分析抽水蓄能電站電氣設(shè)備發(fā)熱量確定

李永峰 范克濤

（1.中國電力建設(shè)工程咨詢公司 中國 北京 100120；2.河南省工程咨詢中心 河南 鄭州 450000）

1 電動發(fā)電機組發(fā)熱量確定

電站電動發(fā)電機組的冷卻循環(huán)漏風(fēng)及機殼圍護結(jié)構(gòu)、蓋板導(dǎo)熱都是設(shè)備熱量產(chǎn)生的主要來源。

計算機組機殼發(fā)熱量時，設(shè)定機殼總面積為M，傳熱系數(shù)為k，冷卻循環(huán)風(fēng)平均溫度為T，廠房溫度為T1 則機組機殼發(fā)熱量表示為：

Q=kM（T-T1）

計算電機組漏風(fēng)產(chǎn)生的熱量之時，假定循環(huán)風(fēng)量為v，漏風(fēng)系數(shù)為β，漏風(fēng)溫度為T2，空氣容重為γ，空氣比熱為c，則電機組漏風(fēng)產(chǎn)生的熱量為：

Q1=βvcγ（T2-T1）

可見，機組工作時的發(fā)熱量可通過其表面積及冷卻風(fēng)的溫度等數(shù)據(jù)計算得出，相比之下，漏風(fēng)產(chǎn)熱量的計算更為復(fù)雜多變，這與不同規(guī)格機組冷卻循環(huán)功能就數(shù)據(jù)參數(shù)各有不同有關(guān)。 因此，機組冷卻循環(huán)漏風(fēng)產(chǎn)熱量的計算應(yīng)切實根據(jù)設(shè)備冷卻風(fēng)量的實際規(guī)格進(jìn)行，避免產(chǎn)生誤差而影響后續(xù)溫濕度控制工作。

2 變壓器發(fā)熱量確定

電站變壓器運行過程中的產(chǎn)熱量來源與設(shè)備內(nèi)部能量消耗，可大致分為鐵磁損耗產(chǎn)熱與電阻銅損耗產(chǎn)熱兩種。兩種損耗中的鐵磁損耗產(chǎn)熱影響因素較為單一（可視為定值），電阻銅損耗產(chǎn)熱的大小受到系統(tǒng)負(fù)荷的影響，系統(tǒng)額定電壓下產(chǎn)生的鐵磁損耗多為空載損耗，而電阻損耗多為短路損耗。

電站多數(shù)變壓器運行過程中損耗產(chǎn)生的熱量都通過空氣循環(huán)進(jìn)入到空氣之中，提高了空氣溫度，水冷類變壓器損耗產(chǎn)熱則傳給冷卻水，不同種類的變壓器散熱量計算方式亦不同：

計算風(fēng)冷型變壓器運行過程發(fā)熱量之時，假定空載損耗為P1，短路損耗為P2，則變壓器實際發(fā)熱量可表示為：

Q=P1+P2

計算水冷型變壓器運行過程發(fā)熱量之時， 假定室內(nèi)溫度為T，油箱油溫平均值為T1，油箱散熱面積為M，則變壓器運行過程發(fā)熱量可表示為：

Q=5.5×（T1-T）1.25M×10-3

上述多種變壓器中，水冷型變壓器產(chǎn)熱量很大程度受到系統(tǒng)水冷卻器實際規(guī)格及冷卻水溫的影響（間接受季節(jié)變化影響），此種現(xiàn)象在蓄水式電站中表現(xiàn)尤為明顯， 因而計算水冷卻式變壓器運行發(fā)熱量時，應(yīng)根據(jù)環(huán)境因素靈活實施。

3 電纜、母線發(fā)熱量確定

水電站廠房中的各種電纜設(shè)備會在運行過程中產(chǎn)生熱量，對電纜產(chǎn)熱量的確定是為了后期產(chǎn)熱控制， 避免電纜運行過程過分絕緣老化、影響載流量。 低壓動力電纜是水電站廠房中多種電纜設(shè)備中產(chǎn)熱量最大的一種，可根據(jù)電纜損耗參數(shù)確定其產(chǎn)熱情況，并相應(yīng)制定通風(fēng)計劃；若電纜設(shè)備的電壓在3kV 以上，則其相應(yīng)的產(chǎn)熱量更大；一般來說， 截面為3×150mm 的電纜運行發(fā)熱量在40Wm 左右， 截面為3×50mm 的電纜運行發(fā)熱量在25Wm 左右。 水電站一般電纜運行發(fā)熱忽略不計，水輪機層、電纜廊道等部位的產(chǎn)熱量具體估算。

水電站多采用封閉式母線運行，母線外殼感應(yīng)及運行損耗都是熱量產(chǎn)生的主要來源，一般來說，兩種母線產(chǎn)熱量確定方式如下：

運行功率損耗的確定中， 設(shè)定母線相電流為I， 集膚效應(yīng)系數(shù)為Φ1，外殼集膚效應(yīng)系數(shù)為Φ2，外殼工作溫度下直流電阻為R1，母線工作溫度下直流電阻為R2，則母線功率損耗產(chǎn)熱量表示為：

