1、63 电工电气电工电气 (2023 No.2)作者简介：姚光久(1990)，男，工程师，硕士，从事变电设备检修工作；王振刚(1995)，女，助理工程师，本科，从事变电设备继保工作。姚光久，王振刚，闫超，孟晨旭，陈伟明(广东电网有限责任公司中山供电局，广东 中山 528400)摘 要：随着电网负荷的逐年增加，开关柜发热问题愈发突出。分析了现有开关柜散热故障问题，设计了一种让内部空气循环对流的开关柜附柜，并对开关柜改造原理及改造技术方案进行了阐述。实际应用案例表明，该开关柜附柜可以实现快速降温降压，避免温度压力异常产生短路爆炸故障对人身造成的伤害和设备损坏，降低了电力人员巡检次数，提高了变电站设备
2、运维管理水平。关键词：高压开关柜；设备发热；附柜；对流循环散热；开关柜附柜中图分类号：TM591 文献标识码：B 文章编号：1007-3175(2023)02-0063-04 Abstract:As the network load increases year by year,the heating of the switchgear is becoming more and more prominent.According to the fault of heat dissipation,an auxiliary cabinet of switchgear which allows int
3、ernal air convective circulation is designed and the paper also describes its reformation principle and technical plan.The application cases show that the auxiliary cabinet of switchgear can achieve fast cooling and voltage reduction to avoid short-circuit exploration caused by abnormal temperature
4、and voltage,which does harm to people and equipments.Moreover,the application of this auxiliary cabinet can reduce the number of inspection and improve the operation and manage-ment of substation apparatus.Key words:high voltage switchgear;equipment heating;convective circulation;heat dissipation;au
5、xiliary cabinet of switchgearYAO Guang-jiu,WANG Zhen-gang,YAN Chao,MENG Chen-xu,CHEN Wei-ming（Zhongshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.,Ltd,Zhongshan 528400,China）Structural Design and Application of Auxiliary Cabinet ofSwitchgear in the Substation变电站开关柜附柜的结构设计与应用0 引言现有变电站 10 kV 开关柜由
6、风机将热量排出柜外，该散热方法存在诸多问题。柜体内外无法形成空气循环，造成柜内大电流情况下，后柜发热量积累，温度逐渐升高，热量无法及时排出，影响了开关柜的正常运行。散热风机的运行状态并不合理，无用损耗较大，对流循环不畅，降低了冷却效果。以往主要是在开关柜表面加装温湿度异常显示装置并辅以人工红外测温两种手段对高压室开关柜温度进行监测1，但上述方式存在无法实时在线监测、测温偏差大等问题。文中提出了一种加装附柜的开关柜散热技术，通过对开关柜内部风冷循环和冷热空气的单独流通通道进行研究，加装散热性能优异的开关柜附柜，实现了开关柜对流，达到快速散热功能，减少温度和压力对开关柜设备的损伤2。1 开关柜现有
