杜麗　丁永生　姜富修　胡遠(yuǎn)輝

摘 要：高壓開關(guān)柜在運(yùn)行中經(jīng)常由于溫升過(guò)高引發(fā)故障，因此，溫升問(wèn)題廣受關(guān)注。文章對(duì)開關(guān)柜的溫升原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述，進(jìn)而從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)兩個(gè)方面對(duì)預(yù)防溫升過(guò)高的方案進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜；溫升；柜體設(shè)計(jì)

開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)中需求量日益增大的一類產(chǎn)品，其能否穩(wěn)定運(yùn)行決定著用戶的用電質(zhì)量與安全。溫升是衡量開關(guān)柜能否穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。

由于柜體設(shè)計(jì)緊湊且內(nèi)部間隔防護(hù)等級(jí)較高，開關(guān)柜散熱較為困難[1]。在大電流中置柜中，溫升問(wèn)題更為突出。在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)熱問(wèn)題解決得不好，會(huì)導(dǎo)致高壓開關(guān)柜本體或內(nèi)部設(shè)備提前老化，造成設(shè)備損壞和用戶停電[2]。

1 溫升原理簡(jiǎn)述

根據(jù)熱平衡原理，開關(guān)設(shè)備的溫升決定于發(fā)熱和散熱兩方面的情況。

高壓電器的熱源主要來(lái)自三方面：一是電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的電阻損耗；二是鐵磁體內(nèi)產(chǎn)生的渦流、磁滯損耗；三是交流電器絕緣體內(nèi)產(chǎn)生的介質(zhì)損耗。降低產(chǎn)品熱量產(chǎn)生主要從減少電阻損耗和渦流、磁滯損耗兩方面考慮。

2 解決方案分析

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

由式（1）、（2）、（3）、（4）來(lái)看，開關(guān)柜的發(fā)熱量與電阻、電流及導(dǎo)磁體的磁通密度成正比。載流回路的電流由負(fù)載決定，無(wú)可改變。因此，在設(shè)計(jì)中常采取的措施有：考慮銅排的折彎及搭接處的接觸電阻，柜中銅排的規(guī)格選取應(yīng)有一定裕量；柜體與手車的裝配尺寸應(yīng)設(shè)計(jì)合理，以確保接觸電阻能夠滿足需要；手車的回路電阻必須滿足要求；母線套管的安裝板選用不導(dǎo)磁的不銹鋼板以減小渦流損耗等。

由式（5）、（6）、（7）可得，開關(guān)柜的散熱量與熱源的導(dǎo)熱率、輻射率及散熱面積成正比，與散熱路徑長(zhǎng)度成反比。因此，設(shè)計(jì)中常采取的措施有：將隔室的金屬隔板噴涂黑漆來(lái)提高隔板的輻射率；在柜頂、門板等位置開散熱窗，形成散熱通道，門板上的散熱窗可設(shè)計(jì)成迷宮式結(jié)構(gòu)，既可散熱又能夠滿足燃弧試驗(yàn)要求；合理布置元器件位置，確保散熱通道暢通，以免散熱路徑太長(zhǎng)造成散熱困難；在柜內(nèi)加裝風(fēng)機(jī)，以強(qiáng)制對(duì)流散熱的方式帶走柜內(nèi)熱量等。

傳統(tǒng)的開關(guān)柜溫升設(shè)計(jì)主要依賴經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以開關(guān)柜能夠通過(guò)溫升試驗(yàn)為準(zhǔn)。但工程設(shè)計(jì)中，元器件的規(guī)格、種類、位置等常有變化，這時(shí)開關(guān)柜能否通過(guò)溫升試驗(yàn)就難以保證，而柜型稍有變化就進(jìn)行溫升試驗(yàn)是不經(jīng)濟(jì)的。

