摘要：10kV开关柜作为变电站直接向用户输送电力的设备，其运行状况直接影响变电站对用户的供电可靠性。由于设备运行时间长、部件老化、缺陷、负荷重等原因，造成10kV开关柜内设备发热情况频发，对变电站的可靠、持续供电造成一定的影响。本文就变电站常见的XGN型开关柜散热方式进行研究，分析开关柜可采取的散热方式及其优缺点，为变电站运行人员在开关柜出现发热缺陷时临时处置提供参考。
关键词：变电站；XGN型；开关柜；散热方式；研究
0引言
10kV开关柜作为变电站直接向用户输送电力的设备，其运行状态直接影响变电站对用户的供电可靠性。由于设备运行时间长、设备老化、缺陷、负荷重等原因，造成10kV开关柜内设备发热情况频发，对变电站的可靠、持续供电造成一定的影响。由于设备停电原因，设备发热缺陷不可以立即处理，在设备发热期间，如何对发热设备进行散热，有效控制设备发热温度防止缺陷恶化，就成为变电站运行人员重点考虑的问题。本文将对变电站XGN型开关柜发热情况和散热方式进行分析，梳理各种散热方式的优缺点，为变电站运行人员提供参考。
1概述
XGN型开关柜全称箱型固定式户内金属封闭开关柜，在笔者所在供电地区作为变电站常用的开关柜形式。XGN型开关柜通常由柜体、母线、隔离开关、断路器、电流互感器等主设备组成，一般情况下小电流开关柜分母线室、仪表室、断路器室、电缆室，室与室之间均采用薄钢板隔开，具体结构图详见图1，大电流开关柜采用内部贯通设计，具体结构图详见图2。
图1小电流XGN型开关柜结构图
由于XGN型小电流开关柜负荷轻，设备额定电流远大于实际负荷电流，因此小电流开关柜出现发热缺陷的情况较少。而大电流开关柜负荷重，发热缺陷都基本出现在大电流开关柜，因此本文集中讨论大电流开关柜的散热方式。
2 XGN型开关柜设备发热情况分析
XGN型开关柜大部分设备发热缺陷都是因为设备连接部件之间接触不良，尤其是10kV开关柜内断路器与隔离开关的连接板、隔离开关与母线排的连接板发热为主，主要表现为设备单相发热，其他两相正常；也有个别原因是因为设备老化，供电能力下降，即使在承受额定电流以下的负荷时，设备也存在发热情况，主要表现为设备两相或者三相同时发热，而且发热温度基本一致。
由于XGN型开关柜有防护等级要求，开关柜内部基本处于密封状态，柜内设备发热时，热量都积聚在开关柜内，难以及时散发出去，导致设备发热温度不断上升，设备发热温度越高，散发的热量就越大，柜内温度也越高，形成恶性循环。当设备发热产生的热量与设备散发的热量处于平衡状态时，设备的发热温度将处于稳定状态，当发热设备散发的热量与开关柜向外散发的热量处于平衡状态时，开关柜内温度也将处于稳定状态。
图2大电流XGN型开关柜结构图
3当前XGN型开关柜散热方式分析
当XGN型开关柜出现发热缺陷时，由于设备处于带电运行状态，不能立即停电进行处理，在设备缺陷没有恶化的情况下，设备产生的热量基本不变，若想降低设备的发热温度，只能从加快设备热量散发方面进行考虑。
XGN型开关柜在运行状态时柜内热空气向外流通的通道只有柜体上的门缝和柜体顶部的泄压通道。由于门缝较小，热空气难以流通，而泄压通道上面有盖板封盖，热空气流通量也较小，柜内热量难以及时散发。为提高XGN型开关柜内热空气的散热效率，目前变电站运行人员基本上都是将开关柜面板上的测温窗打开，采用大功率风扇对着测温窗直吹的散热方式。但由于柜内热量都集中在顶部位置，而测温窗基本上都处于柜体中部或下部，且测温窗面积较小，柜内密封状态较好，能够进入开关柜内部的空气比较少，散热效率不高，对发热设备的降温效果有限。且长时间打开测温窗也存在小动物或其他异物进入开关柜内部造成设备短路的安全隐患。
针对XGN型开关柜散热效果不佳的情况，目前已有厂家在开关柜顶部或侧面加装风机，将开关柜外部空气输送到开关柜内部或者将开关柜内部热空气抽到开关柜外部，此散热方式效果较好，能够及时抽走柜内发热设备散发的热量，有效降低设备的温升，但此散热方式也导致了柜内设备积尘严重的问题，其次风机也只有新的开关柜才有配置，旧开关柜需停电才能加装，且风机维护时也需要开关柜停电方可进行。在笔者所在供电地区，用户对供电可靠性要求很高，10kV开关柜停电时间越来越少，停电批复的几率也越来越低，在开关柜加装风机的散热方式只适用于对供电可靠性不高的地区或者10kV馈线可转供电率非常高、10kV馈线停电安排比较容易的地区。
