浅析风机在中压开关柜上的应用

漆昀晟,缑 剑,吴永洋

（甘肃电器科学研究院，甘肃 天水 741018）

1 大电流中压开关柜装设风机的必要性

1.1 大电流中压开关柜柜体发热的原因

所谓大电流中压开关柜，一般指10～35 kV 电力系统中回路额定电流大于等于2 500 A 的开关柜。其开关柜内主要的一次元件有电流互感器、零序互感器、电压互感器（PT 柜）、避雷器、接地开关、断路器、负荷开关等，这些元件之间通过铜排连接来构成高压开关柜中完整的一次电气回路[1]。当开关柜带负荷运行时，各个一次电气元件带电运行所产生的热量以及电流传输所产生的热量如果不能够及时散出，经常会产生柜体发热现象，再加上开关柜的柜体材质为覆铝锌板或冷轧钢板，均为易导热材质，且柜内密封严格，如果热量不能及时将热量散出，就会加快柜体中各个元件的老化和故障的发生，从而影响开关柜的正常工作状态，严重时甚至会导致事故发生。

1.2 中压开关柜装设风机的作用

随着中压开关柜在电力系统中使用的不断成熟，现在设计师在开始结构设计时，都会考虑从开关柜中的各个小室到柜顶留出一部分散热的空间，称作“泄压通道”，其专门用于排出开关柜带负荷运行时产生的热量。但对于回路额定电流大于或等于2 500 A 的开关柜，由于其产生的热量过多，热量来不及通过泄压通道自行排出，热量的不断聚集会使柜体中各个元件温度升高。为了解决这一问题设计人员想到了一个办法，他们在柜顶泄压通道处装设了几部风机（图1）[2]，以便在风机的帮助下尽可能快地排放出开关柜内的热量，以减少开关柜的事故隐患，确保其能够平稳、可靠地运行。

图1 风机在开关柜上安装

2 风机在中压开关柜内的运行原理及启动方式

2.1 风机的数量和安装方式

对于回路电流为2 500 A 及以上的开关柜来说，一般在柜顶泄压通道上方并排装2 只风机（见图1），即可满足散热要求。对于回路电流特别大（4 000～5 000 A）的开关柜，装2 只风机就显得不够用，这时就需要增加风机的数量，来满足开关柜的散热要求[3]，比如：KYN28A-12/T4000-40～50 KA 的开关柜，因断路器手车较深，行程较长，在开关柜柜深不变、空间有限的情况下，设计人员将主母线室往柜后方向拉伸，将泄压通道改至断路器手车上方、仪表室后方。风机数量增加为4 只，泄压通道上方柜顶装2 只，断路器手车下方中隔板上装2 只，这样当4 只风机同时工作时，形成空气对流，加速空气流动，散热效率较装2 只的开关柜大幅提升。

综上所述，风机的数量及安装方式与开关柜的结构、所配断路器的种类密切相关，并不是一成不变的。针对不同电流大小和不同结构的开关柜，风机安装的数量和方式是多样化的，但本着节约资源、减少碳排放的原则，应尽可能在满足使用要求的基础上，减少风机安装的数量并提高风机的利用效率，这就对开关柜和风机的设计、制造人员提出了更高的要求[4]。

2.2 风机的启动方式

中压开关柜内的风机一般通过两种启动方式。一种为手动启动。为了方便用户在现场根据需要能够手动操控风机的启停，设计人员在设计开关柜时，会在仪表室面板上装一只钮子开关，这个开关直接连接到柜顶的风机电源上，通过空气开关闭合供电，风机便开始工作；反之，如果不需要风机工作时，关闭钮子开关即可，现场操作简单方便。风机手动操控启动回路见图2。

图2 风机手动启动回路

图2 所示，HK 即为仪表室面板上安装的钮子开关，称为风机开关；M1、M2 分别代表2 只风机，并联运行；当空气开关ZK 闭合时，通过HK 操作，就可以同时启动M1、M2 两只风机工作，也可以根据项目中实际运行的电流大小和开关柜的安装要求，并联更多的风机（如：M3、M4 等），最终目的是让柜体中的温度达到正常温度；JL1 为DL-31/0.6AQ 型号的电流继电器，它的用途是启动风机指示灯。风机启动指示回路见图3。

图3 风机启动指示回路

在图3 中，BD 即为风机运行指示灯，通常为白色信号灯，同样安装于开关柜仪表室面板上，便于观察风机的工作状态；RD1、RD2 为2 只熔断器，作为保险使用；当图2 中的风机回路运行时，JL1 电流继电器线圈通电，图3 中JL1 开点变为闭点，风机启动指示回路电源导通，BD 指示灯亮，显示风机正在工作中。

第一种启动方式更多是用作检验风机能否正常的工作，而在实际工作中，一般用第二种启动方式，即通过电流继电器启动风机。这种启动方式不需要人为操作，只需要给启动风机的电流继电器根据实际需要设置好动作整定值，当开关柜内回路中电流超过一定值时，电流继电器则会自动启动风机工作，及时给柜体降温。电流继电器启动回路及风机启动回路分别见图4、图5。

