10kV高压开关柜散热系统改造及散热系统维护

10kV高压开关柜散热系统改造及散热系统维护

黎汉黎奕俊

（广东电网有限责任公司佛山供电局广东佛山528000）

摘要：10kVKYN型和XGN型封闭式高压开关柜内，柜内设备在运行中会不同程度地发热，开关柜处于密封状态，对其温度测量的难度大，运行时产生的过热问题不能及时发现。过热问题是一个不断发展、累积的过程，如果不加以控制，过热程度会不断加剧，并对绝缘件的性能及设备寿命产生很大的影响，乃至引发设备缺陷、甚至是故障。为解决10kV开关柜运行温度过高，特别是大电流柜长期重载，长时间高温运行的问题，针对现场的实际运行情况，提出10kV高压开关柜散热系统改造的建议及散热系统维护指引。

关键词：高压开关柜、过热、散热系统、改造、维护

1引言

10kV高压开关柜广泛使用的是KYN型和XGN型封闭式开关柜，主设备分布在断路器室、母线室、电缆室3个相互独立的隔室内，柜体防护等级为IP4X，各隔室防护等级为IP2X。采用金属全封闭结构，除实现电气连接、控制、通风而必须在隔板上的开孔外，所有隔室呈封闭状态。一面独立的开关柜体内，除断路器真空灭弧室内主触头外，还有断路器动、静触头，柜体连接母线（铜排）、电流互感器、出线电缆等连接点。这些连接点在运行中都会不同程度地发热，开关柜处于密封状态，运行人员对其温度测量的难度大，如开关柜内没有内置测温措施，运行时产生的发热问题就不能及时发现。开关柜的温升高，直接影响设备的安全稳定运行，而且，过热问题是一个不断发展、累积的过程，如果不加以控制，过热程度会不断加剧，并对绝缘件的性能及设备寿命产生很大的影响，乃至引发设备缺陷、甚至是故障。

根据《DL/T593-2016高压开关设备和控制标准的共用技术要求》的规定，户内开关设备和控制设备正常使用条件中要求周围空气温度最高不超过40℃，且在24h内测得的平均温度不超过35℃。

在温升试验规定的条件下，当周围空气温度不超过40℃时，开关柜内镀银的触头在空气中最高的运行温度不能超过105℃，用螺栓连接的铜搭接面在空气中最高运行温度不能超过90℃，动触头上的夹紧弹簧的运行温度不应达到使材料弹性受损的数值。

根据上述对开关柜的运行温升要求，需要对开关柜内安装的元件应采取适当的措施（如通风、增设散热窗等），以保证维持正确功能所需要的运行条件。

2温升原理简述

根据热平衡原理，开关设备的温升决定于发热和散热两个方面的情况。

2.1开关柜在稳定状态下的发热源有导体通电时产生的焦耳热、感应热，降低产品热量产生主要从减少电阻损耗和涡流、磁滞损耗两方面考虑。

电流流过载流回路产生的电阻损耗

3降低温升的措施

降低开关柜的运行温升，主要从减少发热和增强散热两个方面的措施开展。

3.1减少发热的措施

由式（1）、（2）、（3）、（4）来看，开关柜的发热量与电阻、电流及导磁体的磁通密度成正比。载流回路的电流由负载决定，无法随意改变。因此，控制运行中开关柜发热量的主要措施有：

