密閉型智能匯控柜散熱仿真分析

宋興華 謝春洋 殷帥兵

摘 要：為避免避免柜內凝露及進塵問題，開發了密封型智能匯控柜可以。通過CFD軟件對智能匯控柜進行建模并仿真，得到了智能匯控柜內溫度場及流體軌跡。結果表明：密閉型柜體可以滿足在環境溫度為45℃情況下柜內溫度控制的要求，柜內溫升處于合理區間，對工程應用給出了指導意見。

關鍵詞：智能匯控柜;仿真;溫度場;流體軌跡

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）19-0062-02

1 概況

智能GIS匯控柜是智能變電站的重要組成部分，能夠實現變電站內智能GIS設備間信息共享和操作。智能匯控柜內設智能控制裝置，如開關模塊、模擬模塊、信號模塊、操作模塊等[1，2]。可以實現對GIS設備的位置信號采集和監視、模擬量信號采集與顯示、遠方/就地控制、信號操作事件記錄與上傳、諧波分析、在線監測等功能。舊式匯控柜采用呼吸器通風散熱結構對柜內溫度進行調節，但會出現凝露、風沙問題嚴重等情況[3，4]，但如果采用空調進行降溫會增加成本和整體的不可靠性，因此我司在保證柜內裝置安全可靠的前提下，通過優化設計降低了單位面積的功耗，提出采用非空調方案進行溫度控制的方案。本文對采用自然散熱和全密閉柜體進行了仿真分析，得出了兩種方案的溫度場及流體軌跡，肯定了全密封方案的效果。

2 試驗背景

2.1 柜體概況

匯控柜根據柜內功能和模塊不同，采用不同柜型和排布方式，但柜內發熱量主要集中在就地化模塊裝置上，本次仿真型號為110kv匯控柜和間隔匯控柜。柜體邊框采用雙層結構，主要材質為不銹鋼。中間填充阻燃保溫材料，傳熱系數約0.04w/m2·k。柜體表面無開孔，無溫控附件，柜體防護等級可達到IP55。匯控柜類型及尺寸表如表1所示。

2.2 仿真條件

仿真條件設置如下：

（1）環境溫度：戶外環境為45℃。（2）太陽輻射：按照上海地區，夏至日下午3點鐘光照強度設置。光照強度約為：967w/m2。（3）柜內各模塊發熱量及尺寸如表2所示。

3 仿真結果分析

3.1 110KV匯控柜仿真分析

圖1為110kv匯控柜仿真分析結果。圖1（a）為柜內模塊排布示意圖，柜內模塊采用雙排分布，柜內其余部分為端子排、走線槽等，由于發熱量較小，因此在柜內未體現。

圖1（b）為柜內流體軌跡圖，顯示為熱空氣上升，冷空氣下降的趨勢。由于柜體無通風孔，因此柜內空氣與柜外環境無空氣交換，柜內空氣在溫度影響下實現流動。

圖1（c）為距前門0.2m處溫度分布截面圖，柜頂溫度約為60℃，柜子中部溫度約為57℃，柜子底部約為53.5℃。圖1（d）為距前門0.6m處溫度分布截面圖，柜頂溫度約為62～65℃，柜子中部溫度約為57℃，柜子底部約為53℃。可以看出由于熱空氣上升，柜內溫度呈現上熱下冷的現象，且越靠近發熱模塊的截面，平均溫度越高。

3.2 間隔匯控柜

圖2為間隔匯控柜仿真分析結果。圖2（a）為各模塊發熱量設置及分布，間隔匯控柜內智能模塊較少，排布較為均衡。圖2（b）為柜內流體軌跡圖，顯示為熱空氣上升，冷空氣下降的趨勢。通風情況與110kv匯控柜相同。

圖2（c）和圖2（d）分別為距前門0.2m、0.4m處溫度分布截面圖，柜頂溫度約為51.3℃，柜子中部溫度約為49.5℃，柜子底部約為47.4℃。可以看出由于熱空氣上升，柜內溫度呈現上熱下冷的現象，由于間隔匯控柜內發熱量較小，柜體尺寸也較小，因此不同截面溫度差異較小。

圖2（e）為柜內流體軌跡圖，顯示為熱空氣上升，冷空氣下降的趨勢。通風問題與110kv匯控柜相同。

4 結語

（1）110kv匯控柜柜頂溫度約為62～65℃，柜子中部溫度約為57℃，柜子底部約為53℃。（2）間隔匯控柜柜頂溫度約為51.3℃，柜子中部溫度約為49.5℃，柜子底部約為47.4℃。（3）通過柜內控制模塊優化設計，降低功耗，全密閉型智能匯控柜完全可以滿足日常使用中的散熱需求。

參考文獻

[1] 須雷，黃俊，趙希才.GIS智能化匯控柜在水電站中的應用[J].西北水電，2012（4）：66-69.

[2] 王家軍.數字化變電站室外匯控柜溫控方案探討[J].貴州電力技術，2014，17（4）：46-49.

[3] 杜崇杰，范慶池.500kV HGIS匯控柜凝露原因分析及改進措施[J].河北電力技術，2009，28（6）：6-7.

[4] 方勇，祁文治，翟羽佳，等.330kV變電站匯控柜防塵防沙關鍵技術研究[J].河南科技，2018（1）：50-53.