淺談高壓/低壓預(yù)裝式變電站結(jié)構(gòu)對(duì)溫升的影響

謝利平 謝小軍 李明春 唐佩凌 蔣秋燕

（華自科技股份有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

淺談高壓/低壓預(yù)裝式變電站結(jié)構(gòu)對(duì)溫升的影響

謝利平 謝小軍 李明春 唐佩凌 蔣秋燕

（華自科技股份有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

高壓/低壓預(yù)裝式變電站是一種把高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、配電變壓器和低壓配電裝置按一定的接線方式組裝成一體的預(yù)制、緊湊式的配電設(shè)備。通過(guò)多種科學(xué)、合理的散熱結(jié)構(gòu)和方法，達(dá)到高壓/低壓預(yù)裝式變電站節(jié)能降耗及延長(zhǎng)使用壽命的目的。

高壓/低壓預(yù)裝式變電站；溫升；散熱

高壓/低壓預(yù)裝式變電站是一種把高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、配電變壓器和低壓配電裝置按一定的接線方式組裝成一體的預(yù)制、緊湊式的配電設(shè)備。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，象這種具有成套性強(qiáng)、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行安全可靠、維護(hù)方便、以及投資少、見(jiàn)效快、送電周期短等特點(diǎn)的預(yù)裝式變電站在城鄉(xiāng)電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。高壓/低壓預(yù)裝式變電站國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/17467-20104.10.1預(yù)裝式變電站的額定最大容量：①預(yù)裝式變電站的額定最大容量是設(shè)計(jì)變電站時(shí)指定的變壓器的最大額定值。②變壓器的額定值是GB1094.1-1996或GB1094.11-2007中規(guī)定的變壓器的額定容量和額定總損耗。注：根據(jù)外殼級(jí)別和周圍溫度條件能將預(yù)裝式變電站的輸出容量限制到小于其額定最大容量。特別是由于城市規(guī)劃、土地升值過(guò)快等多方因素，使得安裝方便、占地面積小的小容量預(yù)裝式變電站（1600kVA以下）已成為用戶的首選，一改對(duì)預(yù)裝式變電站臨時(shí)性設(shè)備的認(rèn)識(shí)。這就使市場(chǎng)需求逐年擴(kuò)大，眾多電器廠家紛紛進(jìn)行生產(chǎn)制造，市場(chǎng)出現(xiàn)了各種各樣的預(yù)裝式變電站。預(yù)裝式變電站最大的特點(diǎn)是：“利用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的組合，充分滿足專一用戶的供電需求?！奔热皇菍Ｒ?，就是不通用，這就要求制造廠按不同的用戶需求來(lái)設(shè)計(jì)制造，每個(gè)用戶所用的供電變壓器容量、開(kāi)關(guān)回路多少、外圍環(huán)境、布置方式等均有差異。

一臺(tái)置于太陽(yáng)下、無(wú)風(fēng)狀態(tài)下運(yùn)行的變壓器與一臺(tái)具有相同負(fù)載的置于遮陽(yáng)的箱體中、有自然通風(fēng)（或加機(jī)械通風(fēng)）良好狀態(tài)中運(yùn)行的變壓器可以具有相同的溫升，這顯然是不正確的。由于變壓器安裝在戶外的箱體中，避免戶外太陽(yáng)的爆曬和變壓器本身產(chǎn)生的熱量能否散出以保證變壓器正常的工作就成了用戶最為關(guān)心的問(wèn)題。下面就以預(yù)裝式變電站的溫升問(wèn)題談?wù)勎夜疽约氨救嗽陬A(yù)裝式變電站制造過(guò)程中約十余年的一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，以供大家探討，共同提高我國(guó)預(yù)裝式變電站的制造水平。

安裝在預(yù)裝式變電站中的變壓器同樣要求周圍空氣的年平均溫度不得高于20℃，由于環(huán)境惡劣導(dǎo)致變壓器的運(yùn)行溫度升高，一方面將影響變壓器的壽命，另一方面，如果要保證變壓器的額定負(fù)荷，其繞組的直流電阻將變大，負(fù)載損耗增加，促使變壓器的溫度進(jìn)一步升高，最終不得不降低負(fù)荷，從而使變壓器的使用效率降低。以S9-630kVA為例，為保證溫升限值而降低負(fù)荷，其相互關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 溫升與負(fù)荷關(guān)系圖

