論降低固定式中壓開關(guān)設備溫升之結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設計

創(chuàng)新技術(shù)論降低固定式中壓開關(guān)設備溫升之結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設計張薇彤(北京科銳配電自動化股份有限公司北京101400摘要:本創(chuàng)新設計實現(xiàn)了固定式中壓開關(guān)設備“自然風冷”的散熱結(jié)構(gòu),攻破了傳統(tǒng)開關(guān)柜在此電流等級下需要安裝風機來強迫通風降溫的難關(guān)。同時,該設備在散熱、觸頭連接、絕緣等結(jié)構(gòu)設計上實現(xiàn)了全方位的創(chuàng)新,取得了解決溫升、加強設備可靠性方面的重大突破。因此,該設備已獲得實用新型及發(fā)明專利。該文主要結(jié)合傳統(tǒng)開關(guān)設備存在體積大,載流、絕緣、機械事故率高等缺陷的分析,以提高開關(guān)設備的性能和質(zhì)量,降低設備溫升為前提,從設備觸頭滑動可靠連接、散熱、降低電阻發(fā)熱源、避免渦流發(fā)熱、絕緣以及外觀等方面探討了固定式中壓開關(guān)設備結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設計的要點和工藝。關(guān)鍵詞:固定式中壓開關(guān)設備溫升結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設計中圖分類號:TM564文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(201212(a-0031-02電力是社會各項組織活動的生命源泉。近年來,隨著我國宏觀經(jīng)濟的發(fā)展,城鄉(xiāng)電網(wǎng)大規(guī)模建設和改造進程不斷加快,電力系統(tǒng)設計的技術(shù)參數(shù)不斷提高,同時對供電質(zhì)量、可靠性及外觀的要求也越來越高。開關(guān)設備是供電系統(tǒng)的有機組成部分,在保證電力系統(tǒng)正常運行中發(fā)揮著重要的作用。然而,目前市場上廣泛運用的開關(guān)設備在長期的實踐工作中呈現(xiàn)出體積大,載流、絕緣、機械事故率高等一系列缺陷,嚴重威脅著供電設備的安全運行以及工作人員的生命質(zhì)量,引起社會的廣泛關(guān)注。一種大電流、小型化、高可靠性、綠色環(huán)保的新型固定式中壓開關(guān)設備亟待開發(fā)。基于此背景,筆者所在研究團隊結(jié)合國家標準GB/T11022-1999《高壓開關(guān)設備和控制設備標準的共同技術(shù)要求》,共同創(chuàng)新設計了一種降低固定式中壓開關(guān)設備溫升的開關(guān)設備結(jié)構(gòu),現(xiàn)報道如下。1設計目的中置式結(jié)構(gòu)開關(guān)設備的主要故障是設備在運行過程中,在長期載流情況下,斷路器手車上、下隔離動觸頭過熱導致溫升值超過標準范圍。當升高熱量超過一定范圍時,會進一步引發(fā)引線過熱現(xiàn)象,發(fā)生絕緣事故,導致設備燒毀故障。而造成該故障的主要原因,一方面是中置式開關(guān)設備中,斷路器為移開式結(jié)構(gòu),接觸不良現(xiàn)象在該結(jié)構(gòu)下手車動靜觸頭滑動連接部位出現(xiàn)較為頻繁,同時動觸頭偏心,引發(fā)斷路器觸頭系統(tǒng)出現(xiàn)較大的接觸電阻,增大了設備的發(fā)熱量,導致溫升值超標;另一方面較大的渦流發(fā)熱,增加了開關(guān)設備的內(nèi)部溫度,導致主回路產(chǎn)生的熱量極難向柜內(nèi)散發(fā);另外,該結(jié)構(gòu)型的開關(guān)設備散熱效率低,不宜在特定的時間內(nèi)將柜內(nèi)的熱量散發(fā)出去。