7、散热问题分析1.1 开关柜结构以 KYN 型开关柜为例，KYN 型开关柜全称为铠装移开式金属封闭开关设备(简称中置式手车柜)，其基本结构由母线室、断路器手车室、电缆室组成，可通过将断路器手车室里的真空断路器更换成隔离手车、电压互感器(PT)手车等实现不同功能。KYN 型开关柜电流通道主要由母线导电排、分支导电排、静触头、断路器手车、电流互感器、出线电缆等组成，如图 1 所示。开关柜三个舱室之间使用挡板相互隔离，保证作业人员在某一舱室工作的安全，但是，挡板隔离形成的散热不畅会导致冷却效果差的问题。工艺与装备变电站开关柜附柜的结构设计与应用64电工电气电工电气 (2023 No.2)1.2 开关柜
8、发热分析KYN 型开关柜因其占地面积小、安全性能高、分断容量大等优点在电力系统中得到广泛应用，在变电站中主要用作于变压器 10 kV 侧大电流开关及10 kV 馈线开关，运行中散热不畅有以下原因：(1)开关柜的断路器室前下柜未设置导风板，风机进入断路器室内的风量很弱；(2)断路器室上方压力释放通道未设置散热装置，无法形成断路器内外空气循环对流带走热量，而且压力释放通道封板上散热孔的散热面积非常小，无法主动散热；(3)动静触头的润滑脂因发热老化凝固，使接触电阻不断增加，在长期运行下，不断累积恶化，发热越发严重，导致开关动静触头接触面及开关小车导电臂的热量无法有效散出；(4)电缆室相比母线室发热材
9、质少，剩余空间大，造成电缆室和母线室存在不同程度的温差。综上所述，该开关柜散热结构设计存在缺陷，发热体集中，散热空间不均匀，造成热量在开关柜内部积聚。内部动静触头的发热及以开关故障半分合状态产生的发热，使开关柜内部温度和压力快速升高，严重时甚至会发生短路故障，将导致 10 kV母线失压的电力事故，造成 10 kV 用电客户的大面积停电，给社会带来严重经济损失和不良影响3。1.3 开关柜现有测温技术存在的问题以往温度监测主要是在开关柜表面加装温湿度异常显示装置并辅以人工红外测温两种手段，其主要不足如下4-6：(1)无法区分内部电缆沟、电缆层浸入的潮湿气体和外部浸入的潮湿气体，风机散热系统机械地启
10、停无法去除潮气；(2)开关柜后柜无散热风机也无散热孔，在内部大电流下，后柜发热积累，温度逐渐升高，整个开关柜基础的温升高，进一步影响开关柜的正常运行；(3)目前，风机启动方式通过电流继电器启动(即达到启动电流值，继电器通电启动风机，小于启动电流值，风机不动作)，由于开关柜内部可能出现接触不良，导致在电流较小情况下开关柜也可能发热，而此时流过继电器电流过小，未达到电机启动条件，热量无法及时排出；(4)风机运行状态不合理，无用损耗较大，无法阻止柜内、柜外的空气对流循环，降低了冷却效果。2 开关柜改造原理针对以往开关柜的散热不足，在不改变开关柜结构前提下增加附柜以加强散热能力。附柜从后附柜顶部、过滤
11、网、挡风板、双层柜体、出风口、风机控制、带电显示、材料、防爆观察窗等部位进行改造。1)后附柜顶部有 8 个左右对称并列大小一样的孔洞，塑胶螺丝填充孔洞，其作用是压力释放装置。当风机不转或柜内超负荷运行导致气压过高时，后附柜顶部是最薄弱处，压力突然变大会使塑胶螺丝弹起，避免了柜门冲开和柜内零部件高速冲击，保证了人身安全，起到泄压保护作用。2)后附柜与柜体之间的过滤网，以及后附柜后面出风口是交换气体通道，可防尘、防小动物、防异物进入造成设备短路。过滤网采用不锈钢材质，用螺丝钉固定，可拆卸进行更换清洁。3)后附柜开孔挡风板抑尘挡风，让风柔和吹入柜内，防止柜内灰尘积聚，还能防凝水、凝霜、冷露造成爬电污