1）严格控制主回路电阻值，开关柜停电检查维护时，检查铜排的搭接面无氧化现象，连接螺栓紧固无松动；

2）控制真空灭弧室的回路电阻在较低值，小车开关停电试验维护时，测量的回路电阻值必须满足要求；

3）控制小车开关动静触头的接触电阻，小车开关停电维护时，重点检查小车开关动触头夹紧弹簧的夹紧力，因为接触压力F决定Rc的大小；

4）位于交变磁场中的零部件（如：柜体左右侧板，中间隔板、套管安装板、螺栓、螺母等）采用非导磁材料制作，如不锈钢，以减少涡流损耗等。

3.2加强散热的措施

由式（5）、（6）、（7）可得，开关柜的散热率与热源的导热率、辐射率及散热面积成正比，与散热路径长度成反比。因此加强散热的措施有：

1）对流散热，分自然对流和强制对流。依靠柜体外表面自然对流向外部放出的散热量是温差和散热面积的函数。

对流散热是开关柜散热的主要途径，应对开关柜的对流散热进行设计并优化，增强柜内、柜外空气流通，使柜内、柜外空气对流速度加快。在柜顶、门板等位置开散热窗（见图1），形成散热通道；确保散热通道畅通，以免散热路径太长造成散热困难；散热窗的布置和防护应具有与外壳相同的防护等级，可以使用网状编织物或类似材料制成，但应具有足够的机械强度，散热窗的布置应考虑到在压力作用下排出的气体或蒸汽不致危及到操作人员。在柜内、柜顶加装风机（见图1、图2），以强制对流散热的方式带走柜内热量等。利用烟囱效应，提高风速，增加流量；柜顶泄压板兼有散热功能，其结构设置为波浪形，以增大通风和散热面积。

2）传导散热，把小车开关动、静触头中的热量向母线传导或传导到小车开关的专用散热片上，以减轻动、静触头连接部位的局部热负荷，同时也可降低夹紧弹簧的运行温度。传导散热主要针对因空间、结构有限，需要依靠热传导将触点处局部温度高的热量传导到自身导体的另一端或与之相接触的导体上，通过另一端或相接触的导体散热。

3）辐射散热，开关柜外表面或导体表面向外辐射出的散热量是温差、散热面积、辐射率的函数。可以使母线、导体等高温零部件表面通过辐射把热量散至开关柜的金属外壳的内壁上，再通过金属外壳的外表面散到周围大气中去；通过导体表面亚光处理、涂装，提高表面红外线的辐射作用，提高辐射散热效率；通过表面颜色的选择，具有高的辐射作用，低的吸收作用，提高辐射散热效率；通过柜体表面涂装，使柜内表面具有吸收红外线，柜体外表面辐射红外线的作用，提高辐射散热效率。

4）通过散热片提高散热能力，设置散热片以增大散热面积，提高辐射散热和对流散热将局部集中热源的热量对热源的外部散出，解决局部过热。

5）环氧树脂、聚碳酸酯等绝缘材料制作的绝缘件，首先应减少内部导体的发热量，由于绝缘材料的热传导性能差，主要通过增大绝缘件表面积及设置对流孔、对流槽等加强与提高对流散热、辐射散热的效率，并降低吸收率以防止或减少吸收其它热源释放的热量。

传导散热、对流散热、辐射散都与温差有关，适当在高压室内安装空调，并将空调调节到20℃下运行，改善开关柜的运行环境，增大柜内、柜外温差，加强散热效果。

4开关柜散热系统的维护

为保证开关柜内设备运行在良好的环境温度下，开关柜停电后须对散热系统进行维护，特别是大电流柜的散热系统，确保散热系统运行工况良好。维护的项目及要点如下：

4.1散热风机的维护

风叶无变形，手动拨转风叶顺畅运转，拆卸电机检查转子润滑良好无卡滞、无生锈，轴承完好，风机进出风口无堵塞，清除风机内部积尘；万用表测量电机直流电阻，电阻值符合铭牌标示值。绝缘电阻表测试绝缘电阻，阻值应大于2MΩ；投入电源启动风机检查风机转向及运转正常；检查大电流风机启动整定值为开关柜额定电流的60%时能可靠启动。

4.2散热窗的维护

及时清除散热窗上的积尘、蜘蛛网、小动物尸体等堵塞物，畅通通风口，降低通风阻力；检查散热窗防尘网的完整性，无锈蚀、无破损，确保开关柜的防护等级符合运行要求。

4.3散热片、对流槽的维护

检查开关小车本体散热片、触头散热片无过热变色现象，扇热片无变形、无缺损，各扇热片间无异物，清理散热片上积尘及污秽物，散热片与小车本体及触头安装紧密，固定良好无松动；检查绝缘件对流槽无过热变色现象，绝缘材料无变形，无缺损，各槽片间无异物，清理槽内积尘及污秽物。

图1：一般馈线柜风机安装位置

注：更换后门板等相关封板，采用不导磁的不锈钢板，消除涡流产生发热现象。门板封板增加百页窗（见图3），百页窗的开孔结构可参考表1中阻力系数低的方式开孔，百叶窗内侧须配置防尘网，提高通风机防护。

图2变低进线柜及面对面联络柜风机安装位置图

作者简介：

黎奕俊（1995-），男，主要从事变电设备运维工作。

黎汉（1969-），男，高级工程师/高级技师，主要从事变电设备管理工作。