因此,新型開關(guān)設備結(jié)構(gòu)在設計上應克服中置式結(jié)構(gòu)開關(guān)設備的缺陷,達到以下設計目的:(1設備觸頭滑動可靠連接設計(2自然風冷(3加強開關(guān)設備散熱設計(4降低電阻發(fā)熱源設計(5避免渦流發(fā)熱設計(6絕緣設計(7整體結(jié)構(gòu)設計2設計要點及步驟2.1采用固定式結(jié)構(gòu),保證開關(guān)觸頭滑動連接可靠針對中置式開關(guān)設備中手車動靜觸頭滑動連接部位接觸不良的缺陷,本設計采用了固定式連接的開關(guān)設備,從根本上解決了觸頭滑動連接不可靠導致故障的問題。一方面,本設計采用具有永磁操作機構(gòu)的真空斷路器,該操作結(jié)構(gòu)僅有一個運動部件,并且與真空滅弧室直接相連,其特有的機械特性正好匹配于真空斷路器的工作特性。同時,與彈簧結(jié)構(gòu)相比,永磁操作機構(gòu)的零部件大幅度減少,達至70%。這一優(yōu)點有效避免了零件連接零散的問題,大大提高了開關(guān)機械系統(tǒng)運行的可靠性,從而實現(xiàn)免維護運行。另一方面,本設計為滿足固定式開關(guān)設備的性能要求,采用了具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的側(cè)裝式高壓隔離開關(guān)。該隔離開關(guān)具有體積小、可靠性高、承載大電流、獨特的觸頭加緊結(jié)構(gòu)以及能開斷較大短路電流等優(yōu)點,有效減少了觸頭處于長期載流情況下發(fā)生過熱現(xiàn)象而引發(fā)的設備故障。2.2根據(jù)設備性能,估算設備長期載流時溫升長期載流時溫升計算就是估算在開關(guān)設備長期通過額定電流,發(fā)熱過程和散熱達到平衡,溫度達到穩(wěn)定溫度時,開關(guān)設備的溫升值,進而評估其載流能力。在計算過程中,我們將輻射和對流作為導體表面的傳熱方式,將外殼對內(nèi)、對外的熱傳導忽略。同時,本結(jié)構(gòu)在設計中已將渦流發(fā)熱有效避免,因此,臨近效應、介質(zhì)損耗、感應發(fā)熱以及集膚效應忽略不計。在設備相對穩(wěn)定發(fā)熱的運行情況下,導體的熱功率P即為輻射功率Pr、空氣對流散熱功率Pc及通風自然對流熱功率Pv的和,這就是熱平衡方程,即:P=P+P+Pv而已知:本開關(guān)設備外形尺寸:寬1000mm,高2250mm,深1300mm。額定電流3150A,環(huán)境溫度T為20℃,設備輻射率ε為0.072,設備散熱表面積Sc=13.64m2,開關(guān)設備上下自然通風口面積A=0.12m2,吸排氣口的位置差2.4m。根據(jù)常用簡易計算法“設備內(nèi)氣體平均溫升法”進行估算得出當達熱平衡時,該設備內(nèi)溫升在30K以下,滿足溫升要求。2.3針對設備散熱方式,設計設備散熱措施電器產(chǎn)生熱源主要包括電流通過導體產(chǎn)生的電阻損耗、封閉開關(guān)設備鐵磁體內(nèi)產(chǎn)生的渦流、磁滯損耗以及交流開關(guān)設備絕緣體內(nèi)產(chǎn)生介質(zhì)損耗。針對開關(guān)設備的散熱方式,要解決開關(guān)主回路產(chǎn)生的熱量不易散到柜內(nèi)而引發(fā)的設備燒毀故障,本設計主要從抑制發(fā)熱、加強散熱兩方面入手來實現(xiàn)設計的目的。(1降低發(fā)熱,一是本設計中選用了高質(zhì)量低電阻的新型元件作為電器元件,使整個回路電阻減小到最低限度;二是采用不導磁材料進行開關(guān)柜關(guān)鍵部位的組裝,使磁通隔斷,使渦流產(chǎn)生得到有效的避免,進一步解決了渦流發(fā)熱問題。三是本設計中,各零部件布局新穎,特殊隔離開關(guān)的設計、固定方式的有效連接,使主回路通電導體的長度達到最短,接近直線距離,有效降低了主回來電阻,對焦耳熱起到抑制作用,從而有效實現(xiàn)電阻發(fā)熱源的降低。(2加強散熱,一是本設計采用鋁散熱片作為大電流斷路器材料,使散熱面積增大,加強散熱;二是本設計采用電泳無光黑漆對主母線非搭接表面進行處理,增大輻射散熱系數(shù),散熱能力提高8%~12%;三是穿心式互感器穿越電纜室的隔板,穿心式隔離套管穿越與斷路器室的隔板,形成電纜室至斷路器室再至母線室的通風通道,對空間進行了巧妙的利用,形成了有效的對流通道。