城網(wǎng)歐式箱變通風(fēng)散熱結構的改進(jìn)研究與應用

0引言：

10KV戶(hù)外歐式箱式變因其具有結構緊湊、體積小、布置簡(jiǎn)單、安裝方便、外形美觀(guān)，易與城市環(huán)境協(xié)調一致等特點(diǎn)，在住宅小區、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(shí)踐證明，現城網(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(shí)段內，因設備過(guò)熱被迫停電的現象尤為突出。時(shí)常導致頻繁的檢修停電，影響了城市居民生活的幸福指數和供電企業(yè)的形象及服務(wù)質(zhì)量。據對淅川縣城已運行的 10臺歐式箱變運行情況調查統計;箱變故障 22次，由于夏季變壓器運行溫度過(guò)高造成的保護動(dòng)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(jìn)箱變內變配電設備的散熱通風(fēng)裝置，對降低箱變的故障率和提高供電可靠性有著(zhù)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(fēng)散熱和外加輔助軸流風(fēng)機強制排風(fēng)是箱變運行中降低箱體內部熱量的主要手段，但據大量工程應用實(shí)例表明，上述兩種綜合方式其散熱效果均不理想。經(jīng)對我縣城區所安裝的數臺箱變的現場(chǎng)勘查與技術(shù)分析，我們認為最主要原因是：

1.1 設備安裝運行地點(diǎn)環(huán)境工況較差：

供電部門(mén)根據街道、居民小區等單位的用電負荷情況，在前期規劃確定箱變設備安裝位置時(shí)，因客觀(guān)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(chǎng)地。忽略了箱變安裝的最佳位置，致使

空氣對流不暢，時(shí)常造成午后箱變在較大負荷的情況下，因太陽(yáng)輻射造成地面和周?chē)h(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(fēng)機排風(fēng)量與變壓器室在夏季高溫高峰負荷時(shí)所散發(fā)的熱

熱量不匹配：

國產(chǎn)歐式箱變在設計時(shí)，一般是按自然通風(fēng)為主要方式來(lái)進(jìn)行散熱的，變壓器室頂部所安裝的民用小排量排風(fēng)機(功率約22瓦，最大風(fēng)量125m3/h)只起輔助散熱作用。其排風(fēng)量是根據夏季最熱月的平均溫度來(lái)考慮計算選取的(如河南大部分地區夏季最熱月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(shí)是按夏季最熱月平均溫度30℃、變壓器室內外的溫差15℃來(lái)選擇計算。未考慮箱變使用所在地夏季最熱月14時(shí)常易出現最高環(huán)境溫度35—38℃的情況，此時(shí)實(shí)際溫差約7—10℃。因計算取值的錯誤，導致計算時(shí)所取溫差數值過(guò)大，造成所選擇的風(fēng)機排風(fēng)量過(guò)小。由于夏季環(huán)境溫度較高和民用空調的大量使用，此時(shí)段配電變壓器是在接近滿(mǎn)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(jìn)行加熱。因配變室頂部和底部所安裝的小排量風(fēng)機不能將室內郁積的熱量迅速排出，使箱體內外的空氣沒(méi)有大量進(jìn)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(guò)運行極限，引起變壓器溫度保護動(dòng)作，跳開(kāi)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(jìn)、出風(fēng)口面積過(guò)小及設計安裝位置不合理：

1.3.1有些設備生產(chǎn)制造的廠(chǎng)家圖省事。參照歐式箱變實(shí)物進(jìn)行仿制，對不同容量的箱變未做深入的技術(shù)分析和研究，只考慮如何降低生產(chǎn)成本，大多情況下，把小容量箱變的通風(fēng)散熱結構的技術(shù)參數，在未進(jìn)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(fēng)散熱技術(shù)參數用到400—500KVA的箱變)。同時(shí)，還未充分考慮歐洲和亞洲所處緯度不同所帶來(lái)的夏季最熱月環(huán)境氣候的溫度差異，導致所生產(chǎn)的產(chǎn)品散熱結構不太適應中國中南部地區夏季的環(huán)境溫度條件，而使箱變在夏季最熱月的時(shí)段內，因嚴重發(fā)熱造成供電不正常。

1.3.2進(jìn)風(fēng)口百葉窗裝設位置過(guò)高。百葉窗中心線(xiàn)距地面(含箱變基礎露出

地面部分)約1650毫米左右，進(jìn)、出風(fēng)口空間距離較近，造成氣流短路。同時(shí)因進(jìn)、排風(fēng)口面積較小，較小的進(jìn)、排風(fēng)口面積。必將影響進(jìn)風(fēng)量和排風(fēng)量的冷、熱交換效果。尤其是排氣扇運轉工作時(shí)從百葉窗吸入的氣流是經(jīng)過(guò)變壓器箱蓋的上部空間排出，也即繞過(guò)了變壓器整個(gè)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(chǎng)家箱變產(chǎn)品，在變壓器室的底部和頂部，各設置一臺排風(fēng)扇，出廠(chǎng)安裝接線(xiàn)和竣工驗收時(shí)稍不注意，即有可能把排風(fēng)扇的轉向接反，造成上下兩臺排風(fēng)扇同時(shí)向外排風(fēng)或向內排風(fēng)。再加上進(jìn)、出風(fēng)口面積的過(guò)小而使散熱效果大大打了折扣。

