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西安西電高壓開關(guān)操動機構(gòu)有限責任公司、西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室的研究人員牛信強、黃婷、閆嬙、席雷、楊政衡，在2022年第7期《電氣技術(shù)》上撰文，針對操動機構(gòu)加熱器參數(shù)設(shè)計的問題，開展高壓斷路器用彈簧操動機構(gòu)加熱器的溫濕度數(shù)值仿真研究，分析環(huán)境溫度、功率、尺寸等參數(shù)對機構(gòu)箱內(nèi)溫度分布的影響規(guī)律。

結(jié)果表明：加熱器周圍及正上方的空氣溫度最高、相對濕度最低，隨著空氣的橫向流動，空氣溫度逐漸降低、相對濕度有所升高；環(huán)境溫度和加熱器的功率對操動機構(gòu)箱體內(nèi)的最低溫度、最大相對濕度及加熱器表面最高溫度的影響非常顯著；加熱器尺寸對操動機構(gòu)箱體內(nèi)的最低溫度和最大相對濕度的影響很小，但對加熱器表面最高溫度的影響比較顯著。

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，操動機構(gòu)是高壓斷路器的核心元件之一，其可靠性直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。環(huán)境溫度是影響操動機構(gòu)可靠性的關(guān)鍵因素之一。當環(huán)境溫度極低時，操動機構(gòu)的輸出特性會發(fā)生較大的變化，進而影響高壓斷路器、開關(guān)等的分合閘時間、速度等。我國地域遼闊，氣候差異巨大，北方嚴寒地區(qū)冬季環(huán)境溫度可降到-40℃以下，溫度對操動機構(gòu)的影響更加突出，這對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行提出了更高的要求。

目前，國內(nèi)外學者已就高壓開關(guān)的設(shè)計問題展開了大量的研究，研究對象主要為高壓斷路器滅弧室、操動機構(gòu)等；研究主題主要包括電壓特性、開斷特性、開斷電流、建模與仿真、可靠性分析及處理、低溫環(huán)境應(yīng)對措施等。

然而，結(jié)合操動機構(gòu)加熱器參數(shù)設(shè)計和環(huán)境溫度影響的研究還非常少。有研究文獻對多種典型操動機構(gòu)在低溫環(huán)境下的故障問題進行了分析，并提出了一些應(yīng)對措施。然而，幾乎還沒有文獻對操動機構(gòu)加熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計開展詳細研究。

鑒于此，西安西電高壓開關(guān)操動機構(gòu)有限責任公司等單位的研究人員開展高壓斷路器用彈簧操動機構(gòu)加熱系統(tǒng)的溫濕度數(shù)值仿真研究。他們以某型彈簧操動機構(gòu)為研究對象，采用數(shù)值方法對不同環(huán)境溫度時操動機構(gòu)機箱內(nèi)的溫濕度分布狀況進行仿真，分析加熱器環(huán)境溫度、功率、尺寸等參數(shù)對機箱內(nèi)溫度分布的影響規(guī)律，為操動機構(gòu)加熱器的設(shè)計提供計算依據(jù)。

圖1 彈簧機構(gòu)的物理模型

研究人員發(fā)現(xiàn)，加熱器周圍及正上方的空氣溫度最高、相對濕度最低，隨后隨著空氣橫向的流動，空氣溫度逐漸降低、相對濕度有所升高。另外，環(huán)境溫度和加熱器的加熱功率對操動機構(gòu)箱體內(nèi)的最低溫度、最大相對濕度及加熱器表面最高溫度的影響非常顯著。當環(huán)境溫度從-40℃到40℃增大時，加熱器表面的最高溫度增長了3.03倍。當加熱功率從10W增大到150W，箱體內(nèi)最低溫度增長了41.44%，最大相對濕度下降了58.57%，加熱器表面的最高溫度增長了2.68倍。

他們指出，在研究范圍內(nèi)，加熱器尺寸的變化只對箱體內(nèi)最低溫度和最大相對濕度帶來小于5%的變化；加熱器長度、寬度及高度的增大使加熱器表面的最高溫度分別降低35.05%、29.47%和16.08%。加熱器尺寸對于操動機構(gòu)箱體內(nèi)的最低溫度和最大相對濕度的影響很小，但對于加熱器表面最高溫度的影響比較顯著，因此需要進一步通過改變加熱器尺寸來進行加熱器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。

本文編自2022年第7期《電氣技術(shù)》，論文標題為“加熱器參數(shù)對操動機構(gòu)箱內(nèi)溫濕度影響的數(shù)值研究”，作者為牛信強、黃婷 等。