歐式箱變散熱問題的探討

許明杰

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，組合式變電站成為主要的配電設(shè)備之一。散熱是現(xiàn)有箱式變電站存在的主要問題之一，本文結(jié)合實際情況，從多方面考慮解決散熱問題，盡量保證產(chǎn)品運行的可靠及安全性。

【關(guān)鍵詞】箱式變電站；變壓器；散熱

1.箱式變電站的結(jié)構(gòu)、介紹

組合式變電站俗稱箱式變電站，簡稱箱變，是種將高壓開關(guān)設(shè)備、配電變壓器、低壓配電設(shè)備、功率因數(shù)補償裝置及計量裝置等變電站設(shè)備組合成一體的工廠預(yù)制的緊湊式配電設(shè)備。它是一種快裝型成套配電設(shè)備。早在上世紀(jì)60年代，西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始大量使用這種新型的成套配電設(shè)備。20世紀(jì)80年代，我國開始陸續(xù)使用箱式變電站，同傳統(tǒng)的變電站相比較，它具有占地少、體積小、投資少、見效快、施工周期短、成套性強、對環(huán)境適應(yīng)性強、安裝方便等一系列優(yōu)點。

我國自70年代后期，從法國、德國等歐洲國家引進(jìn)及仿制的箱式變電站，從結(jié)構(gòu)上采用高、低壓開關(guān)柜，變壓器組成方式，這種箱變稱為歐式箱變，形象比喻為給高、低壓開關(guān)柜、變壓器蓋間房子。歐式箱變由高壓受電柜、低壓配電柜及配電變壓器三部份組成。

歐式箱變殼體材質(zhì)國內(nèi)普遍采用的有普通鋼板、敷鋁鋅鋼板、水泥預(yù)制板、玻璃纖維增強水泥板、彩鋼夾芯板（中間夾聚氨酯泡沫絕熱材料）。普通鋼板造價比較低，但隔熱效果比較差；水泥預(yù)制板和玻璃纖維增強水泥板隔熱效果較好，耐腐蝕性好，但重量偏重，彩鋼夾芯板隔熱效果介于以上兩者之間，重量比較輕。我國大部份地區(qū)夏季氣溫都比較偏高，筆者傾向于選用水泥預(yù)制板和玻璃纖維增強水泥板。

2.箱式變電站的散熱措施

高低壓柜的發(fā)熱量很少不會對箱變造成影響，變壓器的發(fā)熱量很大直接影響了箱變輸出負(fù)載的各項功能性能指標(biāo)。因此，散熱問題是現(xiàn)有箱式變電站存在的主要問題之一。歐式箱變結(jié)構(gòu)緊湊，變壓器室體積較小，特別是在炎熱的夏季，變壓器溫度很高，在加上在運行過程中變壓器要產(chǎn)生大量的熱量，筆者認(rèn)為可以從以下幾個方面去考慮解決散熱問題。

（1）在設(shè)計時，將本地的氣候條件和變壓器自身發(fā)熱問題考慮進(jìn)去，適當(dāng)增大變壓器的容量裕度來減少自身的發(fā)熱量，但該辦法會增加成本，降低經(jīng)濟(jì)性。筆者認(rèn)為在夏季炎熱地區(qū)為了保證箱變的安全運行，提高供電的可靠性，一定的浪費也是值得的。

（2）自然通風(fēng)散熱。當(dāng)變壓器容量小于315kVA時可采用此種散熱方式。在變壓器室門兩側(cè)、頂蓋屋檐下側(cè)、箱變基礎(chǔ)底座上均設(shè)置通風(fēng)孔，空氣在它們之間形成對流來達(dá)到散熱的目的。頂蓋可以設(shè)計成帶隔熱材料的氣樓結(jié)構(gòu)，頂蓋外面可以噴涂仿輻射層，減少室外的熱量進(jìn)入變壓器室內(nèi)。

