开关柜是配电系统的重要组成部分,随着人们对环境保护关注度的升高,在电力行业替代SF6气体使用已成为趋势。由于环保型开关柜相较于SF6气体绝缘开关柜温升更加严酷,对电气设备影响更加严重。目前,常用方法为温升试验与仿真匹配后通过控制变量法改变单因素尝试降低温升。由于开关柜模型复杂,影响因素甚多,而多变量降低温升的方案工作量大,因此本文通过对开关柜内典型的热学模型进行建模分析,使用DOE(Design of Experimental)试验设计配合研究,减少仿真次数,探寻因素影响显著性;并通过有限元分析法对12kV环保型气体绝缘开关柜采用DOE试验设计方案进行温度气流场数值计算与分析,得出因素对温升的影响。具体研究内容从以下几个方面:1、基于开关柜内发热与散热原理,以传热学基础理论为依托,采用热点类比理论对简单模型传热过程分析,建立开关柜内典型的单相与三相稳态热路分析模型;通过对模型里面一些参数进行控制变量法的热阻计算,在满足开关柜工程实际的基础上,得出参数与热阻在取值范围内影响效应趋势,为后续进行DOE试验设计提供研究思路。2、采用以概率论与数理统计为理论基础的方法论,对DOE方法用于开关柜试验设计先进行理论计算与软件仿真实现,再对简单模型的原始仿真与DOE试验设计方案进行对比验证,得出DOE用于开关柜试验设计的可行性与优越性;建立断路器室内简单数值计算模型,运用DOE进行敏感性分析的特点,对热路模型下提取出的某些参数进行敏感性分析试验设计仿真,得出可靠的显著性影响因素。3、基于热传导微分、流体运动控制以及辐射换热方程,对12kV环保型气体绝缘开关柜采用有限元方法进行电磁场-温度场-气流场耦合数值计算与分析;通过温升实验对数值计算匹配校准,采用校准后模型进行仿真分析研究,通过对比密闭气室通入SF6气体与干燥空气条件下的温度场和气流场分布结果可知整体温升差10-14K左右。4、基于上述温升差距,结合热路建模下的参数研究与DOE下敏感性分析的优势,对单因素中的运动粘度参数进行优化分析温升有下降5K左右;而后进行多因素仿真DOE试验设计散热优化分析,通过对流动和热参数、结构与状态参数进行优化分析,既对比验证了运动粘度、结构厚度对温升影响的显著性,又为工程实际干燥空气条件下寻找混合气体改善运动粘度接近SF6气体下条件和三工位热点温升散热优化提供依据。