图4 电流继电器启动回路

图5 风机电流继电器启动回路

在图4 中，JL2 为启动风机的电流继电器；LH为电流互感器保护级绕组，需要说明的是，如果是额定电流大于2 500 A 的母联隔离柜，柜内一般不会装电流互感器，则图4 中的LH 就表示相邻母联柜内的电流互感器，在开关柜并柜时，需要工作人员用二次电缆从柜内端子排上连接母联柜的电流互感器保护级绕组，用于隔离柜中风机电流继电器的启动。

图5 则表示通过JL2 启动风机的回路示意图。通过图4 中电流继电器JL2 线圈通电，图5 中JL2 开点变闭点，回路导通，风机启动。风机指示原理见图3，电流继电器JL2 的动作整定值设定见计算公式（1）。

举例说明：假设有一台主变进线柜，电流互感器变比为3 000/5，设定风机启动电流为2 000 A，则该电流继电器的动作整定值就是2 000×5/3 000=3.33。一般来说，对于KYN18C-12、KYN28A-12、KYN79柜，风机启动电流为2 500 A；对于KGN7-12 柜，当开关柜额定电流为4 000 A 时，风机启动电流值为3 500 A，当额定电流为5 000 A 时，风机启动电流为4 000 A。

电流继电器动作整定值的设定甚为重要，关系到风机启动的准确性、及时性。因此工程技术人员在设计风机接线图时，需要根据每个项目的实际要求，提供准确的动作整定值，这样才能保证项目中供电系统平稳、可靠的运行。

2.3 风机的工作原理

大电流开关柜上安装的风机主要使用200FZY2型轴流风机，该风机采用交流220 V 电源输入，由罩极式交流电机、单法兰圆筒型机壳和风叶以及其他附件组成。该风机具有体积小、便于安装，噪音低、能耗低等优点，但通风初期容易出现个别空间通风缓慢，随着通风的继续整个开关柜内温度才会慢慢趋于平衡，图6 为200FZY 型轴流风机。

图6 200FZY 型轴流风机

从机械角度来说，风机的工作原理就是通过输入的电能转化为叶片转动的机械能，通过叶片的快速转动带动周围气体的流动。在二次原理接线方面来说，一只风机需要相关小附件组成，比如在电容、空开、继电器的帮助下，构成二次回路才能正常工作。

在200FZY 风机的3 个接点中（见图7），1和2接点分别接回路正点与负电，通常与熔断器相连接。3 接点连接一只电容，该电容是用来启动风机电动机的，电动机有2 组线圈，即主线圈与副线圈，当副线圈与一只电容串联后，再与主线圈并联。副线圈中由于串联电容器的移向作用，与主线圈中流过的电流相位是不一样的，结果形成旋转磁场，电机启动及运行。电机运行后，可自身产生旋转磁场，这时就可以切除电容了。

图7 风机的接线端子及接线安装图

3 开关柜风机的拓展及优化

近年来风机行业经过不断发展，技术越来越成熟，种类也越来越多，未来的发展方向有以下3 点。

高效化：转速快、运行效率高的风机当然会更有市场。

轻型化：这一点从使用范围和节约成本上出发，更小体积、更轻重量的风机，使用范围更广，市场竞争中更有优势。

降噪音：风机在工作过程中会有一定的噪音产生，该噪音是一种环境污染，因此更小噪音的风机会更有市场。

随着国内用电负荷的增加，大电流开关柜越来越普及，在很多项目中，特别是国网项目，用户都对风机提出了更高的要求，集中体现在风机的及时性、安全性和耐用性上。

开关柜中风机启动的及时性，就是指风机能够在开关柜中电流达到设定启动电流时及时并快速启动。

风机的安全性，即风机在遇到故障时能够及时报警。风机内部应该装有热传感器，并能将探测到的热信号通过风机报警装置传输到后台监控系统，当风机过热或遇到故障并停止工作时，能够及时发现，避免出现事故。

风机的耐用性，即避免风机频繁启动。由于开关柜在运行过程中电流的大小并非特定不变的值，而是一个随运行过程等情况不断变化的值。当开关柜中的电流一直大于设定启动电流时，则风机持续工作；但是当开关柜中的电流在风机设定的启动电流值上下持续波动时，风机就会出现不停的启、停动作，这样就会缩短风机的运行寿命，并增大故障出现的次数。因此，风机应该设有一个运行时间，当风机启动后，如果开关柜电流很快小于风机启动电流，风机也不会马上停转，而是持续工作一段时间后才停止。当电流再次达到启动电流时，风机再行启动。

4 结束语

安全生产在整个制造行业中都是非常重要的主题，特别是在变电系统中尤为重要。大电流开关柜内的风机看似是一个小元件，但它对于开关柜乃至整个系统能够正常运行是不可或缺的一部分。相信随着技术的发展，未来的开关柜风机能够更加智能、高效、环保、可靠。