變配電室的發(fā)熱量估算

鄭其鋒

(紫金(廈門)工程設(shè)計(jì)有限公司 福建廈門 361016)

0 引言

在各類工業(yè)和民用建筑中，變配電室在供配電系統(tǒng)中處于核心地位。變配電室是否穩(wěn)定可靠運(yùn)行，直接影響著供配電系統(tǒng)是否能安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。影響變配電室穩(wěn)定可靠的因素很多，其中變配電室夏季溫度過(guò)高，是各項(xiàng)目中比較普遍存在的問題。極端情況下，夏季變配電室內(nèi)環(huán)境溫度能達(dá)到60℃，遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范中規(guī)定的允許最高值40℃[1]，致命電氣設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)重，留下嚴(yán)重的安全隱患。產(chǎn)生此問題的原因如下：

(1)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)電氣設(shè)備的發(fā)熱量估算不足，導(dǎo)致暖通專業(yè)在計(jì)算通風(fēng)量時(shí)偏低；

(2)變配電室內(nèi)送風(fēng)氣流路徑設(shè)計(jì)不合理；

(3)變配電室內(nèi)未設(shè)置除濕設(shè)備。

1 變配電室內(nèi)各類用電設(shè)備的發(fā)熱量分析與估算

變配電室內(nèi)發(fā)熱量大的設(shè)備主要有電力變壓器、高低壓配電柜、變頻器柜，以及線纜等用電設(shè)備，維護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷一般可忽略不計(jì)。但在工程設(shè)計(jì)中，往往忽略了線纜的發(fā)熱部分，經(jīng)實(shí)際項(xiàng)目的工程計(jì)算，線纜的發(fā)熱量往往達(dá)到變配電室總發(fā)熱量的一半。如果忽略線纜的發(fā)熱量，對(duì)電氣設(shè)備的發(fā)熱量估算不足，將使暖通專業(yè)在計(jì)算通風(fēng)量時(shí)偏低，從而導(dǎo)致變配電室夏季實(shí)際運(yùn)行時(shí)溫度過(guò)高。

某項(xiàng)目變配電室內(nèi)安裝有容量1250 kVA變壓器2臺(tái)，容量1600 kVA變壓器2臺(tái)，高壓開關(guān)柜15臺(tái)，低壓開關(guān)柜29臺(tái)，低壓電容器柜總補(bǔ)償容量1800 kvar，無(wú)高壓電容器柜，各類電纜回路若干。

下面結(jié)合該具體項(xiàng)目，進(jìn)行變配電室內(nèi)各類用電設(shè)備的發(fā)熱量分析與估算。

1.1 變壓器發(fā)熱量估算

電力變壓器的發(fā)熱量為變壓器運(yùn)行時(shí)的損耗，包括負(fù)載損耗和空載損耗，其中負(fù)載損耗與變壓器運(yùn)行時(shí)的負(fù)載率相關(guān)。根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第四版)第30頁(yè)[2]，對(duì)于雙繞組變壓器的發(fā)熱量計(jì)算公式如下：

ΔPT=ΔPo+ΔPk(Sc/Sr)2

(1)

式中各符號(hào)的含義：△PT為電力變壓器的有功功率損耗，kW；△Po為電力變壓器的空載有功功率損耗，kW；△Pk為電力變壓器的短路有功功率損耗，kW；Sc為計(jì)算負(fù)荷的視在容量，kVA；Sr為電力變壓器的額定容量，kVA；其中，△Po和△Pk均可由變壓器產(chǎn)品技術(shù)資料查得。

當(dāng)電力變壓器的負(fù)載率不大于85%時(shí)，其有功功率損耗可按以下計(jì)算公式粗略計(jì)算：

ΔPT=0.01Sc

(2)

該項(xiàng)目電力變壓器選用能效等級(jí)2級(jí)、絕緣等級(jí)F級(jí)、電工鋼帶的10 kV干式三相雙繞組無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓配電變壓器。變壓器的發(fā)熱量估算，按《電力變壓器能效限定值及能效等級(jí)》(GB 20052-2020)表2規(guī)定的配電變壓器能效限值，選取△Po和△Pk的參數(shù)[3]。變壓器的發(fā)熱量如表1所示。

表1 變壓器的發(fā)熱量計(jì)算表

1.2 高壓開關(guān)柜、高壓電容器柜及低壓開關(guān)柜、低壓電容器柜的發(fā)熱量估算

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第四版)第156頁(yè)[2]，表3.4-6，該工程案例的高壓開關(guān)柜及低壓開關(guān)柜的發(fā)熱量如表2所示，高壓電容器柜及低壓電容器柜的發(fā)熱量如表3所示。