近年，國(guó)內(nèi)同行將有限元軟件應(yīng)用于開關(guān)類產(chǎn)品設(shè)計(jì)，嘗試使用仿真軟件強(qiáng)大的計(jì)算分析能力來(lái)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供依據(jù)。趙力楠、趙力鵬通過(guò)建立斷路器鋁支架三維模型，利用有限元仿真計(jì)算得到了模型在工頻額定電流6300A下的發(fā)熱數(shù)據(jù)；并在西高院完成了樣機(jī)的溫升試驗(yàn)[3]。朱琦琦、程立建立了結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境類似的導(dǎo)體的表面散熱系數(shù)關(guān)系模型，提出了一種載流件長(zhǎng)期溫升的電熱耦合仿真方法[4]。

2.2 運(yùn)行維護(hù)方面

在日常檢修中，應(yīng)注意柜內(nèi)灰塵、蜘蛛網(wǎng)的及時(shí)清除，以免開關(guān)柜運(yùn)行條件惡劣而發(fā)熱量增加。鑒于中置柜的動(dòng)靜觸頭咬合處為異常溫升高發(fā)區(qū)，應(yīng)重點(diǎn)觀察梅花觸頭的彈簧等構(gòu)件的狀況，及時(shí)更換新零件以防動(dòng)靜觸頭的接觸壓力過(guò)小造成接觸電阻增大；同時(shí)應(yīng)對(duì)觸頭涂抹導(dǎo)電膏來(lái)降低接觸電阻，從而減小該處發(fā)熱量。

由于導(dǎo)致開關(guān)柜過(guò)熱故障的原因較復(fù)雜，且一旦溫升過(guò)高將引起嚴(yán)重后果，因此，客戶希望可以加裝溫升在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開關(guān)柜溫升狀況。目前在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多用來(lái)監(jiān)測(cè)手車動(dòng)靜觸頭、母排等處的溫升。

目前，實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的方法主要有兩種：光纖溫度傳感器法和紅外溫度傳感器法[5]。光纖法測(cè)量需引出光纖電纜，存在沿面放電問(wèn)題，且造價(jià)較高；紅外傳感器接收物體的電磁輻射進(jìn)行溫度測(cè)量，缺點(diǎn)是只可測(cè)量在傳感器直視范圍內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)溫度[6]。隨著技術(shù)發(fā)展，溫升在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性必定會(huì)有所提高，在開關(guān)柜中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

3 結(jié)束語(yǔ)

高壓開關(guān)柜元件布置緊湊，散熱較為困難。對(duì)于開關(guān)柜運(yùn)行中的溫升問(wèn)題，應(yīng)從以下四個(gè)方面著手解決：（1）在設(shè)計(jì)階段給予高度重視，采取各種措施控制整體發(fā)熱量并提高柜體散熱能力。（2）仿真分析軟件在開關(guān)產(chǎn)品領(lǐng)域中的探索應(yīng)用，有望使之成為行之有效的溫升設(shè)計(jì)輔助工具。（3）在運(yùn)行維護(hù)階段注意觀察柜內(nèi)元器件狀況，及時(shí)改善開關(guān)柜運(yùn)行條件，減小因零部件老化發(fā)生溫升故障的可能。（4）溫升在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，將有效減小開關(guān)柜發(fā)生溫升故障的概率，使用戶用電更加穩(wěn)定可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]孫淵.KYN28-12/T3150-40中置式開關(guān)柜溫升問(wèn)題的研究[J]真空電器技術(shù)，2001（1）：16-18.

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[3]趙力楠，趙力鵬.真空發(fā)電機(jī)斷路器用鋁支架的設(shè)計(jì)和發(fā)熱仿真計(jì)算的試驗(yàn)驗(yàn)證[J].高壓電器，2012（9）：63-66.

[4]朱琦琦，程立.一種仿真估算載流件長(zhǎng)期溫升的方法[J].高壓電器，2014（5）：99-102.

[5]田毅，黃新波.高壓開關(guān)柜溫升在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].高壓電器，2010（3）：64-67+71.

[6]鄧本再，胡濤.基于藍(lán)牙的斷路器觸點(diǎn)和母線溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].高壓電器，2006（3）：225-227+230.

作者簡(jiǎn)介：杜麗（1987-），女，碩士研究生，工程師，主要從事開關(guān)柜結(jié)構(gòu)研究與設(shè)計(jì)工作。