作為引導(dǎo)我國(guó)預(yù)裝式變電站的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)步入標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和規(guī)范化的國(guó)標(biāo)《高壓/低壓預(yù)裝預(yù)裝式變電站》（GB17467-2010）和充分體現(xiàn)電力系統(tǒng)使用工況具體要求并與《高壓/低壓預(yù)裝預(yù)裝式變電站》（IEC1330-1995）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相互銜接，以統(tǒng)一電力系統(tǒng)的訂貨技術(shù)條件和使用要求的我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高壓/低壓預(yù)裝預(yù)裝式變電站選用導(dǎo)則》（DL/T537-2002），都對(duì)預(yù)裝式變電站的使用條件、元件要求、設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)、型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)作出了明確規(guī)定。如：

關(guān)于密封和散熱通風(fēng)方面的相關(guān)規(guī)定有：①預(yù)裝式變電站的外殼應(yīng)設(shè)計(jì)成能在《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》（GB11022-2011）規(guī)定的正常戶外使用條件下使用，從而達(dá)到箱殼內(nèi)的高、低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備、電能計(jì)量設(shè)備、無(wú)功補(bǔ)償裝置等能夠在規(guī)定的正常戶內(nèi)使用條件下使用。②預(yù)裝式變電站的外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于《外殼防護(hù)等級(jí)（IP代碼）》（GB4208-2008）的IP23D規(guī)定。③預(yù)裝式變電站應(yīng)設(shè)足夠的自然通風(fēng)口，并采取必須的隔熱措施，以保證在正常環(huán)境溫度下，所有電器元件的溫升不超過(guò)允許溫升，否則應(yīng)采取強(qiáng)制通風(fēng)或按額定外殼級(jí)別相應(yīng)降低使用容量。④處于污穢空氣中的裝置，其污穢等級(jí)應(yīng)符合高低壓設(shè)備和變壓器，電能計(jì)量設(shè)備以及無(wú)功補(bǔ)償裝置相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。⑤預(yù)裝式變電站的開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的隔室應(yīng)裝設(shè)適當(dāng)?shù)尿?qū)潮裝置，以防因凝露而影響電器元件的絕緣性能和對(duì)金屬材料的腐蝕。由此可知標(biāo)準(zhǔn)對(duì)箱殼材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求是：機(jī)械強(qiáng)度高，有抗紫外線輻射、抗暴曬性能和抗環(huán)境腐蝕的能力，至少能有15～20年的使用壽命。密封性能好，具防塵，防潮的能力。使箱殼內(nèi)部具備適合戶內(nèi)電器設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境。有良好的通風(fēng)散熱和隔絕日光熱輻射的能力，使箱殼內(nèi)部電器設(shè)備運(yùn)行不超溫。處理好外殼密封，防塵，防潮和通風(fēng)散熱與隔熱的關(guān)系，正是預(yù)裝式變電站外殼材料選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)驗(yàn)得知：當(dāng)氣溫在30～40℃、殼內(nèi)相對(duì)濕度達(dá)70%以上時(shí)，只要?dú)鉁叵陆?℃即有凝露發(fā)生。因此當(dāng)外殼設(shè)計(jì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，則必須通過(guò)采取強(qiáng)制通風(fēng)，選用優(yōu)質(zhì)低耗元器件及加大外絕緣爬距等措施予以彌補(bǔ)，當(dāng)箱殼內(nèi)有污穢和凝露存在時(shí)絕緣件還必須按嚴(yán)酷環(huán)境條件下的凝露和污穢等級(jí)條件（應(yīng)按《戶內(nèi)交流高壓開(kāi)關(guān)柜和元部件凝露及污穢試驗(yàn)技術(shù)條件》（DL/T539-1993）做出廠試驗(yàn)。⑥關(guān)于預(yù)裝式變電站外殼等級(jí)的相關(guān)規(guī)定有：預(yù)裝式變電站將變壓器、高低壓電器設(shè)備等發(fā)熱元件組裝在箱殼內(nèi)，惡化了散熱條件，所以標(biāo)準(zhǔn)將外殼級(jí)別定義為“在規(guī)定的正常使用條件下，變壓器在外殼內(nèi)的溫升和同一臺(tái)變壓器在相同負(fù)載下在外殼外的溫升之差”，DL/T537規(guī)定有四個(gè)額定外殼級(jí)別：級(jí)別0、10、20、30分別對(duì)應(yīng)于0K、10K、20K、30K 的最大溫升差值（國(guó)標(biāo)有 5、10、15、20、25、30 六個(gè)額定外殼級(jí)別）。

一般來(lái)說(shuō)變壓器的降溫一般有自然通風(fēng)和非自然通風(fēng)向兩種措施。自然通風(fēng)是完全依靠自然力量，使室外空氣流入室內(nèi)，并使室內(nèi)空氣排出室外。這種自然通風(fēng)的原動(dòng)力有兩種：由室內(nèi)外的溫度差和高度差所引起的氣壓差導(dǎo)致的通風(fēng)換氣作用。由室內(nèi)外的風(fēng)速不同所引起的通風(fēng)換氣作用。非自然通風(fēng)（機(jī)械通風(fēng)）就是利用機(jī)電設(shè)備如排氣扇、鼓風(fēng)機(jī)等來(lái)達(dá)到的通風(fēng)換氣作用。