4 XGN型开关柜散热方式优化建议
第一种优化方案：在开关柜上加装风机
对于在开关柜上加装风机的散热方式，如果加装的风机是将开关柜外部的空气输送到开关机内部的，可以在风机前面加装空气滤清器，净化进入到开关柜内部的空气，那么进入开关柜内部的空气就不会导致设备积尘。但对于风机是将开关柜内部的热空气抽到开关柜外部的散热方式，即不能通过加装空气滤清器的方式解决设备积尘问题。如前文所述，加装风机的散热方式在风机故障和维护时需将开关柜设备停电，因此本散热方式仅适用于对供电可靠性不高的地区或者10kV馈线可转供电率非常高、停电安排比较容易的地区。
第二种优化方案：采用外置冷却装置
目前变电站运行人员采用风扇直吹存在发热设备的10kV开关柜可以认为是外置冷却装置的一种方式，但前文已分析了该方式存在的缺点，冷却效率较低，且存在安全隐患。若外置冷却装置能够具备净化空气、对空气进行加压集中输送至开关柜内部的特点，那么该外置冷却装置就属于目前最佳的散热方案。
外置冷却装置可以采用空气滤清器净化空气，再将净化后的空气通过中压鼓风机进行加压，通过导风管从开关柜的测温窗输送到开关柜内部。为解决测温窗打开时小动物误入的问题，只需在导风管末端加装风罩的方式将测温窗完整封闭，那么就可消除小动物误入的安全隐患。同时，为适应不同厂家生产的XGN形开关柜，导风管可采用伸缩的方式，以适应不同高度的测温窗，提高冷却装置适用性。采用外置冷却装置进行散热的方式具有以下优点：
（1）使用便利性高。由于外置冷却装置不需改动开关柜结构，只需打开开关柜测温窗即可使用，使用便利性较其他散热方式大大提高。
（2）独立运行程度高。由于外置冷却装置维护或故障时都不需开关柜停电，只需断开外置冷却装置自身电源开关即可，对开关柜的运行不会造成任何影响。
（3）散热效率高。由于外置冷却装置采用中压鼓风机，所有冷却空气都通过导风管从开关柜测温窗进入开关柜内部，能够进入开关柜内部的空气量很大，且大部分XGN测温窗高度与柜内设备高度基本一致，进入开关柜内部的冷却空气恰好直吹发热设备，散热效率比其他散热方式都高。
（4）使用安全性高。由于外置冷却装置采用风罩将开关柜测温窗进行封闭，消除小动物从打开的测温窗误入开关柜内部的安全隐患，且外置冷却装置所有部件都在开关柜外部，不存在部件误入开关柜内部的情况，使用安全性比其他散热方式都高。
（5）使用时间长。由于外置冷却装置采用空气滤清器净化空气，进入开关柜内部的空气都是干净的，不会导致开关柜内部设备积尘，具备了长时间使用的条件，能够持续为开关柜发热设备进行散热，改善老旧开关柜的运行状态，提高了老旧开关柜的供电能力。
5总结
综上所述，针对变电站XGN型开关柜的散热方式可采用在开关柜加装风机和使用外置冷却装置的散热方案，二种方案都各具优缺点，笔者认为采用外置冷却装置的方案更具优势，无需对开关柜进行任何改装，也不会对开关柜造成任何影响，且适用于不同厂家生产的开关柜。各运行单位可以结合供电区域内用户对供电可靠性要求程度、10kV馈线停电难易度和10kV开关柜设备运维情况择优选择。
参考文献
[1]中国南方电网有限责任公司，中国南方电网有限责任公司设备缺陷管理办法[Z]，2014-06-01.
作者简介
叶灿伦（1982-），男，大学本科，电气高级工程师，从事电力设备工程管理及变电设备运行管理研究，邮箱yecanlun@163.com,联系电话13829259331。
项目名称：XGN开关柜可移动式冷却装置的研制
项目编号：031900KK52180064
论文作者:叶灿伦
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
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