一种可外置吸附式安装的终端降温装置设计及应用

张仕昌 徐宣 刘锦旭 罗威 罗凯芬

摘要：信息技术赋能电力改革，电力自动化建设水平越来越高，各类电力自动化设备高效运转，带给人们生产生活的诸多便利。但电力设备长期运行，特别是自动化终端等被安置在户外的设备，长期运行时遇到高温天气，设备运作产生大量热量，使箱体温度快速升高。如果温度控制不及时，始终处于高温状态，设备将面临寿命减短、故障频发的挑战。及时给终端设备降温十分必要。本文设计一种可外置吸附式安装的终端降温装置，既能保证降温效果，又能保证降温操作的便利性。本文主要就新型可外置吸附式安装的终端降温装置其设计和应用情况做具体说明。

关键词：电力终端设备；降温装置；半导体制冷；可吸附安装

近几年，电力自动化终端设备降温压力持续增加。既有全球气候变暖导致夏季异常高温天气增多的外因，也有自动化终端设备长期高负荷运行的内因。电力自动化终端设备运行温度过高将导致设备烧毁，影响正常供配电。在驱散热量时，传统做法是采用散热风扇强制散热。但受自动化终端设备内部结构设计限制，传统散热模式难以达到预期的降温效果。聚焦该问题，设计一种使用更方便、降温效果更突出的电力自动化设备降温装置，对于电力设备的高效运转、高温天气的科学应对、电力改革推进具有积极意义。

1 电力自动化终端设备传统降温分析

现阶段，电力行业的配网自动化终端设备主要散热方式有风扇散热、热交换器散热和空调散热。风扇散热通过安装在自动化终端控制箱内部的风扇来让自动化控制箱内部风道实现内外空气的流通，进而实现设备内的热量发散，虽然散热效率较高、重量较轻、运行成本低，但使用寿命较短，易出现故障。使用内置风扇在自动化终端散热系统故障时临时开启，风量大，但气流方向杂乱，不适合构建箱内风道，也因此会影响内部各模块的散热，越接近风扇中心风力就越弱，轴承部位是盲区，没办法将散热效率最大化，加上由于部分空气会被反弹，风扇还要抵消这部分反弹回来的空气的冲击，所以散热能力被进一步削弱。此外，风扇无法解决凝露问题，可能导致控制箱体内部的各电力模块装置表面以及出现凝露水珠，影响设备稳定运行。热交换器散方式通过安装在配网自动化终端设备内的热交换器实现柜内外的热量传导，其结构复杂得多，稳定性不足；空调散热的方式是通过在自动化终端设备上安装空调来实现散热，其优点是可将内部和外部环境完全隔绝，但是制冷后的残留液体需要破环原有终端控制箱的整体密封结构进行排出，在寿命周期内出现故障的可能性较高，且维修较难。基于上述散热方式的缺陷，研究设计一种可外置吸附式安装的终端降温装置，一方面阻止太阳暴晒造成箱体温度升高，另一方面降低箱体内部温度，从而达到降温的目的具有现实紧迫性。新型可外置吸附式安装的终端降温装置致力于降低自动化开关控制终端内设备部件的老化速度和电子装置故障率、有效提升自动化装置的运行稳定性；同时可整体吸附式安装，便于后期加装，能减少设备安全隐患的同时，为电力公司节省运营维护人工及设备成本，提升经济效益。

2 可外置吸附式安装的终端降温装置构成及工作原理

可外置吸附式安装的终端降温装置主要由散热器、铝金属盒、空心金属盒等构成。由散热器并联平敷在铝金属盒（内部充满液体）上，铝金属盒与空心金属管与散热器（中空并内置液体）相连，散热器背面与散热风扇连接进行散热降温。外观构成图见图1。

图1 可外置吸附式安装的终端降温装置构成

其工作原理为：可外置吸附式安装的终端降温装置的温度监控装置放置在配网自动化控制终端的控制箱内，一旦控制箱的温度超过设定的温度阈值，例如60℃，吸附在终端控制箱的终端降温开始工作，半导体散热器的制冷面将冷气通过自动化终端控制箱箱体外部金属，利用金属的冷度传导属性间接传输到终端控制箱的内部，从而达到将整个终端控制箱进行降温。而半导体散热器的散热面将热量传导至铝金属盒，铝金属盒、两条空心金属管、散热器内部有液体并能通过水泵实现水循环，并将热量通过散热器及散热风扇散发至大气中，一旦终端控制箱温度低于60℃，终端降温装置关闭半导体制冷系统，起到智能管理和节约电能的双重目的。整个降温装置的安装通过强磁吸铁石在金属箱体背部进行吸附，此安装方法不需另外开孔，不需改变原有配网自动化控制箱体内部结构及接线，实现插件式安装便可即可实现对自动化终端箱体的降温，为智能终端柜内的智能终端设备提供实时的、稳定的、持续的制冷保护，减轻运维人员的工作负担。