1.4 低壓室無(wú)強制通風(fēng)措施：低壓室采用的是空氣自然循環(huán)的方式進(jìn)行散熱，在大負荷的情況下，時(shí)常造成補償電容器組以及母線(xiàn)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(jìn)措施：

研究改進(jìn)應達到的目標。根據農網(wǎng)10KV常用歐式箱變在夏季高溫高峰負荷的時(shí)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(fēng)和機械通風(fēng)不能滿(mǎn)足安全運行要求時(shí)，應在箱體頂部，經(jīng)過(guò)一定計算，適當擴大進(jìn)出風(fēng)窗面積，并增設合適的數量以及排風(fēng)量的軸流風(fēng)機進(jìn)行強制排風(fēng)，使配變室內保持一定的負壓，迫使外部較涼的空氣進(jìn)入。達到強制氣流交換作用的目的。改進(jìn)后，不僅需滿(mǎn)足箱變設備在夏季高溫高峰負荷時(shí)段內安全可靠供電的要求，還需滿(mǎn)足周邊環(huán)境對噪聲的要求，把運行噪聲值控制在規定的范圍內。

2.1.箱變通風(fēng)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：為計算方便，變壓器在最熱月14時(shí)按滿(mǎn)載運行。查銘牌技術(shù)參數，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 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。

根據式 ΔQ=860×PΣ (2)

則ΔQ=860×4.558=3919(千卡/時(shí))

式中 ΔQ—變壓器散熱量,(千卡/時(shí));

860—每1千瓦功率換算成的大卡值/時(shí);

PΣ—變壓器總功率損耗。(KW);

2.1.3變壓器室排風(fēng)量的計算：

機械通風(fēng)的換氣量通過(guò)熱平衡計算求得。計算換氣量時(shí)，變壓器室內的計算溫度可采用下列數值：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(shí)易出現的炎熱環(huán)境時(shí)箱變內變壓器不出現因過(guò)熱造成被迫停電，這里按14時(shí)環(huán)境溫度37 0C計算。所需風(fēng)機排風(fēng)量為：

式中 L—變壓器室需要的通風(fēng)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(jìn)、排風(fēng)平均密度，Kg/ m3;這里按河南省豫大部分地區夏季最熱月14時(shí)平均相對濕度45%，環(huán)境溫度37 0C，大氣壓力99.17KPa時(shí)空氣密度為1.099 Kg/ m3考慮;

Δt—進(jìn)、排風(fēng)溫度差0C，Δτ=tp — tj;

tj—進(jìn)風(fēng)溫度;

tp—排風(fēng)溫度。

2.1.4 變壓器室進(jìn)、出風(fēng)口面積的計算：

10KV歐式箱變變壓器室的進(jìn)風(fēng)口是采用加裝百葉窗的防護方式，出風(fēng)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(jìn)行排風(fēng)。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(chǎn)生的熱量和散熱所需的通風(fēng)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(jìn)、出風(fēng)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(jìn)后進(jìn)、出風(fēng)口中心的高度差為1.35m,室內外允許溫差為80C，進(jìn)出風(fēng)口的面積比為1：1，進(jìn)、出風(fēng)窗局部阻力系數取5,空氣在370C時(shí)的密度為1.099。

確定進(jìn)風(fēng)窗面積:

式中 FJ、FC—進(jìn)出風(fēng)窗有效面積，m2;

P—變壓器全部損耗，KW;

ξ—進(jìn)、出風(fēng)窗局部阻力系數，一般取5;

h—進(jìn)、出風(fēng)窗中心高差，m;

ΔT—進(jìn)、出風(fēng)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(jìn)出風(fēng)口有效面積之比為1:1的情況。當因條件限制，能開(kāi)進(jìn)風(fēng)口的有效面積不能滿(mǎn)足上述比例要求時(shí)，可適當加大出風(fēng)窗的有效面積，使進(jìn)風(fēng)窗有效面積不足的部分等于出風(fēng)窗有效面積增加的部分，但進(jìn)、出風(fēng)窗有效面積之比一般不大于1:2。

確定出風(fēng)窗面積：已知：315KVA箱變箱體長(cháng)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(cháng)0.2m ×寬0.01m =0.002 m2,其可刻空數量：

式中 A—箱變屋檐伸出部分面積可刻孔數量，(個(gè));