下面借用其它廠家生產(chǎn)的預(yù)裝式變電站關(guān)于解決溫升問(wèn)題的方案舉例，供大家借鑒參考。

1 廣東海鴻變壓器有限公司上下直通風(fēng)的形式解決溫升問(wèn)題的方案預(yù)

裝式變電站采用上下直通風(fēng)的形式，該方式利用‘煙囪效應(yīng)’原理和優(yōu)化設(shè)計(jì)的通風(fēng)結(jié)構(gòu)使產(chǎn)品具備很強(qiáng)的散熱能力。其中大頂蓋上設(shè)有完全符合防護(hù)等級(jí)IP33要求的通風(fēng)口，變電站散發(fā)的熱量將室內(nèi)的空氣加熱上升，并通過(guò)煙囪原理加速熱氣流排放速度，把熱量從兩頂蓋之間的通風(fēng)口排出；另一方面，外界日曬引起的熱量可利用大、小頂蓋之間的空氣層和隔熱板將其有效地阻隔于變電站外。海鴻公司預(yù)裝式變電站的外殼等級(jí)符合國(guó)標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高級(jí)別10K級(jí)的要求，本公司產(chǎn)品實(shí)際小于5K（級(jí)別超小，反映變電站外殼通風(fēng)散熱能力越強(qiáng)）。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 熱氣流排放示意圖

2 北京龍?jiān)撮_(kāi)關(guān)設(shè)備有限責(zé)任公司雙層通道式結(jié)構(gòu)解決溫升問(wèn)題的方案

用戶選購(gòu)一臺(tái)供電變壓器，都希望能滿負(fù)荷或短時(shí)超負(fù)荷使用，要保證這個(gè)希望值，就必須注重箱變外殼的自然通風(fēng)量的設(shè)計(jì)，外邊的冷空氣要與箱變里的熱空氣形成對(duì)流，從而確保供電變壓器的繞組溫升，保證滿負(fù)荷或短時(shí)超負(fù)荷能力。我們是這樣解決溫升這個(gè)問(wèn)題的；外殼采用自然對(duì)流的雙層隔熱的風(fēng)道結(jié)構(gòu)（該結(jié)構(gòu)已經(jīng)申請(qǐng)專利），采用這一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本滿足供電變壓器的散熱要求。在短時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，增設(shè)了溫控強(qiáng)排風(fēng)裝置確保供電變壓器安全運(yùn)行見(jiàn)圖3。

圖3 溫控強(qiáng)排風(fēng)裝置位置圖

綜合上述廣東海鴻變壓器有限公司通過(guò)煙囪原理加速熱氣流排放速度和北京龍?jiān)撮_(kāi)關(guān)設(shè)備有限責(zé)任公司在變壓器散熱器下部裝風(fēng)扇，用吹風(fēng)的方法使空氣加快流動(dòng)，都能有效的增大散熱能力。試驗(yàn)證明，吹風(fēng)可使對(duì)流散熱增加85倍，同一臺(tái)變壓器，用了吹風(fēng)之后，容量可提高30%左右。通過(guò)以上兩個(gè)案例希望能為我國(guó)輸變電節(jié)能降耗及變壓器壽命延長(zhǎng)做一個(gè)有益可行的嘗試，并引起大家足夠的重視，找出更多更好的解決方法。

[1]《高壓/低壓預(yù)裝預(yù)裝式變電站》（GB17467-2010）.

[2]《電力變壓器第一部分總則》（GB1094.1-1996）.

[3]《電力變壓器第11部分：干式變壓器》（GB1094.11-2007）.

[4]《高壓/低壓預(yù)裝預(yù)裝式變電站》（IEC1330-1995）.

[5]《高壓/低壓預(yù)裝預(yù)裝式變電站選用導(dǎo)則》（DL/T537-2002）.

[6]《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》（GB/T11022-2011）.

[7]《外殼防護(hù)等級(jí)（IP代碼）》（GB4208-2008）.

[8]《戶內(nèi)交流高壓開(kāi)關(guān)柜和元部件凝露及污穢試驗(yàn)技術(shù)條件》（DL/T539-1993）.

TM63

A

1004-7344（2016）18-0060-02

2016-6-8

謝利平（1973-），男，工程師，本科，主要從事水電、工礦發(fā)配電等電器設(shè)計(jì)工作。