12、闪，降低柜内绝缘。4)柜体双层设计，吸入、排出的空气对流错开，提高散热效果。当开关柜发生弧光放电等爆炸事故时，双层敷铝锌板起到防爆作用，防零件冲出、电弧以及高温高压气体对人体伤害，保护现场作业人员头部等重要身体部位。5)出风口设计在后附柜下侧，能更快排出空气，防止空气堆积回流开关柜内。底部入风口有单独隔离舱室与后附柜隔开，保证吸入的空气流入开图1 KYN型开关柜结构示意图A-母线室 B-断路器手车室 C-电缆室1-主母线 2-分支小母线 3-断路器手车4-电缆 5-电流互感器 6-静触头ABC154326VD4变电站开关柜附柜的结构设计与应用65 电工电气电工电气 (2023 No.2)关柜内
13、，与开关柜内排出的空气相隔离，没有冷热空气对流，提高降温效率，其次作用是在开关柜爆炸时多一层隔绝层，保护现场人员腿部以下的安全。6)风机控制通过湿度、电流、历史数据启动，满足一个条件即可启动。根据历史数据库的信息，在用电高峰期提前启动，用电低谷期提前停止；当开关柜柜内温度高于“温度设定值+回差值”，启动风机，当开关柜柜内温度低于“温度设定值-回差值”，停止风机；当开关柜柜内湿度高于“湿度设定值+回差值”，启动风机，当开关柜柜内湿度低于“湿度设定值-回差值”，停止风机。7)附柜后侧设置带电显示装置，方便巡视人员查看，带电显示装置无线连接后台终端机，出现故障时后台终端机声光显示。8)材料采用敷铝锌
14、板，具有无磁滞损耗、耐腐蚀防生锈、优良的耐热抗氧化性、防静电、附着力好、机械强度高、抗龟裂性能好、耐水、耐磨、抗油、绝缘性能好、抑尘率好等优点。9)观察窗采用双层防爆玻璃，玻璃中间夹钢丝网，玻璃材质为聚碳酸脂，观察窗由若干空心实体交替大小相同的正六边形蜂巢状组成，在遇到开关柜短路爆炸冲击时，聚碳酸脂不会破碎，钢丝网可以阻挡碎片冲击力，正六边形蜂巢状组成的观察窗稳定性强、抗应力强，不会出现断裂情况。3 开关柜改造技术方案开关柜附柜由主箱体和隔离舱室两部分组成，如图 2 所示。开关柜改造的技术方案为：(1)主箱体与 10 kV 开关柜固定连接，设置有进风口和第一空气交换口，下部固定有隔离舱室，隔离
15、舱室一侧设有第二空气交换口，其他侧面均设置有出风口，第一空气交换口和第二空气交换口均设置在与10 kV 开关柜接触的一侧。通过在附柜上设置空气交换口和进风口，实现了开关柜和附柜与外部的空气交换，并且下部设置的隔离舱室也可以与开关柜实现空气交换。在使用过程中上下两组空气交换通道隔离运行，解决了散热风机运行时产生的空气对流问题，提高了柜内的冷却效率。(2)开关柜内的不同区域均设置有散热风机，在达到散热条件时启动散热风机，通过进风口和第一空气交换口从柜外获取冷空气，并通过第二空气交换口和出风口将柜内热空气排出。4 开关柜改造的应用案例针对有散热历史缺陷的开关柜，应提前制造相应开关柜附柜，以防止开关柜
16、散热出现故障时，来不及制造附柜。2021 年 3 月 24 日，110 kV 上南站#1 主变 5501开关停电检查时发现该开关存在发热情况，详细情况如下：开关小车导电臂在线测温传感器包扎热缩套熔化，内层 3M 胶带完好，测温装置传感器无移位掉落。检查三相动触头触指弹簧，无明显变形，触指上附着润滑脂已失去润滑作用，与静触头接触位置有轻微发黑硬化痕迹，开关 B、C 相真空泡绝a)附柜后视图b)附柜前视图c)附柜主视图d)附柜左视图e)附柜侧视图图2 开关柜附柜示意图变电站开关柜附柜的结构设计与应用66电工电气电工电气 (2023 No.2)缘外壳存在开裂现象。测温装置显示的温度见表 1。发现该问题后，检修人员将 5501 开关推至检修位置，将存在发热的动触头进行更换。2021 年 5 月 1 日，对上南站#1 主变、5501 开关、10 kV 1M 母线停电检查并对 5501 开关柜进行散热改造。5 月 2 日，开关柜散热改造加装附柜后，5501 开关送电保持通电运行状态，改造后开关柜温度值如表 2 所示，改造后起到了很好的散热效果。5 结语以往高压开关柜散热主要是在开关柜表面加装温湿度