沙坡滑坡：位于溝域左岸中部，平面近似“簸箕形”，斜坡坡向?yàn)?80°，地形整體坡度為15°～30°，局部坡度為35°～65°；斜坡前緣高程約為805.0～840.0m，后緣高程為930.0m，前后緣相對(duì)高差約為100.0m，該滑坡體橫寬度約為180m，縱長(zhǎng)約為200m，面積約為3.6×104 m2，滑體為該滑坡平均厚度約為7.0m，體積約為25.2×104 m3，為中型土質(zhì)滑坡。

表2 高壓開關(guān)柜及低壓開關(guān)柜的發(fā)熱量計(jì)算表

表3 高壓電容器柜及低壓電容器柜的發(fā)熱量計(jì)算表

1.3 變配電室內(nèi)電纜的發(fā)熱量估算

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第四版)第156頁(yè)[2]，變配電室內(nèi)電纜的散熱量也需要考慮，由載流電纜的損耗求出。損耗功率以一年最熱季節(jié)中可能存在的最大損耗進(jìn)行計(jì)算。一條n芯電纜的損耗功率PR，計(jì)算公式如下：

(3)

溝道內(nèi)N根電纜的損耗功率和為P，計(jì)算公式如下：

(4)

式中，Ic為一條電纜的計(jì)算負(fù)荷電流，A；ρt為電纜運(yùn)行時(shí)平均溫度為50℃電纜芯電阻率，Ω·mm，對(duì)于銅芯電纜，取0.0193×10-3Ω·mm；L為電纜長(zhǎng)度，m；S為電纜芯截面，mm2;K為電流參差系數(shù)，可取0.85～0.95。

根據(jù)以上計(jì)算公式和參數(shù)，該工程案例的變配電室內(nèi)電纜的散熱量如表4所示。其中，表中計(jì)算電流按斷路器脫扣器整定值0.9倍簡(jiǎn)化計(jì)算。

表4 變配電室內(nèi)的電纜的發(fā)熱量計(jì)算表

1.4 變配電室內(nèi)各類用電設(shè)備的發(fā)熱量合計(jì)

綜上計(jì)算過(guò)程，該變配電室的各類用電設(shè)備的發(fā)熱量合計(jì)如表5所示。

表5 變配電室的各類用電設(shè)備的總發(fā)熱量計(jì)算表

從以上變配電室內(nèi)各類用電設(shè)備的發(fā)熱量分析與估算過(guò)程可以看出，變配電室內(nèi)的電纜的發(fā)熱量較大，不可忽略。另外，因該項(xiàng)目無(wú)變頻器柜，沒有分析變頻器柜的發(fā)熱量，工業(yè)項(xiàng)目在變配電室內(nèi)安裝有變頻器時(shí)，變頻器的發(fā)熱量可從變頻器產(chǎn)品技術(shù)資料獲得。當(dāng)無(wú)法獲得具體參數(shù)時(shí)，可按變頻設(shè)備容量的4%～4.5%計(jì)入發(fā)熱量。在實(shí)際工程計(jì)算時(shí)，表1～表5可以通過(guò)公式編輯做成一系列相關(guān)聯(lián)的電子表格，只要調(diào)整表格中的相關(guān)參數(shù)，便可快速估算出變配電室的總發(fā)熱量。

2 變配電室的降溫方式

(1)暖通專業(yè)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)核算機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)、排風(fēng)量是否能夠滿足通風(fēng)散熱要求。當(dāng)通風(fēng)散熱不能將室溫降到滿足變配電室各用電設(shè)備的正常工作環(huán)境要求時(shí)，需增設(shè)空調(diào)降溫系統(tǒng)。

(2)變配電室內(nèi)送風(fēng)的氣流應(yīng)從發(fā)熱量較小的高低壓配電柜區(qū)域，流向發(fā)熱量大的變壓器區(qū)，再?gòu)淖儔浩鲄^(qū)排放至室外。

(3)當(dāng)項(xiàng)目所在地夏季為高熱高濕度地區(qū)時(shí)，變配電室內(nèi)夏季濕度非常大，影響設(shè)備正常使用，宜裝設(shè)除濕設(shè)備。

3 結(jié)語(yǔ)

本文分析探討了如何方便快捷地進(jìn)行變配電室發(fā)熱量估算，給暖通專業(yè)提供一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的發(fā)熱量參數(shù)，便于暖通專業(yè)根據(jù)工程實(shí)際情況采取相應(yīng)的變配電室降溫措施。同時(shí)，簡(jiǎn)要地提出變配電室的降溫措施應(yīng)注意的幾點(diǎn)問題，供電氣和暖通設(shè)計(jì)人員參考。本文未考慮維護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷等對(duì)變配電室發(fā)熱和降溫的影響，在今后的工作中可進(jìn)行相關(guān)方面的研究和總結(jié)。