并滿足了相間及對地絕緣要求。(下轉(zhuǎn)33頁創(chuàng)新技術(shù)的代理能夠推理并作出決定,如設置斷路器,減少負載,重新配置能源來尋求最優(yōu)配置。整數(shù)線性規(guī)劃是一個封閉的優(yōu)化方法,這個方法能夠?qū)崿F(xiàn)資源的優(yōu)化配置。在此次應用中,有一個類似的方法來分配任務給代理,能夠開展具體的行動來糾正電網(wǎng)的錯誤。當任務明確要求合作時,這種模式能夠鑒別優(yōu)化代理資源中可能存在的問題以及他們應該承擔的角色。統(tǒng)計假設檢驗提供了一個歷史悠久的在數(shù)據(jù)豐富的環(huán)境中支持決策的方法。對于每一個確定的電網(wǎng)中的問題,有一套替代假說的方法,每一個問題都能夠被數(shù)據(jù)檢驗來確定證據(jù)是否支持假說的真實性。當一個特定的假說被給定的事實支持時,相關(guān)的糾正措施將被觸發(fā)。許多其他的決策模型可以被包含。例如,考慮貝葉斯信念的網(wǎng)絡,它能夠可靠地對數(shù)據(jù)的不同解釋的可能性進行評估。其他的可能性包括啟發(fā)式搜索,例如分發(fā)樹問題(DTP,最小生成樹(MST,模擬退火法(SIMA和禁忌搜索(TS等技術(shù)。本設計的仿真中,代理在決策模型的使用中是獨立的,允許簡單的替代模型的實驗。還可以進一步改進系統(tǒng),比如增加簡單的呼救功能,需要來自于分布式的能源來幫助系統(tǒng)的平衡。代理接受實時的信息數(shù)據(jù),將有一個基本的知識庫作為規(guī)則來控制決策,并且執(zhí)行在不確定條件下自我恢復的決策。參考文獻[1]Lemon,M.D.,Venkatarajmanan,G.,Chapman,P.UsingMicrogridsasaPathtowardsSmartGrids.2009[2]S.Rahman,M.Pipattanasomporn,Y.Teklu.IntelligentDistributedAutonomousPowerSystems(IDAPS,InProc.2007theIEEEPESAnnualGeneralMeeting,Tampa,Florida.[3]M.Pipattanasomporn.Multi-AgentSystemsinaDistributedSmartGrid:DesignandImplementation,Proc.IEEEPES2009PowerSystemsConferenceandExposition(PSCE’09,2009.[4]T.Nagata,H.Sasaki.AMulti-agentApproachtoPowerSystemRestoration.IEEETransactionsonPowerSystems,2002(17,457-462.因此,該設備實現(xiàn)了固定式中壓開關(guān)設備“自然風冷”的散熱結(jié)構(gòu),攻破了傳統(tǒng)中置柜在該電流等級下需要安裝風機來強迫通風降溫的難關(guān)。2.4絕緣設計本設計遵循消除絕緣事故最經(jīng)濟、實用、可靠的原則,采用空氣作為相間、及相對地絕緣介質(zhì)。在設備內(nèi)的帶電體相間及對地間有足夠的空氣絕緣距離存在,有效避免了絕緣事故的發(fā)生。2.5整體結(jié)構(gòu)設計開關(guān)柜主要由電纜室、斷路器室、母線室、泄壓通道和儀表室5部分組成。本設計中,采用鋼板對各隔室間進行分隔,使局部故障對相鄰隔室正常運行的影響得到有效避免。同時,每個隔室都有獨立的泄壓通道通向柜頂部(見圖1,使工作人員的人身安全得到保證。3結(jié)語作為電網(wǎng)中最重要的設備之一,高壓開關(guān)柜設備必須具備良好的性能才能保證電力系統(tǒng)安全、高效的運行。本方案設計的新型降低固定式中壓開關(guān)設備溫升的結(jié)構(gòu),不僅保證了設備觸頭滑動的可靠連接,有效降低了因動靜觸頭滑動連接部位接觸而不良造成的設備故障問題,同時優(yōu)化了設備散熱設計,防止設備發(fā)熱量過高,導致溫升值超標而造成的設備燒毀事故。另外通過絕緣設計和整體結(jié)構(gòu)設計更加