电力科技 ２０１６年第６期Ｉ科技创新与应用 高压开关柜温升问题分析及解决方案探讨 杜丽１，２ 丁永生 姜富修 胡远辉１，２ （１、江苏南瑞帕威尔电气有限公司，江苏南京２１１０００ ２、上海置信电气股份有限公司，上海２００３３５） 摘要：高压开关柜在运行中经常由于温升过高引发故障，因此，温升问题广受关注。文章对开关柜的温升原理进行了简单描述， 进而从结构设计和运行维护两个方面对预防温升过高的方案进行了分析。 关键词：开关柜；温升；柜体设计 顶、门板等位置开散热窗，形成散热通道，门板上的散热窗可设计成 迷宫式结构，既可散热又能够满足燃弧试验要求；合理布置元器件 位置，确保散热通道畅通，以免散热路径太长造成散热困难；在柜内 加装风机，以强制对流散热的方式带走柜内热量等。 传统的开关柜温升设计主要依赖经验设计，以开关柜能够通过 温升试验为准。但工程设计中，元器件的规格、种类、位置等常有变 成设备损坏和用户停电［２１。 化，这时开关柜能否通过温升试验就难以保证，而柜型稍有变化就 １温升原理简述 进行温升试验是不经济的。 根据热平衡原理，开关设备的温升决定于发热和散热两方面的 近年，国内同行将有限元软件应用于开关类产品设计，尝试使 情况。 用仿真软件强大的计算分析能力来为产品设计提供依据。赵力楠、 高压电器的热源主要来自三方面：一是电流通过导体产生的电 赵力鹏通过建立断路器铝支架三维模型，利用有限元仿真计算得到 阻损耗；二是铁磁体内产生的涡流、磁滞损耗；三是交流电器绝缘体 了模型在工频额定电流６３００Ａ下的发热数据；并在西高院完成了样 内产生的介质损耗。降低产品热量产生主要从减少电阻损耗和涡 机的温升试验［３１。朱琦琦、程立建立了结构和运行环境类似的导体的 流、磁滞损耗两方面考虑。 表面散热系数关系模型，提出了一种载流件长期温升的电热耦合仿 电流通过载流回路产生的电阻损耗为 真方法【圳。 Ｐｔ＝Ｋ。Ｉ 。Ｒ 【ｗ】 （１） ２．２运行维护方面 其中，Ｋ日为附加损耗系数；Ｉ为导体中通过的电流有效值；Ｒ为 在日常检修中，应注意柜内灰尘、蜘蛛网的及时清除，以免开关 载流回路的电阻，包括回路导体直流电阻Ｒ 和电接触电阻Ｒｃ两部 柜运行条件恶劣而发热量增加。鉴于中置柜的动静触头咬合处为异 分。 常温升高发区，应重点观察梅花触头的弹簧等构件的状况，及时更 Ｒｄ＝Ｐｏ·（１＋ ｏｏ）·ＵＡ［ｎ】 （２） 换新零件以防动静触头的接触压力过小造成接触电阻增大；同时应 对触头涂抹导电膏来降低接触电阻，从而减小该处发热量。 Ｒｏ＝ １０ ｉｎ］ （３） 由于导致开关柜过热故障的原因较复杂，且一旦温升过高将引 式（２）中，ｐｏ，Ｏｔ。分别为导体材料电阻率、导体材料温度系数，Ｌ 起严重后果，因此，客户希望可以加装温升在线监测系统，实时监测 为导体长度，Ａ为导体截面积。 开关柜温升状况。目前在线监测系统多用来监测手车动静触头、母 式（３）中，ｋ为与接触材料和接触面状况等有关的常数；Ｆ为接 排等处的温升。 触压力；ｍ为由接触形式决定的常数。 目前，实现温度测量的方法主要有两种：光纤温度传感器法和 关于设备的涡流损耗，工程上有 红外温度传感器法 。光纤法测量需引出光纤电缆，存在沿面放电问 题，且造价较高；红外传感器接收物体的电磁辐射进行温度测量，缺 Ｗｃ 点是只可测量在传感器直视范围内的测量点温度旧。随着技术发展， 温升在线监测系统的可靠性必定会有所提高，在开关柜中的应用会 其中，ｆ为电流频率，Ｂ 为交变磁通密度，Ｒ 为铁磁体的电阻。 