大电流开关柜触头热管散热关键技术研究

发布时间：2017-12-07 23:06

  本文关键词：大电流开关柜触头热管散热关键技术研究

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【摘要】：当前,世界经济发展和人民生活对能源安全可靠供给更加依赖,一国的能源供应水平往往决定了国家经济的发展水平和人民生活改善程度,因此,各国都在努力维护自身能源安全,提高能源供给质量和系统效率。大电流开关柜是常见的输电设备,经常用于贵重工业设备保护和居民电力输送。改革开放以来,中国经济经过了30多年的高速发展,市场对开关柜的数量和性能都提出了更高的要求。当前单台开关柜容量增大,致使部件产热功率随之增大；同时,配电设备进入厂矿企业,甚至高层建筑,设备安装的空间越来越小,导致开关柜散热不良。作为开关柜的核心部件的静触头,由于安装在触头盒内,空间狭小,气流对流不畅,常常发生过热、剧烈氧化和烧融故障。尤其是在炎热的夏季,居民生活用电峰值和工业用电峰值相互叠加,触头温度可达上百摄氏度,超出国家行业标准中温升不能超过65K的要求,给电网的安全运行和人民生活带来了恶劣的影响,不得不降低容量来保证关键零部件温升不超过国标温升上限,但造成电网维护成本大量增加。热管具有导热性能好、结构简单、工作可靠、温度均匀等特点。课题将高效热管技术应用于KYN44A-12型开关柜静触头散热问题。并设计热管换热器,安装在6个静触头处辅助静触头散热,防止开关柜触头过热引起的烧熔、爆炸等热故障甚至事故。课题的主要工作有：分析开关柜散热和热管技术发展现状,论证控制开关柜温升及提升开关柜电流通过水平的重大经济利益和社会利益;建立大电流开关柜的有限元模型,研究了柜内气流组织分布；结合热管设计理论和研究对象工作特点,确定散热方案,并进行热管集中散热装置设计；最后委托权威第三方检测认证机构对开发的样机进行温升试验,且根据试验结果对热管换热器安装方式、触头盒、柜体结构进行改进。结果表明：1.相比较换热器Ⅱ,换热器Ⅲ虽然不需要移动电缆室铜排,但增加了一对过流端面,造成附加产热增加,因此电缆室应该使用换热器Ⅱ；2.母线室换热器Ⅰ装在静触头和铜排之间,同样造成附加产热增加,当把换热器Ⅰ安装在靠经静触头的铜排上时,虽然不增加过流端面,但试验效果不佳,最后当把换热器Ⅰ改进为包箍在静触头上的安装方式,并结合有风道的触头盒和改善柜体结构后,试验结果温升降幅高达30K,散热效果良好；3.改进柜体结构、采用有风道的触头盒、安装热管换热器并优化其安装方式任何单一途径均不能实现大电流开关柜无风机时高效自冷及控制部件温升的目的,只有集合使用这些方法才能实现这个目标。当电流通过水平高达4000A时,本项目开发的样机依然能够实现高效自冷。相比较目前大电流开关柜采用多台引风机强制对流换热、加宽柜体和采用横截面积更大的铜排效果更佳,柜内空气较为洁净,部件表面积尘积垢少。突破了现有开关柜运行中存在部件温升“电流红限”的瓶颈,能够高效利用开关柜设计容量,同时有效降低了开关柜热故障率。最重要的是该方案改造简单,成本低廉,适合大范围推广。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM591

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