城網(wǎng)歐式箱變通風散熱結構的改進研究與應用

0引言：

10KV戶外歐式箱式變因其具有結構緊湊、體積小、布置簡單、安裝方便、外形美觀，易與城市環(huán)境協(xié)調一致等特點，在住宅小區(qū)、城市公用變、繁華鬧市、施工電源等方面得到了普遍的推廣和使用。大量的運行實踐證明，現(xiàn)城網(wǎng)已投入運行的大部分歐式箱變設備在夏季高溫高峰負荷時段內，因設備過熱被迫停電的現(xiàn)象尤為突出。時常導致頻繁的檢修停電，影響了城市居民生活的幸福指數(shù)和供電企業(yè)的形象及服務質量。據(jù)對淅川縣城已運行的 10臺歐式箱變運行情況調查統(tǒng)計;箱變故障 22次，由于夏季變壓器運行溫度過高造成的保護動作停電故障18 次，占總故障率的82%。低壓室電器接頭故障4次，占總故障率的18%。為此，積極研究探討與改進箱變內變配電設備的散熱通風裝置，對降低箱變的故障率和提高供電可靠性有著積極的意義。筆者借此拋磚引玉，并祈請識者匡正。

1.變壓器室溫高的原因分析：

采用自然通風散熱和外加輔助軸流風機強制排風是箱變運行中降低箱體內部熱量的主要手段，但據(jù)大量工程應用實例表明，上述兩種綜合方式其散熱效果均不理想。經對我縣城區(qū)所安裝的數(shù)臺箱變的現(xiàn)場勘查與技術分析，我們認為最主要原因是：

1.1 設備安裝運行地點環(huán)境工況較差：

供電部門根據(jù)街道、居民小區(qū)等單位的用電負荷情況，在前期規(guī)劃確定箱變設備安裝位置時，因客觀條件的限制，往往是只考慮施工和運行檢修維護方便，而將箱變安裝在街道旁邊或水泥硬化的場地。忽略了箱變安裝的最佳位置，致使

空氣對流不暢，時常造成午后箱變在較大負荷的情況下，因太陽輻射造成地面和周圍環(huán)境空氣溫度的增高，促使箱變箱體內部空間溫度升高。

1.2 箱體安裝的風機排風量與變壓器室在夏季高溫高峰負荷時所散發(fā)的熱

熱量不匹配：

國產歐式箱變在設計時，一般是按自然通風為主要方式來進行散熱的，變壓器室頂部所安裝的民用小排量排風機(功率約22瓦，最大風量125m3/h)只起輔助散熱作用。其排風量是根據(jù)夏季最熱月的平均溫度來考慮計算選取的(如河南大部分地區(qū)夏季最熱月7月平均溫度為27.3℃，變壓器允許環(huán)境溫度為45℃)。則計算時是按夏季最熱月平均溫度30℃、變壓器室內外的溫差15℃來選擇計算。未考慮箱變使用所在地夏季最熱月14時常易出現(xiàn)最高環(huán)境溫度35—38℃的情況，此時實際溫差約7—10℃。因計算取值的錯誤，導致計算時所取溫差數(shù)值過大，造成所選擇的風機排風量過小。由于夏季環(huán)境溫度較高和民用空調的大量使用，此時段配電變壓器是在接近滿負荷狀態(tài)下運行，變壓器本身消耗的電能(銅損和鐵損之和)是以熱量的表征形式散發(fā)在變壓器室內的空氣中，源源不斷地對變壓器室內的空氣進行加熱。因配變室頂部和底部所安裝的小排量風機不能將室內郁積的熱量迅速排出，使箱體內外的空氣沒有大量進行有效交換，造成熱量在變壓器室內大量聚集，引起箱變箱體內環(huán)境溫度不斷升高，形成惡性循環(huán)，最終將導致配電變壓器溫升超過運行極限，引起變壓器溫度保護動作，跳開高壓側斷路器或低壓總斷路器，造成供電可靠性降低。

1.3 箱變的進、出風口面積過小及設計安裝位置不合理：

1.3.1有些設備生產制造的廠家圖省事。參照歐式箱變實物進行仿制，對不同容量的箱變未做深入的技術分析和研究，只考慮如何降低生產成本，大多情況下，把小容量箱變的通風散熱結構的技術參數(shù)，在未進行正確驗算修正的情況下，就套用到較大容量的箱變上(如將315KVA箱變通風散熱技術參數(shù)用到400—500KVA的箱變)。同時，還未充分考慮歐洲和亞洲所處緯度不同所帶來的夏季最熱月環(huán)境氣候的溫度差異，導致所生產的產品散熱結構不太適應中國中南部地區(qū)夏季的環(huán)境溫度條件，而使箱變在夏季最熱月的時段內，因嚴重發(fā)熱造成供電不正常。

1.3.2進風口百葉窗裝設位置過高。百葉窗中心線距地面(含箱變基礎露出

地面部分)約1650毫米左右，進、出風口空間距離較近，造成氣流短路。同時因進、排風口面積較小，較小的進、排風口面積。必將影響進風量和排風量的冷、熱交換效果。尤其是排氣扇運轉工作時從百葉窗吸入的氣流是經過變壓器箱蓋的上部空間排出，也即繞過了變壓器整個箱體部分，致使氣流不能有效地對準變壓器熱量集中的箱體中上部，很大程度上降低了散熱性能。特別是有的廠家箱變產品，在變壓器室的底部和頂部，各設置一臺排風扇，出廠安裝接線和竣工驗收時稍不注意，即有可能把排風扇的轉向接反，造成上下兩臺排風扇同時向外排風或向內排風。再加上進、出風口面積的過小而使散熱效果大大打了折扣。

