姚欣烈

摘要：网络交换机属于变电站中的自动化设备，每时每刻都需要处理大量实时的运行数据。当室内温度无法得到有效控制时，使得屏柜内温度急剧上升，威胁自动化设备的运行安全。本文通过职工创新项目的实践，研究半导体制冷技术解决变电站自动化设备实际运行过程中发热带来的影响，降低屏柜内温度，从而解决自动化设备因运行温度过高导致死机、甚至损坏的问题。

1、半导体制冷技术

1.1、工作原理

半导体制冷器件的工作原理是基于珀耳帖原理，即利用当两种不同的导体A和B组成的电路且通有直流电时，在接头处除焦耳热以外还会释放出某种其它的热量，而另一个接头处则吸收热量，且珀耳帖效应所引起的这种现象是可逆的，改变电流方向时，放热和吸热的接头也随之改变，吸收和放出的热量与电流强度成正比，且与两种导体的性质及热端的温度有关。

1.2、半导体制冷技术的优缺点

半导体制冷器的尺寸小，可以制成体积不到1cm3小的制冷器；重量轻，微型制冷器往往能够小到只有几克或几十克。无机械传动部分，工作中无噪音，无液、气工作介质，因而不污染环境，制冷参数不受空间方向以及重力影响，在大的机械过载条件下，均能够正常地工作。而且作用速度快，使用寿命长，且易于控制。

半导体制冷片正常工作时，冷端制冷的同时需要在热端进行有效的散热，需要散去的热量包含珀耳帖效应释放的热量和制冷片本身的焦耳热。这个热量远比冷端的吸热量大。所以导致半导体制冷片的效率较低。而且，对半导体制冷片热端的散热一般要采用主动散热。

因此，半导体制冷技术较适合应用于封闭的小型空间的冷却。

2、方案确立

冷却装置必须可以安装在自动化设备屏柜内部。因此，设计、组装出来的整个装置尺寸应合适，如果太小，则冷却效果不明显；太大，则无法安装在屏柜内部。经过在网上查阅有关半导体制冷技术的相关资料后，制定了设计、组装方案：将多片半导体制冷片拼在一起，使其制冷面积增大，同时散热端使用尺寸较大的散热器和散热风扇，以确保其散热性能良好。冷却端使用比散热端尺寸小点的散热器和风扇，使其能保持适合温度，避免出现温度过低或者冷却效率低。

3、现场安装试验

根据日常变电站自动化设备的运维经验，及多个变电站进行现场勘查，发现自动化设备屏柜内的热量主要集中在柜内顶部，而柜内底部的温度基本与室内温度相当。甚至在某些变电站，由于屏柜底部的电缆沟空间较大且密封严实，能起到很好的保温效果，使得在屏柜内底部测得的温度比变电站二次设备间的温度要更低。

针对现场勘查所得的情况，采用1个直流电源模块同时带2台半导体冷却装置的运行方式，将冷却装置安装在交换机柜内顶部，将电源模块放置在屏柜底部。使用适当数量和长度的角钢在柜内顶部搭建一个支架，将冷却装置固定在支架上。利用冷、热空气相互对流的原理，使冷却端产生的冷空气往柜内底部流动，热空气向上升并通过顶部散热孔排出屏柜，从而使屏柜内温度整体下降，达到为柜内自动化设备降温的目的。

4、运行情况分析

为了尽可能的获得自动化设备屏柜内部的各个部位的温、湿度，分别在屏柜内的上部、中部和下部分别放置了温、湿度计。另外在屏柜外也放了一个，以获取屏柜外部的环境温度。并在冷却装置安装完成后未投入运行前，先进性了温度抄录。

由于一天当中的各个时段温度不同，会影响屏柜外部的环境温度，进而影响到屏柜的内部温度，尤其屏柜内上部的温度。因此，在记录温度时尽可能的选择在每一天的同个时段进行，以尽可能的减少外部温度变化带来的影响。

通过图1可看出，在冷却装置投入使用后，屏柜内中、上部的温度有一个明显的下降趋势，尤其是顶部的温度，前后温差高达15X2。冷却效果较为明显。而底部温度仍与冷却装置运行前情况基本相同，与屏柜外部环境温度大致相持。

证明冷却装置运行所取得的效果与项目预期效果相同。

5、结语

通过本次对半导体制冷技术在变电站自动化设备的应用研究，发现其可解决用于变电站自动化设备屏柜内部的设备因运行温度过高导致的死机、故障、甚至整个装置失效等重大、紧急缺陷。严重影响电网安全和供电可靠性。

另外，二次設备的长时间高温环境运行也容易导致其生命周期降低，增加相应的运维成本。该半导体冷却装置主要有以下3个优点：

（1）安装方便，可灵活运用；

（2）几乎可免后期维护，由于该装置安装在屏柜内，与外界环境相对隔绝，散热器和风扇不会因为灰尘积攒导致制冷效率下降；

（3）运行成本低，单台冷却设备功率为240W，而且可针对温度变化使用温控器件控制其运行或停运，运行方式灵活。