越来越广泛。 热传递方式有三种，分别为传导、对流和辐射散热。 ３结束语 传导散热的热功率可由下式表示 高压开关柜元件布置紧凑，散热较为困难。对于开关柜运行中 Ｑ （０ｒ＿０２） ·Ａ／８ ［ｗ］ （５） 的温升问题，应从以下四个方面着手解决：（１）在设计阶段给予高度 其中，０。、０ 分别为物体高温区和低温区的温度； 为材料热导 重视，采取各种措施控制整体发热量并提高柜体散热能力。（２）仿真 率；Ａ为物体热传导的截面积；８为物体导热路径长度。 分析软件在开关产品领域中的探索应用，有望使之成为行之有效的 大气中物体表面的对流散热功率为 温升设计辅助工具。（３）在运行维护阶段注意观察柜内元器件状况， Ｑ （０。一ｏ２）０【·ｓ （６） 及时改善开关柜运行条件，减小因零部件老化发生温升故障的可 其中，０ 、０ 分别为散热体和流体的温度； 为对流散热系数；ｓ 能。（４）温升在线监测系统的开发与应用，将有效减小开关柜发生温 为物体散热表面积。 升故障的概率，使用户用电更加稳定可靠。 大气或真空中的发热体的辐射功率近似为 参考文献 ＱＦ＝（０Ｊ－０２ ￡·口ｂｏＳ （７） 【１ＩＮ、渊．ＫＹＮ２８—１２／Ｔ３１５０—４０中置式开关柜温升问题的研究『Ｊ１真空 其中，０ 、０：分别为发热体表面和大气环境的温度；￡为发热体 电器技术，２００１（１）：ｌ６—１８． 表面的辐射率； ｂ＝５．６７Ｘ１０－Ｓｗ／（ｍ２·ｋ４），称为斯蒂芬一玻尔兹曼常数； 【２】黄恒禧．应用高压开关柜温升的简易算法及降低相应发热的技术 Ｓ为物体辐射表面积。 措施［Ｊ］．福建建筑，２００８（３）：９１—９３． ２解决方案分析 ［３］赵力楠，赵力鹏．真空发电机断路器用铝支架的设计和发热仿真 ２．１结构设计方面 计算的试验验证ｆＪ１．高压电器，２０１２（９）：６３—６６． 由式（１）、（２）、（３）、（４）来看，开关柜的发热量与电阻、电流及导 ［４］朱琦琦，程立．一种仿真估算载流件长期温升的方法ｆＪ］．高压电器， 磁体的磁通密度成正比。载流回路的电流由负载决定，无可改变。因 ２０１４（５）：９９—１０２． 此，在设计中常采取的措施有：考虑铜排的折弯及搭接处的接触电 ［５】田毅，黄新波．高压开关柜温升在线监测系统ｆＪ１．高压电器，２０１０ 阻，柜中铜排的规格选取应有一定裕量；柜体与手车的装配尺寸应 （３）：６４—６７＋７１． 设计合理，以确保接触电阻能够满足需要；手车的回路电阻必须满 【６】邓本再，胡涛．基于蓝牙的断路器触点和母线温度在线监测系统 足要求；母线套管的安装板选用不导磁的不锈钢板以减小涡流损耗 『Ｊ１．高压电器，２００６（３）：２２５—２２７＋２３０． 等。 作者简介：杜丽（１９８７一），女，硕士研究生，工程师，主要从事开 由式（５）、（６）、（７）可得，开关柜的散热量与热源的导热率、辐射 关柜结构研究与设计工作。 率及散热面积成正比，与散热路径长度成反比。因此，设计中常采取 的措施有：将隔室的金属隔板喷涂黑漆来提高隔板的辐射率；在柜 开关柜作为电力系统中需求量日益增大的一类产品，其能否稳 定运行决定着用户的用电质量与安全。温升是衡量开关柜能否稳定 运行的重要因素。 由于柜体设计紧凑且内部间隔防护等级较高，开关柜散热较为 困难［１１。在大电流中置柜中，温升问题更为突出。在实际运行中，发热 问题解决得不好，会导致高压开关柜本体或内部设备提前老化，造 掣Ｒ （４） １８７—