3 可外置吸附式安装的终端降温装置功能优势

3.1 实现智能快速调温控温

可外置吸附式安装的终端降温装置主动根据箱体内的温度自动开启或关闭半导体制冷系统，起到智能管理和节约电能的双重目的。半导体材料在电流通过时会产生热量。通过控制电流的通入和排除，可以使半导体材料的一侧吸热，另一侧放热，从而形成冷热差异。多个半导体材料相互串联，形成一个热电偶。其中，一侧的半导体材料吸热，将冷却空间中的热量吸收；另一侧的半导体材料放热，将热量散发至外部环境。半导体散热装置通过内部的制冷模块来实现制冷效果。制冷模块通常由多个热电偶组成，其中一个热电偶用于制冷，另一个热电偶用于加热。通过调节电流的方向和大小，可以实现制冷或加热的目的。半导体制冷的优点是显而易见的。首先，它具有高效性能。传统的压缩机制冷方式存在能量浪费的问题，而半导体制冷能够更准确地控制温度，提高能源利用率。其次，半导体制冷无需使用制冷剂，避免了对环境的污染。最后，半导体制冷设备体积小、噪音低，非常适合应用比较苛刻的使用环境。以半导体制冷为原理的可外置吸附式安装的终端降温装置降温效果好，使用方便，应在全网大范围内推广使用。

3.2 太阳能吸附式制冷

近年来世界面临着环境污染和能源危机两大问题，太阳能吸附式制冷提供了一条既可减轻废热排放对环境的污染，又能节约燃料和电力、回收大量工业废热的新途径。另外，太阳能吸附式制冷不采用氯氟烃制冷剂，是一种环境友好的制冷方式。可外置吸附式安装的终端降温装置利用太阳辐射将热能转化成冷能换热储冰，使得储冰槽蓄积大量的冰，为提高太阳能制冷效率，特在储冰槽中设置制冷排管与空调器连通，这样蓄积在冰中的冷量就能传递给空调器，空调器再将冷量送出达到降温的目的；当储冰槽中的冷量与空气进行热交换后，储冰槽的温度升高；这样往复循环，使得储冰槽中的冷量不断供给空调器使用，同时储冰槽中冰的冷量不断排出，从而保证太阳能制冷在吸附阶段吸附速率提高，制冷效率提高。

3.3 强磁吸铁石快速吸附安装

可外置吸附式安装的终端降温装置设计了强磁吸铁石，可以快速吸附安装，操作方便，优势突出。一是吸附高效稳定：强磁吸铁石可以快速产生吸力，将散热装置牢固地固定在终端控制箱外部。它能够提供高度稳定的夹持力，确保散热装置在安装使用过程中不会移动或变形。二是适应性强。强磁吸铁石可以根据被吸附终端箱体的形状和材质进行调整和更换，具有较强的适应性。无论是平坦的自动化终端设备还是曲面、异形的电力自动化终端设备，强磁吸铁石都能够有效地进行吸附，实现精确的定位和固定。三是无损处理。强磁吸铁石通过强磁力吸附电力自动化终端设备，与传统的夹持方式相比，不需要使用夹具或夹具，因此能够避免对电力自动化终端设备表面造成损伤，确保散热装置安装及运行过程中的电力自动化终端设备完整性。四是灵活多样。强磁吸铁石可以根据不同的工件形状和尺寸进行定制设计，具有较强的灵活性。五是强磁铁硬度高，不易碎。强磁铁添加了稀有元素的密度,使磁铁比普通磁铁硬得多。使用过程中不可避免的碰撞不会影响磁铁的完整性。强大的磁力、稳定的抗性、耐温的合适、无差错的精度等使得强磁吸铁石的吸附效果更突出。

4 可外置吸附式安装的终端降温装置应用实例

2023年8月，某市由于天气持续高温，当地某些10kV自动化配电终端控制箱等均出现超高温度的强度下，重负荷运行的情况，户外终端控制箱的温度普遍超过65℃，最高峰时接近80℃，导致终端控制箱的通信模块、电源模块、终端主板等多次出现卡死、掉线的情况出现，供电单位通过采取人工冲洗、喷涂防嗮漆等方式降温，耗费大量人力物力，降温效果不够理想。为确保电力设备安全稳定运行，保障居民可靠用电，通过结合添加箱体内部增加散热风扇、箱体表面添加隔热膜等多种手段，特别是引入可外置吸附式安装的终端降温装置，针对性解决户外配网自动化控制终端箱体的降温问题，提升辅助降温能力。重点在运行温度较高的终端控制箱进行开展对比试验。装置降温效果极佳，持续降温效果在12～15℃，使控制下箱符合运行规程要求。此外，可外置吸附式安装的终端降温装置自动识别箱体内部温度情况，超过设定阈值60℃，系统就能自动开始降温模式，在10分钟内让终端控制箱降低5℃以上，比传统的人工辅助降温效率提高了2－3倍，20分钟完成降低温度12～15℃，并能持续恒温，效果明显稳定。

5 结语

电力自动化终端设备运行稳定性对供电可靠性有直接影响。如果电力自动化终端设备长期处于高温环境中，内部设备会处于急速老化状态，设备寿命减损，故障频出。常规的强制风冷、油冷却、水冷却、液氮冷却降温效果持续不理想的情况下，可引入可外置吸附式安装的终端降温装置。其能主动根据箱体内的温度自动开启或关闭半导体制冷系统，起到智能管理和节约电能的双重目的。采用太阳能以及内置锂电池供电，环保、节能，供电方式得到持续保证。不在箱体内部取电，通过强磁吸铁石进行降温装置吸附安装。安装不需另外开孔，不需改变自动化终端箱体内部结构及接线，实现插件式安装，因此安装成本更可控。基于上述应用优势，可外置吸附式安装的终端降温装置理应得到推广使用。

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基金项目或课题：广东电网有限责任公司职工创新项目资助（项目名称：一种可外置吸附式安装的终端降温装置，项目编码：031400KZ23070027）