（3）強迫通風(fēng)散熱。變壓器運行時，將產(chǎn)生大量的熱量，使變壓器室的溫度不斷升高，特別是在夏天，由于環(huán)境溫度較高和民用空調(diào)的大量使用，此時段配電變壓器是在接近滿負(fù)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(nèi)的空氣中，源源不斷地對變壓器室內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱，溫度升高更快，變壓器容量較大時僅靠自然通風(fēng)散熱往往不能保證變壓器安全的運行，一般都采用強迫通風(fēng)散熱措施加以解決。強迫通風(fēng)散熱的測溫方式主要有兩種：變壓器室上部空氣溫度或變壓器內(nèi)上層油溫設(shè)定為動作整定值，第一種方式是在變壓器室上部設(shè)置溫度數(shù)字顯控裝置和排風(fēng)裝置，溫度數(shù)字顯控裝置監(jiān)測箱變內(nèi)的溫度，并把監(jiān)測的溫度數(shù)值顯示出來，便于工作人員查看。并且溫度控制數(shù)字顯示裝置內(nèi)設(shè)定了箱變正常運行時所需的溫值，一旦所監(jiān)測的溫度值不能達(dá)到箱變正常運行時所需的溫度值，溫度控制數(shù)字顯控裝置就會通知排風(fēng)裝置，排風(fēng)裝置便會自動啟動，對箱變進(jìn)行散熱，力求達(dá)到箱體內(nèi)外熱平衡的效果，從而實現(xiàn)箱變的通風(fēng)、散熱。目前國內(nèi)多采用后種方法，后種方法同第一種類似，所不同的是第一種測溫方式是變壓器室上部空氣溫度，測溫探頭安裝在變壓器室內(nèi)，第二種測溫方式是直接測量變壓器油溫，探頭直接安裝在變壓器內(nèi)部，所測量的溫度更加準(zhǔn)確可靠，更能防止設(shè)備過熱出現(xiàn)的各種事故，有效保證供電可靠性。在強迫通風(fēng)方法中一般采用軸流風(fēng)機(jī)，也有采用輻面風(fēng)機(jī)或空調(diào)。空調(diào)的制冷效果較好但比較耗能，使用壽命較短；軸流風(fēng)機(jī)將熱空氣從變壓器室頂部抽出，冷空氣從基礎(chǔ)下面坑道處進(jìn)入，形成對流，效果較好；輻面風(fēng)機(jī)的排風(fēng)口能比較均勻的吹拂變壓器內(nèi)外側(cè)，來達(dá)到散熱的目的。采用強迫通風(fēng)散熱方式需要特別注意的是風(fēng)機(jī)排風(fēng)量問題，如果小排量風(fēng)機(jī)不能將室內(nèi)郁積的熱量迅速排出，使箱體內(nèi)外的空氣沒有大量進(jìn)行有效交換，造成熱量在變壓器室內(nèi)大量聚集，引起箱變箱體內(nèi)環(huán)境溫度不斷升高，形成惡性循環(huán)，最終將導(dǎo)致配電變壓器溫升超過運行極限，引起變壓器溫度保護(hù)動作，跳開高壓側(cè)斷路器或低壓總斷路器。

（4）將變壓器外露不放在封閉的變壓器室內(nèi)。我國的箱變是由歐式箱變發(fā)展而來的，隨著我國對外經(jīng)濟(jì)的開放，大約在上世紀(jì)90年代，美國COOPER公司率先在中國市場打入了美式箱變，并獲得了迅速的發(fā)展，其特點是變壓器為主體，將負(fù)荷開關(guān)、后備保護(hù)熔斷器、分接開關(guān)和變壓器裝在變壓器油箱內(nèi)，插入式熔斷器、電纜和低壓配電部分圍繞變壓器油箱排列，構(gòu)成整體布置。目前，在這種結(jié)構(gòu)上發(fā)展而來的國內(nèi)產(chǎn)品“仿美式箱變”遍布大江南北，其主要特點是為了改善散熱條件，采用BS9變壓器，變壓器取消油枕，將變壓器油箱和散熱片部分裸露在外面，形象比喻為變壓器旁邊掛個箱子。在歐式箱變中結(jié)構(gòu)設(shè)計時，也可以采用BS9變壓器，變壓器放在敞開的間隔中，高壓配電柜和低壓配電柜則在變壓器的另一側(cè)，它們有機(jī)的結(jié)合在一起，即解決了變壓器的散熱問題又通過高低壓之間的隔板解決了防護(hù)等級問題。筆者曾在幾個工程項目中采用了此種結(jié)構(gòu)設(shè)計，從2006年運行至今，效果良好。

（5）采用地?zé)峥照{(diào)散熱。地?zé)峥照{(diào)是在全球性的能源危機(jī)和環(huán)境污染的背景下應(yīng)運而生，其系統(tǒng)原理就是通過安裝在地下的系列地溫收集器，從土壤中吸收能量，經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換實現(xiàn)空調(diào)調(diào)節(jié)功能。其最大的優(yōu)勢和亮點是節(jié)能、環(huán)保、低碳，在運行過程中不產(chǎn)生任何廢棄物。“地?zé)峥照{(diào)”有兩種，一是利用熱泵技術(shù)，把“恒溫層”的地下水抽出來，熱量交換后再排回去；一種是土壤源熱泵，利用淺層常溫土壤或地下水中的能量作為能源，在地下埋管，吸收熱能。在歐式箱變中，筆者認(rèn)為可以采用第二種技術(shù)，在修建箱變基礎(chǔ)時，將管道埋在地下，換熱器設(shè)于變壓器室內(nèi)，在炎熱的夏天，源源不斷的冷氣通過換熱器進(jìn)入變壓器室內(nèi)，即保證了箱變安全可靠的運行，又達(dá)到了節(jié)能、低碳的目的。

3.結(jié)束語

目前，在我國廣大城市、農(nóng)村、工礦企業(yè)、公共建筑中，箱式變電站得到了廣泛的應(yīng)用。它改變了在電桿上安裝變壓器，蜘蛛網(wǎng)式的布線方式，它對電力網(wǎng)的安全、可靠運行、減少變電所投資、加快建設(shè)速度，都起到了良好的作用，是變電設(shè)備新的發(fā)展趨勢之一。積極研究探討與改進(jìn)箱變散熱措施，對降低箱變的故障率和提高供電可靠性有著積極的意義。 [科]