-7.

[4] 方勇，祁文治，翟羽佳，等.330kV变电站汇控柜防尘防沙关键技术研究[J].河南科技，2018（1）：50-53.