Q=3×I2R2Φ1L×10-3

廠房母線運行中外殼感應(yīng)產(chǎn)熱量可表示為：

Q=3×I2R1Φ2L×10-3

母線運行中產(chǎn)熱量與母線本身的制造工藝、 材質(zhì)有直接關(guān)系，質(zhì)量越好的母線會死機運行中的產(chǎn)熱量就越低。

4 電抗器發(fā)熱量確定

水電廠電抗器常在大容量配電裝置中使用，其運行過程中的產(chǎn)熱量計算中，可設(shè)定其利用系數(shù)為S1，負(fù)荷系數(shù)為S2，額定功率之下的功率損耗為P，則其在運行過程中的產(chǎn)熱量可表示為：

Q=S1S2P

水電廠的電抗器在正常持續(xù)運行過程中產(chǎn)生的熱量可通過上式確定出來，而間歇性運行的設(shè)備則需要根據(jù)實際運行時間及設(shè)備的運行發(fā)熱特性曲線確定出來。

5 其他設(shè)備發(fā)熱量確定

5.1 照明設(shè)備發(fā)熱量

近年來，為滿足生產(chǎn)及設(shè)計要求，水電站照明設(shè)備功率明顯增加，設(shè)備產(chǎn)熱量的控制也引起了關(guān)注。一般來說，穩(wěn)定的功率及電壓之下，照明設(shè)備有恒定的產(chǎn)熱量。照明設(shè)備運行過程中會有部分電能轉(zhuǎn)化為熱能而散播至還走遍環(huán)境中，部分光能會被周邊的物體吸收而轉(zhuǎn)化為熱能。 在確定照明設(shè)備運行過程中的發(fā)熱量之時，設(shè)定照明設(shè)備功率為M，鎮(zhèn)流器功率系數(shù)為S，則設(shè)備產(chǎn)熱量可表示為：

Q=SM

多數(shù)情況下，水電廠中照明設(shè)備運行過程中的產(chǎn)熱量可達(dá)變壓器容量的80%。

5.2 SFC 靜態(tài)變頻啟動裝置發(fā)熱量

一般來說，此種裝置實際運行中的產(chǎn)熱量可達(dá)300kW 以上，一般的SFC 設(shè)備可在電抗器運行啟動半小時后達(dá)到額定產(chǎn)熱量的20%左右， 濾波器等裝置則可達(dá)到額定產(chǎn)熱量的70%，SFC 設(shè)備的綜合產(chǎn)熱量可達(dá)額定產(chǎn)熱量的30%以上。 實際SFC 設(shè)備產(chǎn)熱量的確定應(yīng)根據(jù)設(shè)備實際運行時長及容量大小確定。

6 結(jié)語

綜上所述，抽水蓄能電站中的電氣設(shè)備運行過程中的產(chǎn)熱量需要嚴(yán)格依照電氣專業(yè)理論及工程實踐經(jīng)驗加以確定，當(dāng)前的抽水蓄能電站中電動發(fā)電機組、變壓器、電纜、母線、電抗器的發(fā)熱是熱量確定及控制的主要對象。機組冷卻循環(huán)漏風(fēng)產(chǎn)熱量的計算應(yīng)切實根據(jù)設(shè)備冷卻風(fēng)量的實際規(guī)格進(jìn)行， 避免產(chǎn)生誤差而影響后續(xù)溫濕度控制工作；變壓器運行過程中損耗產(chǎn)生的熱量都通過空氣循環(huán)進(jìn)入到空氣之中，水冷類變壓器損耗產(chǎn)熱則傳給冷卻水，不同種類的變壓器散熱量計算方式亦不同； 母線熱量計算要從母線外殼感應(yīng)及運行損耗兩方面進(jìn)行；而照明設(shè)備運行中的產(chǎn)熱量則要根據(jù)照明設(shè)備功率、鎮(zhèn)流器功率系數(shù)確定。 隨著水電站設(shè)計及建設(shè)水平的不斷提升，其電氣設(shè)備產(chǎn)熱量的確定工作仍需進(jìn)一步結(jié)合電氣設(shè)備安裝及調(diào)試經(jīng)驗，提高工作效率。

［1］郭欣.變電站設(shè)備接頭發(fā)熱的分析及預(yù)防[J].青海電力,2009,28(z1):59-63.

［2］程顯飛.變電站電氣設(shè)備發(fā)熱分析及對策[J].中國科技縱橫,2011(19):261-261.

［3］羅慶軍,韓素賢.淺談發(fā)電廠電氣設(shè)備發(fā)熱分析及綜合自動化應(yīng)用[J].中國科技縱橫,2012(4):133-134.

［4］楊紅星,梁川,沈強,等.大莊電站10.5kV 電纜發(fā)熱原因分析與處理措施[J].建筑電氣,2011,30(1):16-20.

［5］馮鏡洪.淺談牛岐二站水電站電氣設(shè)備發(fā)熱量計算[J].城市建設(shè)理論研究:電子版,2011(29).