1.4 低壓室無強制通風措施：低壓室采用的是空氣自然循環(huán)的方式進行散熱，在大負荷的情況下，時常造成補償電容器組以及母線導體接頭處嚴重發(fā)熱，導致頻繁的停電檢修或元器件更換。

2.研究改進措施：

研究改進應達到的目標。根據(jù)農網(wǎng)10KV常用歐式箱變在夏季高溫高峰負荷的時段內，變壓器在變壓器室室內所散發(fā)的熱量，當原自然通風和機械通風不能滿足安全運行要求時，應在箱體頂部，經過一定計算，適當擴大進出風窗面積，并增設合適的數(shù)量以及排風量的軸流風機進行強制排風，使配變室內保持一定的負壓，迫使外部較涼的空氣進入。達到強制氣流交換作用的目的。改進后，不僅需滿足箱變設備在夏季高溫高峰負荷時段內安全可靠供電的要求，還需滿足周邊環(huán)境對噪聲的要求，把運行噪聲值控制在規(guī)定的范圍內。

2.1.箱變通風散熱的計算(以常用S11—315KVA箱變?yōu)槔?

2.1.1變壓器總功率損耗的計算：

配電變壓器計算參數(shù)：為計算方便，變壓器在最熱月14時按滿載運行。查銘牌技術參數(shù)，其短路損耗4.043KW;空載損耗0.515KW。

2.1.2配變室內變壓器發(fā)熱量的計算：

變壓器的總功率損耗：根據(jù) PΣ=Pμl+pi0 (1)

PΣ=0.515+4.043=4.558KW=4558W

式中 PΣ—變壓器總功率損耗，W;

Pμl—變壓器空載功率損耗，W;

Pi0—變壓器負載率損耗，W。

根據(jù)式 ΔQ=860×PΣ (2)

則ΔQ=860×4.558=3919(千卡/時)

式中 ΔQ—變壓器散熱量,(千卡/時);

860—每1千瓦功率換算成的大卡值/時;

PΣ—變壓器總功率損耗。(KW);

2.1.3變壓器室排風量的計算：

機械通風的換氣量通過熱平衡計算求得。計算換氣量時，變壓器室內的計算溫度可采用下列數(shù)值：箱變室內按油浸式變壓器允許環(huán)境溫度tex 45 0C;溫升950C;室外溫度按河南省大部分地區(qū)最熱月7月平均溫度tin 27.3 0C 。由此可知平均溫度tav=0.5×(tin+tex)=0.5×(27.3+45)=36.15 0C。為保證夏季最熱月7月14時易出現(xiàn)的炎熱環(huán)境時箱變內變壓器不出現(xiàn)因過熱造成被迫停電，這里按14時環(huán)境溫度37 0C計算。所需風機排風量為：

式中 L—變壓器室需要的通風量，m3/h;

PΣ—變壓器總功率損耗，W;

C—空氣比熱容，取C=1.013KJ/Kg 0C;

ρav—進、排風平均密度，Kg/ m3;這里按河南省豫大部分地區(qū)夏季最熱月14時平均相對濕度45%，環(huán)境溫度37 0C，大氣壓力99.17KPa時空氣密度為1.099 Kg/ m3考慮;

Δt—進、排風溫度差0C，Δτ=tp — tj;

tj—進風溫度;

tp—排風溫度。

2.1.4 變壓器室進、出風口面積的計算：

10KV歐式箱變變壓器室的進風口是采用加裝百葉窗的防護方式，出風口是

采用箱變頂部伸出約10—25cm屋檐周邊面下網(wǎng)格的形式倒轉1800進行排風。為使箱變壓器室內外保持一定的溫度差，就必須使變壓器在運行中所產生的熱量和散熱所需的通風空氣量相一致，以達到熱量平衡的效果。

2.1.4.1自然散熱進、出風窗的面積計算:(仍以S11—315KVA箱變?yōu)槔?假定室外溫度為370C，箱變高度為2.2m，改進后進、出風口中心的高度差為1.35m,室內外允許溫差為80C，進出風口的面積比為1：1，進、出風窗局部阻力系數(shù)取5,空氣在370C時的密度為1.099。

確定進風窗面積:

式中 FJ、FC—進出風窗有效面積，m2;

P—變壓器全部損耗，KW;

ξ—進、出風窗局部阻力系數(shù)，一般取5;

h—進、出風窗中心高差，m;

ΔT—進、出風窗空氣的溫差，其值不大于15。

這里需要指出的是，該公式的計算結果適用于進出風口有效面積之比為1:1的情況。當因條件限制，能開進風口的有效面積不能滿足上述比例要求時，可適當加大出風窗的有效面積，使進風窗有效面積不足的部分等于出風窗有效面積增加的部分，但進、出風窗有效面積之比一般不大于1:2。

確定出風窗面積：已知：315KVA箱變箱體長a=3M，寬b =2.25 m，頂部屋檐四周伸出箱體由原0.15 m改為 0.25m,多網(wǎng)孔分布間隔為0.01m，每孔面積為長0.2m ×寬0.01m =0.002 m2,其可刻空數(shù)量：

式中 A—箱變屋檐伸出部分面積可刻孔數(shù)量，(個);